模块化自重构机器人的运动分析与仿真

在国外自重构机器人研究的基础上,设计开发了一种同构阵列式的模块化自重构机器人M-Cubes。此模块化机器人结构紧凑、运动灵活,模块间通过搭建成脚手架结构进行运动,可以组合成任意的构型。文章介绍了模块的脚手架结构运动方式,进行了运动学分析,推导出模块运动时的变换矩阵,并进行了逆运动学分析,说明了此脚手架结构的运动原理。在仿真平台上给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了模块结构和运动方式的有效性。     

自重构机器人对接路径规划策略设计

自重构多机器人实现重构需要经历集合、对接、重构等过程,其中,对接是机器人实现重构的关键。文章根据自重构机器人对接时路径规划的要求,结合所开发的自重构机器人BL-W的特点,设计了机器人对接时的路径规划方法,试验表明该方法简便可靠,能够满足机器人对接时的路径规划要求。     

M-Cubes自重构机器人对接过程的变形分析

给出了M-Cubes自重构模块的实物模型,介绍了该实物模型的机械结构及对接特点;根据实物模型的特征用有限元对单个模块进行了建模。模块在对接及运动过程中,受外界因素的影响,会发生变形,采用有限元对模块进行了变形分析。通过对变形结果的分析,提出了模块可靠、有效、正确对接所遵循的必要条件,为M-Cubes机器人系统能成功地完成自重构运动提供了有效的指导。     

基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

混合型自重构机器人的空间构型描述

设计了一种新型的混合型自重构机器人,该机器人由呈三棱柱形的主-从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电机及齿轮减速装置,每个从模块包括2个从驱动电机及齿轮-齿条传动装置.基于基本模块的几何特征及空间转换矩阵,描述了该自重构机器人的4种基本空间构型,为机器人的自重构运动打下基础.     

基于模块智能的自重构机器人描述模型

自重构机器人拓扑结构的描述模型是建立自重构机器人系统和设计变形规划算法的基础。本文提出一种有序定点图及其关联矩阵作为描述模型 ,通过各个模块的局部感知信息来表达全局拓扑 ,可以有效表达整体系统中模块的位置关系、连接关系和失效模块的信息。本文建立描述模型的方法可以应用于各类同构模块化机器人系统     

自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成.根据模块的运动特征及棋盘规则的约束,以Oxy平面为例,分4种情况,研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间.利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息,根据每个模块自身的可能运动空间,并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划.为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务,定义模块的优先运动系数,规定模块的填充原则,将逐步填充式自变形算法进行一定优化,得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法.最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例,证明上述方法的可行性.     

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。     

模块化可重构足式仿生机器人设计

在应用仿生学原理和拓扑理论对足类生物骨骼结构进行简化和模块化分的基础上,开发了一套模块化可重构足式机器人系统,此套系统能够构造出多种不同构形的足式机器人,并且由于采用了均一化的设计,在一定程度上降低了生产成本。     

模块化可对接爬壁机器人

针对单体爬壁机器人越障能力低而多关节爬壁机器人壁面运动能力差的问题,提出了一种具有对接能力的模块化电磁吸附爬壁机器人设计。主要介绍了单体吸附爬壁模块、越障关节结构设计以及爬壁机器人的控制系统设计。该机器人的单个模块能够独立吸附行走,而多个模块对接后则能利用越障关节完成壁面越障。实验证明此种模块化可对接爬壁机器人爬壁性能良好,不仅能在壁面进行越障,且能够在单目视觉系统导引下实现壁面对接和分离。     

基于超声波的自重构移动机器人自主对接方法

分别在两个对接模块上使用一个超声波发射头和一个超声波接收头,并利用超声波信号对距离和角度敏感的特性,实现了两个机器人模块的对接。实验表明,两个机器人模块交替进行自转与超声波导引可以最终将两模块对齐在一条线上。此方法普遍适用于平面上其它类型机器人模块间的相互对接。     

自重构模块机器人的研究与发展现状

自重构模块机器人能够根据工作任务及工作环境的变化而自动改变自身的结构配置，构成与其相适应的最佳构形，完成操作任务，不但扩大了机器人的应用范围，更由于模块的均一性和互换性降低了制造及维护成本，提高了操作的可靠性，介绍了该领域的国内外发展状况，总结了主要研究方法及存在的主要问题，提出了自重构模块机器人的发展方向。     

一种新型自重构模块机器人的机构设计

提出了一种同构阵列式自重构机器人模块单元,该单元具有12个自由度,结构简洁、紧凑,控制方便简单,并且详细介绍了每个模块的机械结构。每个模块利用6个面上的销和孔组成自动锁定装置,通过与相邻模块问的交流和通讯,独立自主实现与相邻模块间的连接、分离。由多个相同模块组成的M-Cubes系统,通过模块之间的相互配合,改变它们之间的连接方式,形成空间任意结构。最后对M-Cubes机器人最基本的变形运动进行了分析,并且利用java3D进行了仿真。     

自重构机器人的基本模块结构设计与分析

给出了一种新颖的点阵晶格型自重构机器人的基本模块，该模块由1个中心体及6个旋转面组成。中心体内由相互正交的6个锥形齿轮组成机械传动结构，完成1个电机驱动6个旋转面转动的功能，旋转面上对称布置一轴和一孔，由旋转面的旋转、前进，完成相邻两模块相应旋转面上的轴插入相应孔中的对接任务。分析了空间模块间的可能运动，并用由3个模块和1个底座组成的自重构机器人系统来说明所设计模块结构的可行性。     

可重构机器人模块间装配误差识别方法研究

基于对可重构机器人配对接口间位姿误差的分析划分,研制模块间装配误差在线测量识别接口,建立配对接口位姿误差与接口几何结构偏差之间的关系模型,进而建立配对接口位姿误差与配对接口内部测距传感器测量值之间的映射关系模型,提出一种基于内部测距传感器位移量的模块间装配误差在线识别、补偿方法.为验证方法的正确性,研制单关节?连杆试验平台.试验结果表明装配误差经在线识别、补偿后,连杆末端的位置误差平均值减少7倍多.     

可重构模块化机器人构形设计

提出了一种基于遗传算法可重构机器人的设计方法，使用结构构形图表达可重构机器人的构形，设计了一套遗传操作算子。根据提出的设计方法设计了一个三自由度的机器人构形。     

工业机器人机械本体模块化设计

基于工业机器人机械本体模块化设计思想,以机器人的结构功能分解为基础,创建了标准机械结构模块库并实现了模块的自动装配。将人体手臂参数作为标准结构模块缩放的内置参数,建立了尺寸不同、功能相似的扩展结构模块库。基于边界曲线的几何特征对工作空间进行了类型划分,并依据关键点位置分析法及改进的CAD变量几何法将工作空间求解模块化。将坐标系模块库生成的D-H参数作为各模块的共享数据,实现了运动学与工作空间的自动求解。以库卡机器人KR6-2的正运动学与工作空间模块化自主求解为例,对比分析软件运行结果与理论计算结果,验证了该方法可满足机器人柔性化自主设计需求。     

模块化群体机器人构型分析与自组装控制

源于社会性昆虫的自组织原理,自组装为群体机器人的协作提供了有效的行为模式。提出一种分布式自组装控制方法,并基于自主开发的新型自组装模块化机器人Sambot进行试验研究。采用构型连接状态表的方法对多个Sambot组成的集合体机器人的运动构型进行描述与分析,建立运动构型库。提出一种由种子机器人、对接机器人与连接机器人组成的分布式自组装系统,其中种子与连接机器人决定自组装规则,并控制构型增长;对接机器人没有任何目标构型与全局坐标信息,采用基于行为的控制器,实现与种子及连接机器人的的自主对接。用5个Sambot机器人成功演示了典型蛇型与4足构型的自组装试验,验证了控制算法的有效性。