基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

基于二维位置敏感探测器的空间对接过程研究

为了准确地捕捉机器人空间对接的传感器信息,从对接机构的设计入手,研究了空间对接中传感器的选择、改制和基于传感器信息的空间对接问题.考虑到安装空间的限制和处理的信息量太多,提出了利用二维位置敏感探测器(PSD)配合红外发光器阵列的方法完成机器人的空间对接.通过对位置敏感探测器工作原理的分析和对传感器特性的试验,提出了在PSD光敏面上增加光学装置的方法以扩大它的探测范围和精度,同时大大减小了它对光信号的依赖程度.把该方法应用于可重构模块化探测机器人系统中,提出了基于传感器信息的轨迹规划方法,对子机器人空间对接过程的仿真试验验证了轨迹规划和空间对接的可行性.

模块化可变形机器人控制系统设计与变形方法研究

介绍了模块化可变形机器人控制系统的整体结构.控制系统的硬件和软件均采用了模块化结构的设计,增强了整个系统的可扩展性和容错性.针对该机器人的机构特点提出了一种新的变形方法———协同变形法.实验验证了控制系统的有效性和协同变形法的优越性.

模块化变形机器人非同构构形表达与计数

提出一种新型链式可重构模块机器人平台,该机器人平台具有手动可重构和自动变形的特点,介绍一种三模块变形机器人样机。组成机器人的单个模块可以简化为由模块本体、连接臂和偏置关节组成。模块的数量可以根据实际工作的需要进行选择,模块间的连接具有规则连接和非规则连接两种方式;同时,由连接模块的偏置关节的运动,模块间的相对位置可以改变。由于模块连接方式的不同和模块间相对位置的变化,变形机器人具有多种非同构构形;为此,根据模块的物理结构和邻接关系提出了用构形矩阵来表达机器人结构的拓扑信息,并在仿真环境下进行等效描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵的拓扑信息对构形进行评价。最后根据仿真结果给出了一种三模块变形机器人样机对称构形的设计示例,验证了算法的可行性。

链式可重构模块机器人非同构构形仿真研究

可重构模块机器人系统具有多种构形来适应环境和任务的要求,其非同构构形的数量随着模块数量的增加呈指数增长。提出了一种新型链式可重构模块结构,机器人的模块数量可以根据需要选择。利用偏置关节和连接臂,该结构具有手动可重构和自动变形的特点。根据模块的物理结构和邻接关系,提出用构形矩阵来表达机器人的拓扑信息,并在仿真环境下进行描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵对对机器人的对称构形进行判断。最后仿真设计了4模块和5模块可重构机器人的对称构形,验证了算法的可行性。

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人,它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力.该机器人由3个模块组成,采用履带驱动,具有直线、三角、并排3种对称构形.在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上,提出稳定锥方法,用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定.讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性,并进行了仿真实验和非结构环境实验.

可重构星球探测机器人的机构设计

基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统。系统由一个母体和几个子机器人组成,其中子机 器人包括车轮和手臂两部分,可以作为独立作业的机器人,具有移动状态和工作状态两种模式。子机器人具有在 一个驱动力作用下处于不同约束环境中时,表现为不同形式输出的特点,容易实现两种模式下的灵活运动。并深 入研究了机构参数对子机器人运动的影响,用试验和仿真进行了验证,这为机器人的参数化设计及运动中的参数 化调整提供了重要的理论依据。

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。

链式可重构模块化机器人变形机理与实现

设计了一种手动可重构、自动变形的新型链式模块化机器人机构,它可以通过结构重构和自动变形来改变自身的构形以适应非结构环境中运动和作业的要求。单个标准模块由模块本体、连接臂和偏置关节等组成。偏置关节避免了变形时模块间的运动干涉,扩大了机器人模块间的相对运动空间。设计了一台三模块变形机器人样机,并对该样机进行了由直线形态、三角形态到并排形态的变形实验,此外还对变形机器人不同构形的运动性能进行了实验分析。

可重构模块化机器人模块及构形设计

对可重构模块化机器人模块的结构进行了研究,并归纳设计出7种功能模块,其中包括3种1自由度的关节模块,2种连杆模块和2种辅助模块·所有模块的功能都是独立的,并且每个模块的连接界面都设计成了圆筒形以便重组和提高其刚度·每一种模块都可设计成不同尺寸系列,这些不同类型和尺寸系列的模块便可构成一个模块库·作者对3个自由度串联机器人的构形进行了系统的研究,并应用制作的实验模块对研究结果的可行性进行了验证·

基于多Agent可重构机器人控制方法的研究

根据多 Agent理论中的协商、合作机制和可重构机器人结构的分布性 ,将集中式的机器人控制分配到一组关节 Agent中 ,每个 Agent控制机器人的一个关节 ,使用这种分布式方法 ,得到了一种新的通用机器人控制方法 ,即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制 ,该方法可应用于具有不同构型的机器人系统 ,特别适用于可重构模块化机器人的控制。利用微分运动理论提出了一种新的决策方法 ,便于 Agent之间的合作与协商。仿真实验结果表明该方法是一种可行的机器人控制方法

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 .

链式可变形模块化机器人控制系统研究

随着机器人技术的不断发展，机器人的能力不断提高，其应用的领域和范围正在不断扩展。各式各样的机器人正逐步走入各行各业和社会的各个领域，并在其中发挥着越来越重要的作用，特别是在科学考察、军事侦察、灾难救援等对人类来讲极度危险的领域。它所具有的优势越来越受到世界各国普遍关注和重视，日益成为各国的战略必争装备和竞争核心技术。 应用于危险环境的机器人在作业时往往面对极为复杂的非结构环境。传统的机器人受其自身的机械结构限制，一般不能够适应这种多变的地形。具有改变自身构形能力的机器人的出现，解决了这一问题。国外自80年代开始研究可重构机器人。可重构机器人一般是由多个模块组成，通过模块的数量以及相对位置的变化，使机器人形成新的构形。由于这种机器人在变形时要消耗大量的时间，同时需要计算能力较强的控制单元，因此很难应用于实际作业。 本文叙述了灾难救援机器人的研究和发展现状，并提出了一种新颖的用于灾难救援和军事侦察的可变形机器人。该机器人由三模块组成，通过模块间的关节运动改变自身构形。三模块可变形机器人采用了基于CAN总线的集中式控制系统。本文在论述了机器人控制系统的硬件平台构建后，给出了基于此硬件平台的软件实现。 本文在对三模块可变形机器人的变形机理进行分析和计算的基础上，提出了“协同变形法”改善了机器人的变形过程，使其更为合理。通过协同变形实验验证了改进后变形方法的合理性和优越性；通过转弯实验验证了可变形机器人的机动性能；通过整体变形实验和通过性实验验证了控制系统的可行性以及机器人极强的通过能力。变形机器人基于该控制系统能够完成前进、后退、转向以及变形等运动，运动平滑，系统响应迅速。最后，本文对可变形机器人的发展和后继研究工作进行了展望。

关节型模块化机器人的设计与实验研究

本文以国家“863”计划支持项目“机器人模块化体系结构设计”（编号2007AA041703）为依托，针对模块化机器人研究的难点和热点问题，在广泛调研模块化机器人国内外研究现状的基础上，研究开发了一套关节型模块化机器人样机。本文主要包括以下四方面的工作：1 模块库的建立及拓扑构型研究；2 运动学的研究；3 模块结构设计；4 实验研究。具体工作如下： 分析了模块化与重构性两个概念的区别与联系，在分析一般机电产品的库设计的基础上阐述了面向功能的模块化机器人模块划分原则。在此基础上，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。最后，从拓扑构型分析结果中挑选出了20种代表性构型，为基于任务的构型选择奠定了基础。 对关节型模块化机器人的运动学进行了研究，提出了一种新的坐标系建立方法，建立了各模块的运动学变换矩阵，采用运动旋量的指数积公式实现了正运动学分析的模块化，并推导出正运动学公式。对于逆运动学问题，根据推导出的正运动方程和微分运动学公式建立了逆运动学数学模型，并用牛顿—拉夫逊迭代法得出逆运动学迭代公式。 分析了一个六自由度关节型机器人的危险工况，从而确定了机器人运动时各关节所需的最大功率。以此为基础，确定了三种不同功率的旋转模块Rl、Rm、Rs和一个移动模块Tl，并根据功率的计算结果为各模块进行了电机和减速器等器件的选型。最后，以旋转模块Rl为例详细介绍了模块的结构设计过程。 通过软件平台的搭建，对前面章节的拓扑构型的实现及运动学算法进行了仿真验证。通过该软件平台，可以任意选择第二章分析出的拓扑构型，并可以自动生成运动学正解。后以一个六自由度构型为例进行了轨迹规划，验证了软件平台的构型选择，运动学正逆解算法等功能。该仿真中使用的插补算法，既能保证末端执行器的期望路径，又可以实现关节角的平滑过渡。

普及型水下机器人模块连接结构综合分析研究

针对普及型模块化自治水下机器人的成本、强度、模块化程度、长度及拆装方便程度五个影响因素,运用层次分析的方法进行分析比较,从而在普及型模块化自治水下机器人的三个模块连接结构中的选出最优的拉杆连接结构。