自重構(gòu)模塊化機(jī)器人重構(gòu)規(guī)劃方法的研究.pdf

1、隨著機(jī)器人在非制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的作業(yè)情況越來越多，這時(shí)就要求機(jī)器人具有適應(yīng)環(huán)境和任務(wù)變化的能力，但由于機(jī)器人的工作能力和性能與機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)型密切相關(guān)，這就要求機(jī)器人能夠動(dòng)態(tài)改變自身構(gòu)型，這種機(jī)器人稱之為自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。本文對(duì)自重構(gòu)模塊化機(jī)器人的模塊結(jié)構(gòu)、構(gòu)型表達(dá)及自重構(gòu)規(guī)劃等進(jìn)行了研究。 ⑴機(jī)器人的適應(yīng)性和自重構(gòu)能力與機(jī)器人模塊的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在深入研究國(guó)內(nèi)外自重構(gòu)機(jī)器人模塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之后，綜合Mur

2、ata等人設(shè)計(jì)的M—Tran模塊和趙杰等人設(shè)計(jì)的HitMSR模塊的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種具有兩個(gè)自由度，雌雄同面連接的自重構(gòu)機(jī)器人模塊。 ⑵機(jī)器人的自由度數(shù)目、工作空間的性能都和機(jī)器人的拓?fù)錁?gòu)型緊密相關(guān)。根據(jù)模塊特點(diǎn)，提出了一種偏轉(zhuǎn)狀態(tài)裝配關(guān)系矩陣，用來表達(dá)機(jī)器人的構(gòu)型。利用該矩陣，并結(jié)合模塊的空間對(duì)稱關(guān)系及組合數(shù)學(xué)方法給出了一種枚舉自重構(gòu)機(jī)器人非同構(gòu)構(gòu)型的算法。運(yùn)用該算法建立了2模塊和3模塊機(jī)器人的非同構(gòu)構(gòu)型庫(kù)。 ⑶機(jī)器人的

3、自重構(gòu)規(guī)劃與機(jī)器人模塊在三維空間中的位姿密切相關(guān)。為了便于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自重構(gòu)，定義了一種三維空間表達(dá)矩陣，以及一種從偏轉(zhuǎn)狀態(tài)裝配關(guān)系矩陣到三維空間表達(dá)矩陣的映射算法，用來表達(dá)機(jī)器人各模塊在空間中的相對(duì)位置和狀態(tài)。利用映射算法解決了任意拓?fù)錁?gòu)型的可自重構(gòu)性判定問題，并給出判定算法。根據(jù)可自重構(gòu)性判定算法，對(duì)自重構(gòu)機(jī)器人的非同構(gòu)構(gòu)型集合進(jìn)行劃分，得到可自重構(gòu)群。將可自重構(gòu)群內(nèi)所有構(gòu)型及構(gòu)型間的變化關(guān)系用構(gòu)型重構(gòu)關(guān)系圖來表達(dá)，借助圖論方法找到