模塊化自重構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及自變形方法的研究.pdf

1、模塊化自重構(gòu)機(jī)器人是一種由許多智能模塊組成的多機(jī)器人系統(tǒng)。它利用模塊之間的相互運(yùn)動(dòng)來(lái)改變自身的結(jié)構(gòu)形狀以適應(yīng)不同的工作環(huán)境，能勝任普通機(jī)器人無(wú)法完成的任務(wù)。其涉及的科學(xué)領(lǐng)域廣泛，具有很高的理論研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 本文首先提出并研制了一種新型的三維陣列式同構(gòu)自重構(gòu)機(jī)器人，其基本模塊外形為立方體，在它的6個(gè)面上對(duì)稱的安裝了圓盤(pán)形的對(duì)接面，模塊內(nèi)部利用全齒輪的傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了6個(gè)連接面的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)連接面上都安裝了一套軸孔鎖定

2、裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰模塊的對(duì)接。整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，易于控制。 然后對(duì)該自重構(gòu)機(jī)器人的對(duì)接過(guò)程進(jìn)行了研究，分析了兩個(gè)連接面在對(duì)接時(shí)可能存在的位姿偏差問(wèn)題，利用空間幾何的原理將此偏差通過(guò)易于測(cè)得的距離量來(lái)表示，并設(shè)計(jì)了一套紅外測(cè)距系統(tǒng)采集此距離量，從而最終得出兩連接面之間的位姿誤差量，將其反饋給電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償后，便可實(shí)現(xiàn)連接面的完全對(duì)中。 模塊化自重構(gòu)機(jī)器人利用模塊之間的相互對(duì)接和分離能夠?qū)崿F(xiàn)許多不同的靜態(tài)構(gòu)型。為了區(qū)別這些

3、不同的構(gòu)型，本文結(jié)合圖論的相關(guān)知識(shí)提出了用特征向量矩陣來(lái)描述系統(tǒng)構(gòu)型以及單個(gè)模塊狀態(tài)的方法。在此基礎(chǔ)上對(duì)模塊的基本運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行了分類以及歸納整理，為研究自重構(gòu)系統(tǒng)的變形算法提供了方便。 最后總結(jié)了每個(gè)模塊在變形運(yùn)動(dòng)中每一步能到達(dá)的所有可能空間，并提出了一種用模塊的可能運(yùn)動(dòng)空間向目標(biāo)空間逐步填充的變形算法，同時(shí)結(jié)合模塊運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)對(duì)此算法進(jìn)行了優(yōu)化,并且利用JAVA 3D語(yǔ)言建立了仿真平臺(tái)，對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的自變形過(guò)程進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)