可重构模块化机器人分布式控制算法研究

可重构机器人是基于一套事先设计好的模块，并根据特定任务的要求选择的一组模块装配成的机器人。为了实现快速重构，可重构模块化机器人不仅要实现机械结构构形的快速重构而且要实现控制系统的快速重构。根据多Agent理论中协商合作机制和机器人结构的分布性，可重构模块化机器人采用基于多Agent的分布式体系结构。利用微分运动理论提出了一种分布式控制算法，它能够适应三维空间的控制要求，从理论上证明了这种算法的收敛性。     

可重构机器人研究和发展现状

分析了可重构机器人研究和发展现状,对有代表性的可重构机器人作了较详细的介绍,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。     

立式袋包装机可重构模块化设计研究

基于可重构模块化的现代设计思想,研究了立式三四边封袋包装机的可重构模块化设计问题。从面向设计、制造和装配的角度出发,并遵循了模块划分原则,为立式袋包装机的现代化和数字化设计提供了基础。     

基于柔性化工作的可重构机器人系统设计

根据柔性化作业的需要,设计了一种新型的可重构机器人模块系统。先按功能要求对可重构机器人模块进行划分,并设计了各模块相应的机械结构。然后基于可重构机器人的模块特性,设计了单模块的控制系统,并且重构后的机器人控制系统采用分布式控制结构。最后进行了机器人的运动实验,结果验证了系统的可行性。     

新型可重构机器人分布式控制方法的研究

基于可重构机器人的机械、电气、驱动的模块化特点,建立机器人分布式控制系统.提出了分布式控制算法,采用变步距的方法,提高算法的迭代速度和精度;通过微分凑整的方法,解决模块运动抖动问题;提高模块的智能判断力,减少迭代的时间,提高控制的效率.基于算法规划控制的工作过程,最后进行仿真试验,验证可重构机器人分布式控制的实用性和可行性.     

蛇形机器人的耦合驱动模块化单元设计

介绍了新型蛇形机器人关节单元，该单元是模块化万向单元(MUU)，由该单元可以组装成一个三维蛇形肌器人．每个MUU具有三个自由度．并用差动机构实现耦台驱动该MUU的优点是能够通过耦合机械产生较大的力矩，有利于蛇形机器人的越障和运动，有更大的灵活性、适应性，并可完成非自然蛇的运动方式．特别是回转自由度可使蛇形机器人根据不同的运动环境来更换皮肤从而达到更高的运动效率．此自由度可以在蛇形机器人攀爬过程中起驱动作用该单元连接简单易于实现可重构。     

可重构机床控制的模块化设计方法

为达到控制重构与机械重构同步的目标,提出了一种利用控制模块构造层次结构的可重构机床控制器的模块化设计方法.该方法将整个控制器和各层上的独立控制模块都看作是一个有限状态机与一组输入、输出事件的集合,并将每对输入、输出事件集合定义为控制模块的一个端口,而输入事件集合组成该端口的可识别语言.在装配机械模块的同时,利用端口语言连接相应的控制模块,并构造高层控制模块直至创建整个控制器,从而实现可重构机床控制与机械重构的同步.介绍了离散事件系统的有限状态机的表达,给出了控制模块的有限状态机和连接定义、设计和构造模块化控制器的方法及原理,并证明了按照此方法正确地设计和连接控制模块,所创建的控制器是可控制的.     

基于柔性化工作的可重构机器人系统设计

根据柔性化作业的需要,设计了一种新型的可重构机器人模块系统。先按功能要求对可重构机器人模块进行划分,并设计了各模块相应的机械结构。然后基于可重构机器人的模块特性,设计了单模块的控制系统,并且重构后的机器人控制系统采用分布式控制结构。最后进行了机器人的运动实验,结果验证了系统的可行性。     

机床夹具可重构模块化设计方法研究

:如何提高机床夹具设计的效率和质量是计算机辅助工艺装备研究的一个重要问题.在分析机床夹具可重构模块和模块系列规划过程的基础上,提出一种基于公理化设计与设计结构矩阵集成的机床夹具可重构模块化设计方法.该方法以设计过程中的共性单元归并和信息、过程的重用问题为切入点,采用设计结构矩阵建立产品内构件间相互关系,得到合理的模块化夹具产品结构,实现可重构模块拓展变换来实现夹具快速设计.夹具实际实例验证表明,本文设计方法有助于实现机床夹具可重构模块化快速设计,具有较好的应用指导意义.     

可重构媒体处理器任务编译器的前端设计

为了解决算法程序自动映射到可重构媒体处理器的问题,有效提高程序并行执行的效率,提出一种具有自动并行化的任务编译前端. 该任务编译前端通过展开核心循环可提高并行执行度,在数据依赖分析确保运算正确执行的基础上,对循环体内的数组访问进行标量替换,以优化数据传输开销. 实验结果表明,该任务编译前端能有效提高代码并行性和优化数据传输能力,与Garp C编译器的编译前端相比,该任务编译前端设计的性能可提升约2~4倍.     

一种可重构机器人运动学求解方法

针对可重构机器人没有统一的运动学求解形式问题,提出通过构形平面匹配方法求解可重构机器人的运动学.采用改进形式的D-H建模方法,可自动形成可重构机器人运动学模型;将机器人在目标点的位形分解成若干个构形平面,通过三级构形平面的匹配,可求得具有单一串连形式可重构机器人运动学逆解;对搭建的6自由度机器人和8自由度机器人构形的运动学进行实例仿真.仿真结果表明,采用有限个构形平面匹配方法能够求解出可重构机器人运动学,验证了算法的正确性和实用性.     

可重构机器人构形平面的工作空间研究

采用构形平面匹配的方法进行可重构机器人运动学求解时,构形平面的工作空间求解是一个关键问题.为此,提出了一种基于构形平面的工作空间表示方法.首先建立可重构机器人基本模块的运动学模型,根据基本模块的运动学模型按照构形平面划分规则划分可重构机器人工作构形,然后研究典型构形平面的工作空间,找到快速、相对简洁的工作空间表示方法.最后,通过实例进行验证工作空间表示方法的有效性和可行性.     

新型可重构机器人逆运动学的研究

提出新的模块建模方法,通过新的建模方法,可快速搭建机器人的运动学模型．将机器人在目标点的工作位形分解成有限个构形平面的方法,通过对分解的平面构形的工作空间描述,进行构形平面间的姿态和位置匹配,从而找到机器人的数值逆解．通过对采用基本模块搭建的八自由度机器人构形的运动学实例仿真,验证了该方法的可行性．     

基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制

针对可重构模块机器人控制中各子系统间关联项难以处理的问题,提出了一种基于三阶扩张状态观测器(ESO)和动态面控制(DSC)的反演分散控制方法。利用三阶ESO对各关节耦合的关联项及建模不确定性进行实时的估计和补偿,并利用粒子群算法(PSO)自适应调整ESO中的参数。在设计反演分散控制器时,为了克服对虚拟控制量进行重复求导运算而导致的所谓"计算膨胀"问题,采用基于动态面控制的方法设计反演分散控制器,并对所设计的分散控制器的Lyapunov稳定性进行了分析。将该控制策略应用于一个四自由度可重构模块机器人的轨迹跟踪控制中,仿真结果验证了该控制器对处理关联项及反演控制中"计算膨胀"问题的有效性。     

一种模块化机械臂的设计与运动学分析

研制一种新型机械臂模块化旋转关节.为使模块化关节结构更紧凑,采用电机、编码器和制动器轴线平行的布置方式,具有标准的机械、电气接口,可以根据需求组装成不同构型的机械臂;针对模块化机械臂运动学不具有通用性的问题,基于构型平面匹配的方法,将空间构形转换为平面几何关系,实现对机械臂的模块化运动学求解;设计了机械臂运动学仿真平台,能够快速获得不同构型机械臂的运动学;结合该模块化旋转关节的特点,构建分布式控制系统,实现了对各种构型机械臂的控制.     

分级优化自重构构形匹配策略研究

针对机器人自重构过程中的构形匹配问题,提出了基于分级优化机制的自重构构形匹配策略．首先以待匹配方案与目标构形之间的公共连接作为一级优化目标;在一级优化结果的基础上结合构形连通性这一特点构造新的目标函数,即以匹配方案与目标构形之间的公共拓扑作为二级优化目标．通过设置两级优化目标,简化了构形匹配的过程．最后利用遗传算法对所提出的构形匹配方法进行了验证,结果证明了该匹配方法的可行性．     

可重构媒体处理器配置信息优化生成技术

为降低可重构媒体处理器任务编译器设计中系统配置代价,有效提升配置信息的配置效率,提出了一种新的配置信息优化生成方法。该生成方法在对输入的数据流图进行独立子图搜索和子图同构判定得到各类子图的属性的基础上,对配置模板生成步骤增添约束来生成全等的配置模板以提升系统的配置性能。本文方法已被应用到可重构媒体处理器任务编译器的设计实践中。实验结果表明:本文方法能够有效地生成优化的配置信息,所生成的配置信息的配置性能明显优于传统贪婪方法生成的配置信息。     

可重构线天线的快速优化设计

将遗传算法与矩量法相结合,对可重构线天线的开关状态进行优化设计．将可重构天线的开关作为加载来处理,并利用Sherman-Morrison-Woodbury公式加速矩量法中阻抗矩阵方程的求解．优化结果表明遗传算法与快速矩量法结合对可重构线天线的优化设计非常有效,优化设计的速度提高了3~4个数量级．