模塊化自重構(gòu)機器人的研究.pdf

1、 開展模塊化自重構(gòu)機器人的研究對于提高我國在該領(lǐng)域的科研水平、擴展機器人的應(yīng)用背景等具有重要的理論及現(xiàn)實意義。機器人的模塊結(jié)構(gòu)對于自重構(gòu)以及整體運動功能具有重要的影響，對三維空間機器人而言，要求模塊具有一定的空間對稱性和規(guī)則的幾何形狀，并且具備足夠多的自由度，以提高系統(tǒng)的運動及自重構(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)，具有一個轉(zhuǎn)動自由度和四個均一式平面連接自由度。所構(gòu)成的機器人系統(tǒng)兼具陣列式

2、和串聯(lián)式機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，模塊不但能夠借助于鄰接模塊的幫助實現(xiàn)靈活的空間運動功能，而且，多個模塊按照特定的方位關(guān)系相互連接，可以實現(xiàn)豐富的整體運動構(gòu)形，大大提高了機器人的運動靈活性，此外，模塊的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，控制容易。自重構(gòu)功能是模塊化自重構(gòu)機器人系統(tǒng)的典型特征，可以通過改變模塊之間的連接關(guān)系，實現(xiàn)整體構(gòu)形拓撲結(jié)構(gòu)的自動改變。根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)特點，提出了機器人的構(gòu)形表達方法和模塊組的運動描述方法，并通過分布式通訊和集中式通訊的結(jié)合，

3、實現(xiàn)了構(gòu)形的自動識別和重建。參照陣列式機器人系統(tǒng)的自重構(gòu)特點，針對幾種典型的陣列式機器人構(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，仿真實驗表明該規(guī)劃策略搜索空間小、求解效率高。最后，針對串聯(lián)式系統(tǒng)整體運動構(gòu)形的結(jié)構(gòu)特點，采用離線規(guī)劃方法實現(xiàn)了幾種固定構(gòu)形之間的自動轉(zhuǎn)換?！　〕俗灾貥?gòu)功能外，所提出的模塊化自重構(gòu)機器人系統(tǒng)同時還具有串聯(lián)式系統(tǒng)的整體構(gòu)形運動功能。

4、針對幾種常用的關(guān)節(jié)型仿生機器人整體運動構(gòu)形，分別提出了相應(yīng)的運動規(guī)劃方法。整體構(gòu)形的有效運動，需要所有運動模塊之間具有嚴格的時序關(guān)系，為了有效地協(xié)調(diào)多個模塊之間的同步運動，采用了步態(tài)控制表作為實現(xiàn)同步協(xié)調(diào)運動的控制方式。此外，采用了無向編號連通圖方法進行串聯(lián)式構(gòu)形的表達，提出了基于關(guān)鍵節(jié)點的構(gòu)形匹配策略，實現(xiàn)了當前構(gòu)形與庫存運動構(gòu)形之間的自動匹配和運動形式的自動選擇?！　∽詈?，建立了模塊自重構(gòu)機器人的仿真及硬件實驗系統(tǒng)，通過實際實驗驗