可重构模块化机器人研究

可重构模块化机器人是机器人学的一个新的发展方向,其研究的核心和基础问题是可重构机器人的模块设计以及模块组合的运动规划。设计了一种新型可重构模块化机器人,该机器人具有独特的平面连接机构,实现了结构、驱动、运动和功能的模块化,能够根据需要重新构形,完成实时任务。分别介绍了模块单元的机械结构设计、连接机构以及基于CAN总线的控制系统结构。构建了基于OpenGL技术和VC++开发平台的机器人仿真实验系统,仿真机器人构形和运动,验证了模块设计的正确性和整体运动构形规划方法的有效性。     

一种自重构机器人手抓取构形的拓扑转换

自重构机器人手是由一些模块构成的复杂的模块化自重构机器人系统。本文提出了一种能够准确描述了这类机器人手抓取构形拓扑结构的方法;分析了构形拓扑转换的规律和步骤,并结合模块的运动形式,描述了拓扑结构转换的操作过程,并运用智能算法对构形拓扑结构转换进行优化。经验证,拓扑转换的操作步骤减少了,自重构机器人手的构形转化效率提高了。     

水下模块化自重构机器人构形拓扑转换

定义了水下模块化自重构机器人构形拓扑转换基本概念 ,并分析总结出构形拓扑转换的基本规律 .然后采用遗传算法对构形拓扑转换进行优化 ,有效地降低构形拓扑转换操作过程中的连接和断开操作次数 ,提高自重构效率 .     

模块化机器人拓扑重构规划研究

模块化可重构机器人由若干个相同的机器人模块组合装配而成,能够重构成不同的几何形态和结构,从而适应不同的作业任务要求。本论文主要对树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题进行了研究,定义了构型重构的基本概念,提出了分支重构规划算法。这类模块化可重构机器人可以用树状拓扑结构图来描述。机器人的拓扑结构从自由树转化为有根树,然后分解为若干个分支结构,并按一定顺序排列,通过对各个分支结构的逐步比较和操作,完成重构过程。最后选定模块数目,进行了重构规划过程的仿真计算。结果表明,文中所述算法对于树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题是有效的。     

基于网络的自重构机器人重构路径研究

文中针对自重构机器人的重构问题提出了一种基于网络的分析方法.自重构模块机器人"AMOEBA-I"的9种不同构形组成了一个构形网络.机器人的每种构形被看成带有权值的有向构形网络中的一个节点.一种构形向另一种构形的转换可描述为一条非负值的有向路径.将图论应用于构形变化的分析,根据构形的拓扑信息相应定义了重构路径、可重构矩阵和路径矩阵.在此基础上,将图论中的算法应用于重构路径的计数和最佳重构路径的选择.数值分析与仿真实验结果验证了该方法的可行性.同时,该方法还可以用于其他自重构机器人的构形控制与自重构规划.     

可动态重构的旋翼飞行器设计与运动特性分析

针对旋翼飞行器因机体结构受运动路径中空间变窄限制而无法连续穿越的问题,研究设计了一种可动态重构的旋翼飞行器,通过改变机体构形实现对空间变化的运动应对,提高飞行器在复杂环境下连续运动作业的能力.该系统采用链式模块化结构,通过旋转关节实现构形的2维变化.根据机体结构特点和运动控制方式,基于D-H(Denavit-Hartenberg)规则推导了空间变换矩阵,求解了变化重心,建立了机体运动学模型.基于几何、动力和控制响应约束,提出了构形变换的求解方法,并针对该模型给出了边界条件.最后进行了飞行器稳定性、操纵性及临界构形实验.结果 表明,构形变换过程中,飞行器姿态稳定,无明显突变,各轴向最大变化量在4°以内;濒近临界构形时飞行器操控顺畅,跟踪控制响应能够在0.1s内完成.实验验证了姿态可控的临界构形角度集为{180°,180°,113°},通过几何运算,采用固定航向方式,飞行器的通过半径可缩小21.89％,结合航向控制的方式,最大通过半径可缩小67％.飞行器具备稳健完成动态重构和通过窄间隙的能力.     

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人，它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力．该机器人由3个模块组成，采用履带驱动，具有直线、三角、并排3种对称构形．在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上，提出稳定锥方法，用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定. 讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性，并进行了仿真实验和非结构环境实验．     

水下分散自重构系统设计

研究一种新的水下系统设计概念,水下分散自重构系统.该系统由数量不定的少数几类相似模块组 成,通过模块之间的连接和分离,可以实时改变系统构形.通过模块的协调变形,可以实现不同的运动方式.开发了 一个基本的样机系统,称为USS.USS目前只包括一类模块,可以实现2 种平面基本构形和2种空间基本构形.由于 具有浮力调节能力,可以通过平面构形实现海洋水体空间机动,以及海底和水下结构物中的运动.     

Agent任务可视编程和单元组合重构

文中将机器人装配单元的各类设备定义为独立的Ａｇｅｎｔ,采用Ｐｅｔｒｉ Ｎｅｔ模型,为各Ａｇｅｎｔ的作业定义了有关操作的基本模型结构,作为基于多Ａｇｅｎｔ的模型库。通过对Ａｇｅｎｔ模型库元素的可视化组合重构,不仅可以实现机器人作业单元几何元素的重组,而且可以方便地实现作业任务的重组。     

自重构模块机器人研究

介绍国外自重构模块机器人的研究现状。分析多种典型自重构模块机器人系统的模块构成、连接机制和自重构规划方法。指出自重构模块机器人研究的关健技术和需解决的现实问题。