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。     

独立操作型可重构机器人群体构形表达和重构优化

独立操作型可重构机器人的单个模块具备独立运动、操作和采样能力,顺应从结构环境中定点作业向非结构环境中自主作业的发展要求,能够更好地应用到环境复杂、危险性高的场合.现有的构形研究主要针对依赖运动型、独立运动型可重构机器人,解决独立操作型可重构机器人构形问题时具有局限性.针对可重构机器人重构目的,提出矢量构形,将构形研究内容扩展到拓扑结构、运动趋势方向和各模块的姿态方位及连接关系,提出模块状态向量和构形状态矩阵实现该类可重构机器人群体构形的表达,对应的变换运算和操作可以表达、触发模块行为运动和构形重构,提出以工作负荷为优化目标的构形组合重构优化方法、以姿态方位工作负荷和连接工作负荷的组合为优化目标的构形变换重构优化方法,通过重构优化获得模块在构形重构中状态对应变换关系,作为构形重构规划和控制的基础.     

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.     

机器人系统的操作能力与树型可重构的机器人研究

本文从机器人关节力矩和末端夹力的受限情况出发，提出了一个操作能力的概念，研究了单机器人和多机器人系统的操作能力，以此为依据，进一步讨论了作者提出的树型可重构机器人，这种机器人可以通过变化自身结构来改变其操作能力，以适应任务的变化，通过一个仿真实例说明了这种树型可重构机器人的有效性。     

一种模块化可重构机器人系统的研制

在教育和科研领域中,为使机器人兼有较好的重构能力与操作性能,研制了一种模块化可重构机器人系统MRRES.提出了一种机器人模块划分及重构的方法,构建出机器人模块库,研制出集成传动、控制及传感于一体的系列化关节模块.基于Open GL和VC++开发了具有建模、仿真和运动控制功能的应用软件MRR-SIM.给出了一个基于任务和模块库的机器人设计实例,进行了实验测试.实验结果表明,MRRES系统模块划分和设计合理,机器人在保证重构能力的同时具有较好的操作性能,可应用于教育和科研等领域.     

可重构机器人技术的探讨

本文概述了可重构机器人研究和发展现状 ,对基于多 Agent的可重构机器人的控制方法的研究作了较详细的介绍 ,根据可重构机器人的应用背景 ,指出了可重构机器人研究的必要性     

一种新的树型可重构机器人

本文提出一种新的具有树型结构的可重构机器人模型.首先研究了这种树型可重构机器人的模型及结构变化.接着研究了树型机器人的结构表征及运动学、动力学关系,这是研究树型可重构机器人的基础.然后研究了树型可重构机器人结构变化的表征,给出了一个结构变化阵和一个辅助的结构变化阵来表征其结构变化.最后建立了树型可重构机器人的运动学和动力学方程.     

可重构模块化机器人现状和发展

由于市场全球化的竞争,机器人的应用范围要求越来越广,而每种机器人的构形仅能 适应一定的有限范围,因此机器人的柔性不能满足市场变化的要求,解决这一问题的方法就 是开发可重构机器人系统．本文介绍了可重构机器人的发展状况,分析了可重构机器人的研 究内容和发展方向．     

基于机器人的可重构装配系统

本文分析了市场全球化给企业带来的挑战和机遇 ,提出了基于机器人的可重构装配系统 .在分析国外在可重构制造领域的研究状况的基础上 ,提出了基于机器人可重构装配系统的设计内容和方法 ,并提出了可重构装配系统今后需研究的方向     

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。     

Kinematic Design of Modular Reconfigurable In-Parallel Robots

This paper describes the kinematic design issues of a modular reconfigurable parallel robot. Two types of robot modules, the fixed-dimension joint modules and the variable dimension link modules that can be custom-designed rapidly, are used to facilitate the complex design effort. Module selection and robot configuration enumeration are discussed. The kinematic analysis of modular parallel robots is based on a local frame representation of the Product-Of-Exponentials (POE) formula. Forward displacement analysis algorithms and a workspace visualization scheme are presented for a class of three-legged modular parallel robots. Two three-legged reconfigurable parallel robot configurations are actually built according to the proposed design procedure.     

可变形机器人协同转向运动研究

可变形机器人AMOEBA I具有多种构形和多种转向方式．为实现机器人转向性能的优化,提出了可变形机器人的协同转向方法,并建立了相应的数学模型,对不同构形下的协同转向方式进行了理论分析．设定了机器人三个模块在协同转向过程中的运动关系,在此基础上给出了可变形机器人协同转向性能的评价指标．通过理论和实验比较了不同构形下的协同转向方式,实验验证了协同转向方法的有效性．     

多模冗余可重构计算机可靠性研究

为了以最小代价提高多模可重构计算机的可靠性,需要结合系统体积功耗等因素,对不同计算机体系结构的可靠性进行评估;首先,针对三模冗余、三热一冷以及四模热备这几种不同冗余可重构计算机体系结构,给出了他们的故障状态转移图;其次,运用马尔可夫模型理论,对这些计算机结构进行可靠性建模;第三,根据上述3种系统的可靠性模型,在考虑失效率和维修率两个参数对系统可靠性影响的情况下,对各结构的可靠性指标进行了评价;结果表明,三热一冷的可靠性大于三模冗余,而小于四模热备;但综合考虑系统的可靠度、体积、功耗等因素后,在这几种形式的表决系统中,三热一冷是最优的;同时,设计完善的三模可重构系统可靠度会比一个设计不合理的四模可重构系统要高。     

可重构机器人越障运动的规划

提出一种新型的可重构机器人,该机器人在受一个驱动力矩的作用时,在不同约束下表现的输出形式不同. 利用机构这一特点,实现了机器人移动中的自主越障运动．主要针对机器人越障运动中越障高度受导轮和手臂影响的问题,提出一种借助环境同时改变手臂姿态的越障规划方法,有效地提高了越障的高度．通过试验样机验证了规划方法的有效性．     

基于功能构件分解的机器人模块化设计方法

模块化机器人系统不仅包括模块化的机械硬件,而且还包括模块化电气硬件、控制算法和软件。模块的合理划分与重构是机器人模块化设计的重要研究内容。本文按照功能特征兼顾机器人的结构特征进行模块划分,提出基于功能构件划分的分层结构,即系统层一模块化单元层一功能构件层;并以服务机器人为例说明模块划分原则,具有功能独立性的最小模块单元的功能构件的特征以及识别功能构件的核心逻辑,阐述基于图论的运动学图和矩阵进行模块化机器人拓扑构形表达方法,通过引入接口向量来构造装配关联矩阵详细描述模块间的装配关系,介绍基于旋量理论的模块化可重构机器人运动学自动建模方法。     

Dynamic Analysis and Distributed Control of the Tetrobot Modular Reconfigurable Robotic System

Reconfigurable robotic systems can be adapted to different tasks or environments by reorganizing their mechanical configurations. Such systems have many redundant degrees of freedom in order to meet the combined demands of strength, rigidity, workspace kinematics, reconfigurability, and fault tolerance. In order to implement these new generations of robotic system, new approaches must be considered for design, analysis, and control. This paper presents an efficient distributed computational scheme which computes the kinematics, dynamics, redundancy resolution, and control inputs for real-time application to the control of the Tetrobot modular reconfigurable robots. The entire system is decomposed into subsystems based on a modular approach and Newton's equations of motion are derived and implemented using a recursive propagation algorithm. Two different dynamic resolution of redundancy schemes, the centralized Jacobian method and the distributed virtual force method, are proposed to optimize the actuating forces. Finally, distributed dynamic control algorithms provide an efficient modular implementation of the control architecture for a large family of configurations.     

基于万向式关节的模块化自重构机器人

提出了一种基于万向式关节的模块化自重构机器人——UBot．该机器人模块结构紧凑、刚性好、运动灵活,具有运动、重构和处理任务的能力．它由许多标准模块组成,模块均采用万向式结构的正立方体外形,具有4个可以与相邻模块连接/断开的连接面．设计了钩爪式连接机构,它可以快速可靠地与相邻模块连接/断开,该连接机构连接后具有自锁功能,节省能量．设计了模块电气系统．最后进行了连接机构和机器人运动实验,证明了UBot系统的可靠性和运动灵活性．     

遥操作机器人系统的稳定性研究

遥操作机器人系统由于系统模型的不确定性以及长距离通讯造成的时延,使系统稳定性能变差、透明度下降.本文利用时间前向观测器来推算从机械手的状态,通过对位置、速度和力的反馈参数的设计消除时延对系统的影响.通过仿真验证了所设计的控制器,既可以使系统渐近稳定,又使系统具有良好的透明性.     

可重构星球探测机器人控制系统的设计与实现

介绍了一种新型可重构星球探测机器人系统. 基于这种机器人功能和结构的分解特点,设计了模块化控制系统,使用CAN总线技术作为模块间主要通讯方式. 提出了控制原理和集中式控制算法,有效地实现了一台子机器人在不同模式状态下自主运动和操作的控制, 并通过原理样机实验验证了这套控制系统的可行性.     

可移动机器人在中心对称环境中的自定位算法

可移动机器人的自定位问题是智能机器人研究中的重要课题,它包含许多传感器技术和定位算法,马尔可夫定位算法的优点是可以使机器人在全局不确定的情况下估计它的位置。这种方法采用概率分布描述机器人的位置信度,机器人通过在运动过程中所获得的传感器数据和运动记录来更新信度分布,然后采用最高信度值来估计它所在的位置。对于只有距离测量传感器的机器人在中心对称环境中仅仅采用马尔可夫自定位法还是无法确定其位置,为了解决中心对称的环境中所存在的问题,建议在机器人上装上陀螺仪或指南针,定义一个角度高斯分布函数,并利用这个函数建立新的机器人感知模型来扩展马尔可夫定位算法,通过仿真程序对多种对称情况进行实验,验证了这一新算法的可行性,这个扩展马尔可夫自定位算法不仅可使机器人在中心对称环境中很快地确定自己的位置,而且可以加快非对称环境中信度分布收敛到真实位置的速度。