模塊化自重構機器人結構設計及自變形方法的研究.pdf

1、模塊化自重構機器人是一種由許多智能模塊組成的多機器人系統(tǒng)。它利用模塊之間的相互運動來改變自身的結構形狀以適應不同的工作環(huán)境，能勝任普通機器人無法完成的任務。其涉及的科學領域廣泛，具有很高的理論研究價值和廣闊的應用前景。 本文首先提出并研制了一種新型的三維陣列式同構自重構機器人，其基本模塊外形為立方體，在它的6個面上對稱的安裝了圓盤形的對接面，模塊內(nèi)部利用全齒輪的傳動方式實現(xiàn)了6個連接面的自由轉動，每個連接面上都安裝了一套軸孔鎖定

2、裝置用來實現(xiàn)相鄰模塊的對接。整個模塊結構簡單，緊湊，易于控制。 然后對該自重構機器人的對接過程進行了研究，分析了兩個連接面在對接時可能存在的位姿偏差問題，利用空間幾何的原理將此偏差通過易于測得的距離量來表示，并設計了一套紅外測距系統(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，將其反饋給電機進行補償后，便可實現(xiàn)連接面的完全對中。 模塊化自重構機器人利用模塊之間的相互對接和分離能夠實現(xiàn)許多不同的靜態(tài)構型。為了區(qū)別這些

3、不同的構型，本文結合圖論的相關知識提出了用特征向量矩陣來描述系統(tǒng)構型以及單個模塊狀態(tài)的方法。在此基礎上對模塊的基本運動形式進行了分類以及歸納整理，為研究自重構系統(tǒng)的變形算法提供了方便。 最后總結了每個模塊在變形運動中每一步能到達的所有可能空間，并提出了一種用模塊的可能運動空間向目標空間逐步填充的變形算法，同時結合模塊運動的特點對此算法進行了優(yōu)化,并且利用JAVA 3D語言建立了仿真平臺，對一個簡單的系統(tǒng)的自變形過程進行了仿真實驗