晶格式集群机器人矩阵成型方法及实验

针对复杂非结构环境下作业任务对机器人的多功能性、柔性化等特殊需求,提出一种以映射矩为目标构型识别依据、矩阵元素为成型运动核心的晶格式集群机器人矩阵成型方法.基于离散化处理后的晶格式群体系统与元素离散排列、对称分布的矩阵的相似性,在预处理阶段,将用户给定的二维目标几何构型任务进行矩阵二值化处理后,与初始构型矩阵嵌套和匹配,并依次通过矩阵映射运算、初始构型体的相对定位实现集群机器人对目标几何构型的有效识别.在成型阶段,晶格式机器人个体以矩阵元素为运动依据、晶格单元为成型载体,设计晶格式集群机器人的个体自主成型规则,有效解决群体系统中“走哪里”和“怎么走”的问题.最后,通过仿真实验表明群体矩阵成型方法的可行性和有效性.     

一种分布式集群机器人链式成型方法

针对复杂非结构环境下作业任务对机器人的多功能性、柔性化等特殊需求,以分布式、大规模晶格式集群机器人的局部交互与自主协作为基础,提出了一种机器人系统随任务柔性变形的新成型方法。遵循"分层剥离、分层填补、迭代循环"的分层成型策略,将群体系统的全局行为转化为当前构型体外层个体的局部行为,从而使得大规模集群机器人的自主、有序成型成为可能。在分层成型策略指导下,设计了一种融运动链规划与执行为一体的集群机器人链式成型方法:依据"分层剥离"策略,通过边缘层内机器人个体之间的局部交互和协作,系统自主涌现出一条包含优先移动个体集的运动链,有效解决了群体成型过程中的"谁先走"问题;依据"分层填补"策略,通过个体成型规则引导运动链内个体沿构型体边缘有序地填充至待填补区域,解决了群体成型过程中的"怎么走"和"到哪里"问题。最后,设计并完成了一种晶格式、全向移动机器人本体模型和硬件实物,通过4类典型目标构型、数量多达169台机器人验证了集群机器人链式成型方法在通用性、可扩展性方面的有效性。这种"一套粒子、机机共融、一机多能"的新成型方式,可以实现通过"软编程"方式操控一群机器人自主、有序地完成给定二维目标构型任务的个性化定制。