模塊化自重構(gòu)機(jī)器人的研究.pdf

1、 開展模塊化自重構(gòu)機(jī)器人的研究對(duì)于提高我國(guó)在該領(lǐng)域的科研水平、擴(kuò)展機(jī)器人的應(yīng)用背景等具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。機(jī)器人的模塊結(jié)構(gòu)對(duì)于自重構(gòu)以及整體運(yùn)動(dòng)功能具有重要的影響，對(duì)三維空間機(jī)器人而言，要求模塊具有一定的空間對(duì)稱性和規(guī)則的幾何形狀，并且具備足夠多的自由度，以提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及自重構(gòu)功能。 為此，本文提出并研制了一種新型的正立方體均一陣列式模塊結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和四個(gè)均一式平面連接自由度。所構(gòu)成的機(jī)器人系統(tǒng)兼具陣列式

2、和串聯(lián)式機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，模塊不但能夠借助于鄰接模塊的幫助實(shí)現(xiàn)靈活的空間運(yùn)動(dòng)功能，而且，多個(gè)模塊按照特定的方位關(guān)系相互連接，可以實(shí)現(xiàn)豐富的整體運(yùn)動(dòng)構(gòu)形，大大提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性，此外，模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，控制容易。自重構(gòu)功能是模塊化自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的典型特征，可以通過(guò)改變模塊之間的連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體構(gòu)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)改變。根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了機(jī)器人的構(gòu)形表達(dá)方法和模塊組的運(yùn)動(dòng)描述方法，并通過(guò)分布式通訊和集中式通訊的結(jié)合，

3、實(shí)現(xiàn)了構(gòu)形的自動(dòng)識(shí)別和重建。參照陣列式機(jī)器人系統(tǒng)的自重構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)幾種典型的陣列式機(jī)器人構(gòu)形，即單層雙列構(gòu)形、雙層雙列構(gòu)形和三維空間構(gòu)形，分別進(jìn)行了自重構(gòu)規(guī)劃策略的研究，提出了基于子單元結(jié)構(gòu)的分層規(guī)劃策略，仿真實(shí)驗(yàn)表明該規(guī)劃策略搜索空間小、求解效率高。最后，針對(duì)串聯(lián)式系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)構(gòu)形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用離線規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)了幾種固定構(gòu)形之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換?！　〕俗灾貥?gòu)功能外，所提出的模塊化自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)同時(shí)還具有串聯(lián)式系統(tǒng)的整體構(gòu)形運(yùn)動(dòng)功能。

4、針對(duì)幾種常用的關(guān)節(jié)型仿生機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)構(gòu)形，分別提出了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。整體構(gòu)形的有效運(yùn)動(dòng)，需要所有運(yùn)動(dòng)模塊之間具有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，為了有效地協(xié)調(diào)多個(gè)模塊之間的同步運(yùn)動(dòng)，采用了步態(tài)控制表作為實(shí)現(xiàn)同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制方式。此外，采用了無(wú)向編號(hào)連通圖方法進(jìn)行串聯(lián)式構(gòu)形的表達(dá)，提出了基于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的構(gòu)形匹配策略，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前構(gòu)形與庫(kù)存運(yùn)動(dòng)構(gòu)形之間的自動(dòng)匹配和運(yùn)動(dòng)形式的自動(dòng)選擇?！　∽詈?，建立了模塊自重構(gòu)機(jī)器人的仿真及硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)