基于视觉的可重构模块化机器人模型构建技术

针对不同的作业任务,可重构模块化机器人能利用机器人模块单元来灵活搭建不同的构型,但为新构型的机器人构建其运动学模型需要完成大量的工作。已知各类模块的模型,模块化机器人整体可以被表达为抽象的运动链模型,该模型包括所有组成模块、模块在运动链中的顺序、相邻模块连接的情况。根据抽象运动链的信息,组合各类模块的模型,即可以生成机器人整体模型。然而,采用通过模块内部传感器检测模块间连接参数的方法会导致模块单元设计方案复杂且成本高。提出了一种基于视觉的方法来识别机器人的运动链模型参数,然后利用模块的模型可以自动生成机器人的整体模型。     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

自重构仿生四足机器人运动学分析及仿真

自重构模块化机器人是由多个相同的单元模块构成,可以在复杂环境中独自完成各种构型和工作姿态.在分析自重构模块化机器人单元模块机构的基础上,提出一种由10个相同单元模块构成的自重构仿生四足机器人,建立其运动学模型,运用D-H法推导出该机器人的正运动学和逆运动学方程,将设计出的机器人三维模型导入Adams/view中进行运动仿真分析,验证该机器人运动的可行性与设计的合理性.     

关节型模块化机器人构型及运动学研究

分析了模块化机器人模块划分与重构的关系,总结了模块的划分原则。对关节型机器人进行了模块化分,建立了含有五种单元模块的模块库,并对其可实现构型进行了拓扑分析。提出了一种新的坐标系建立方法,基于旋量理论和指数积公式推导出了每个单元模块的变换矩阵,得出了适用于关节型机器人构型变化的正运动学方程。最后通过实例验证了拓扑构型分析及运动学算法的正确性。     

轮手一体机器人群体构形的模块化动力学建模方法

轮手一体机器人是一种模块化机器人,其单模块自由度多,结构相对复杂,群体构形形式多样,且需要经常重构以适应不同环境。采用传统方法对其进行动力学建模导致重复建模,机器人重构时更新量较多。针对此问题,提出一种基于模块化思想的群体构形动力学建模方法,减少了重复建模,且所得方程适用于串链、闭链、树形等各种拓扑构形。采用李代数作为局部坐标消除奇异位形,得到单模块机器人动力学方程的统一描述。根据群体构形的连接关系和连接类型定义接触集合和关节模型,建立约束力方程描述模块间的相互作用。针对动力学方程状态变量非矢量情况下的数值积分方法进行讨论,并给出实例仿真。     

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。     

基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析

由于可重构机器人构型的多样性,其动力学的分析方法要求建模方便,并且具有通用性。基于此,讨论在运动螺旋和力螺旋的基础上采用拉格朗日方程建立机器人动力学方程的方法。采用运动螺旋和力螺旋表示,可以对机器人各杆件建立统一的坐标系,方程可表示成简洁的形式;可方便地实现力/力矩在不同坐标系之间的转换及末端执行器上的力/力矩与各关节力矩之间的转换,适合分析复杂的受力情况。动力学拉格朗日方程为封闭显式状态方程,便于进行构型的设计和校验、运动仿真以及控制系统的分析与综合,适应可重构机器人构型多变的特点。最后给出动力学分析的具体方法和步骤,并对一个典型的可重构机器人构型进行仿真计算。     

可重构机器的模块化设计

提出了一种基于旋量理论以及图论的可重构机器的模块化设计方法.该方法通过对已知加工任务的分析,建立实现该任务的可重构机器的拓扑构型,同时利用机械模块库生成一系列可选择的可重构机器.设计方法主要由数学模型建立模块、任务分析模块、拓扑构型模块和机械模块的选择模块4部分组成.并根据上述方法,对可重构机器进行软件建模.     

可重构模块化工业机器人构形及其静力学分析

可重构模块化工业机器人是机器人学研究领域中兴起的一个新的研究方向,其核心和基础内容是可重构工业机器人的模块划分和模块组合运动规划。分析可重构模块化工业机器人的特点,以50kg负载工业机器人为例,介绍了工业机器人模块的划分,结合课题所涉及的具体实例分别对工业机器人的各个模块进行了详细的叙述。采用基于SolidWorks的三维建模和基于ANSYS的结构性能分析相结合的方法,完成50kg负载工业机器人本体的构建,实现了工业机器人的可重构化。     

基于图论的可重构机器人构型综合

提出了一种简单而有效的可重构机器人构型综合方法,应用的理论基础是图论。为此,首先将可重构机器人的各模块抽象为积木块,这样,可重构机器人系统可用一个图来描述,基于图论原理和模块间的连接约束条件,得到模块所有可行的组合装配构型。利用该方法对一种由齿轮传动模块、齿条传动模块、带传动模块和平面连杆机构等4个模块组成的4自由度可重构机器人进行了构型综合,得到了它全部6种可行的装配构型,从而有效地完成了可重构机器人的概念设计。