自重构机器人系统自修复的拓扑空间及运动规则描述

针对一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,研究了一种基于图论的数学描述方法,以表示每个模块的空间位置及连接状态,进而表达全局拓扑结构;受有限状态机的启发,分析了自重构机器人系统模块的基本运动,提出了该网格型自重构模块化机器人的模块运动规则,为研究自修复算法提供了理论基础.     

自重构机器人空间重构规划策略研究

本文基于链式自重构机器人提出了一种无标号、分布式的空间重构规划策略,研究自重构机器人的构型表达和空间重构运动.首先对自重构机器人进行了拓扑的描述,然后建立坐标系,描述整个机器人的空间状态,将重构理论从构型重构拓展到空间运动规划,来处理未知非结构环境下全局检测、控制与定位问题.最后介绍了重构规划的方法,并通过Webots对五个模块的自重构机器人系统变形进行仿真,证明了上述方法的有效性和可行性.     

基于离散智能的自重构机器人变形策略

在总结自重构机器人系统结构本质特点的基础上，提出了一种描述模型，对几种典型的同构和非同构系统进行统一的描述．探索了自重构机器人的基本变形方法，给出一种建立在全离散的局部智能基础上的变形策略，使机器人通过模块局部之间的交互产生整体自组织的结果，并且能够减低变形算法的计算复杂度．以一个9模块系统的变形过程为例进行了验证．     

可重构机器人多模块组合越障研究

针对一种具有独立运动自由度的新型模块化可重构机器人,利用对偶四元数描述其各个模块空间位姿.对偶四元描述机器人重构前后的各模块位姿信息,相对齐次坐标矩阵在数学形式上更为简洁统一,方便获取模块之间转角状态、连接面关系及连接方位关系等信息.以多个模块机器人攀越台阶障碍为例,应用对偶四元数描述方法分析该机器人越障过程中各模块空间姿态、越障高度,结合电机选型与重心位置得出该组合构型越障的最大高度.仿真实验验证了对偶四元数描述方法在分析模块化可重构机器人空间位姿中的实用性与所提出的组合越障方法的可行性.     

自重构机器人模块结构及其拓扑关系研究

构建了一种新颖的、点阵晶格型自重构机器人的基本模块，它由1个中心体及6个旋转面组成，中心体内由相互正交的六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，并给出了电机及模块结构性能参数；研究了该类自重构机器人模块间的空间运动原理；基于该机器人基本模块的特点，提出了一种面面映射矩阵(face-face incidence matrix-FFIM)方法，它能准确地描述不同动态模块间的拓扑关系，并给出一个5模块自重构机器人系统变形例子及其自重构过程中模块之间拓扑关系的变换矩阵来证明该方法的有效性.     

自重构机器人的硬件设计及自重构规划研究

设计了一种新型的单转动自由度正立方体均一阵列式三维自重构机器人模块结构,不但可以构成稳定的空间填充结构,而且能够实现多种重构运动形式.介绍了具体的机构原理和模块的构形表达及运动描述方法,提出了一种基于正立方体子单元结构的集中式分层规划方法,每个子单元由8个模块构成,内置离线规划的模块运动序列数据库,并通过自重构仿真实验,验证了该方法具有搜索空间小,求解复杂度低,规划效率高等特点,在规划串式结构的自重构问题时是可行的.     

基于Java 3D的自重构机器人的仿真与控制

针对同构阵列式模块化自重构机器人的特点,结合Aagent技术,对自重构模块的组成进行了分析,并提出一种能够准确描述该类机器人的拓扑结构、运动、位置及模块间连接关系的特征向量矩阵;对自重构模块的翻转、平移运动和元模块的构成及运动形式进行了描述,搭建了分布式多智能体的控制结构;结合模块的空间矢量进行路径规划,利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境,在此平台上对模块的运动进行了仿真,给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

混合型自重构机器人的结构设计及运动描述

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人.该机器人由多个相同的呈三棱柱状的主从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电动机及齿轮传动装置,每个从模块包括2个从驱动电动机及齿轮-齿条传动装置.根据齿轮、齿条不同运动速度,分析了该自重构机器人相邻2个基本模块中从模块的轴插入主模块的孔中完成对接动作的过程.基于基本模块的几何特征,描述了该自重构机器人的基本空间构型,最后仿真实现了该机器人从直线型变形为正六边形的过程.仿真结果表明,混合型自重构机器人基本模块结构设计紧凑,能对接和脱离,实现机器人的变形过程.     

全局信息分布式控制的自重构机器人运动研究

为了改进系统的性能，构建了同构阵列式模块化自重构机器人M．Cubes，该机器人具有12个自由度；结构简洁、紧凑，控制方便简单，可以构建任意的立方体结构，并对M-Cubes模块的基本运动进行了描述。搭建了基于自重构模块的分布式多智能体控制结构，根据系统的全局信息进行分布式控制，将控制分为三步，规划、协调和运动控制。结合模块的空间矢量进行路径规划，利用agent技术对模块间的相互作用进行协调，最后产生模块的翻转，实现模块的运动。利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境，在此平台上对模块的运动进行了仿真，给出了一个4X2X2矩形阵列模块的平移仿真示例，验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

一种新型自重构机器人模块的对接机构设计

提出了一种新颖的晶格式空间自重构机器人模块,并进行了模块的三维结构设计.详细阐述了该自重构机器人模块基于销槽楔合、雌雄同体的对接机构设计方法,分析了系统的运动精度并给出了相应的误差控制方案.设计了静态及动态的2组实物实验,从不同工作条件验证了该对接机构能够快速、可靠地实现对接过程,对接耗时约为2 s,对接完成后的机械连接强度可超过50 N的轴向拉伸负载,较好地完成了机器人模块的自重构任务.     

M~2Sbot自重构机器人系统的拓扑自动表达

本文基于M2Sbot自重构机器人系统提出了拓扑构型的自动表达方法.根据单元模块本身的机械结构特性,对其进行了拓扑构型的简化,定义了各连接面与空间角度信息;分析了模块间可能的连接与连接方位,以有界深度优先搜索算法实现整体系统逻辑地址的自动定义,空间信息的自动描述以及系统中连接信息的自动表达.该表达方法能够准确描述自重构系统的连接信息与空间位姿,克服了现存的拓扑表达方法在存在回路的构型表达中的无解难题,为系统的重构算法与运动控制算法研究提供了一定的理论基础.     

晶格畸变自重构机器人的可达工作空间分析

提出了一种新的晶格可畸变的自重构机器人系统LDSBot,其4个模块可以组成一个平面并联机构式的晶格.首先将晶格简化成“移动副 旋转副 移动副”的等效串联机构,并进行运动分析;然后,根据旋量理论的指数积公式建立正向运动学模型;最后根据模块结构约束和晶格畸变运动约束,利用蒙特卡罗方法对二维和三维晶格的可达工作空间进行求解.结果表明,该晶格式机器人系统具有良好的空间可达性,为大规模自重构机器人系统的应用奠定了基础.     

基于拓扑结构的自重构模块化机器人重构策略的研究

为实现模块化机器人的高效控制与对接,在基于有向图的图论拓扑描述和连接矩阵的数学拓扑描述基础上,提出了一种新型的自重构机器人模块拓扑描述综合矩阵,它能准确的表达了机器人模块的连接方式和转角状态信息;利用综合矩阵可以找到构型的根节点,并以根节点为起点利用DFS(Depth-First-Search)得到初始构型与目标构型新的综合矩阵.并对两矩阵进行对比进而得出同构部分与重构部分.按照重构策略仅对重构部分进行重构得到目标构型.减少了参与重构的模块的数量并提高了重构效率,最后利用webots软件对模块化机器人进行仿真来验证重构策略的有效性和可行性.     

同构阵列式自重构机器人的设计和变形策略

设计了一种同构、阵列式自重构模块机器人,其特点为结构紧凑、运动灵活.每一个模块可以单独地与其他模块相互分离或连接,通过与其他模块合作改变自身的连接.讨论了如何描述机器人的位形,并提出了一种建立在评价函数和邻接矩阵基础上的变形运动方法.该方法有效地降低了系统的计算量,减少了运动步数.利用Java 3D验证了所提出运动算法的可行性和合理性.     

基于几何特征的自重构模块机器人自修复算法

基于网格型的自重构模块机器人,研究了一种基于几何特征分布式自重构机器人的自修复算法.它用广度和深度优先算法搜索有效的运动路径,将故障模块转移到系统构型边界处释放,并用备用模块取代.分析了该算法实现任意位置故障模块的自修复过程,并优化了自修复过程中的模块运动路径.仿真结果表明,对于三维网格型的自重构机器人,该自修复算法是可行和有效的.     

自重构模块化机器人的结构

在国外自重构机器人研究的基础上，设计开发了一种新型的网格型的雌雄同体的自重构模块化机器人．机器人中每个模块由一个中心体和6个可独立旋转的面组成，每个面上有2个孔及2个可自由伸缩的轴，驱动电机通过减速器、锥形齿轮、同步带轮、离合器驱动6个面转动及及每个面上轴的伸缩．该模块化机器人结构紧凑，便于进一步扩展．     

自重构机器人模块间对接位姿的调整

给出了一种网格型自重构机器人的基本模块.根据自重构模块化机器人的特点,描述了两模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段,设计了一种红外线探测系统,检测两相邻模快相对位姿关系.它是在模块每个连接面上呈90°安置一对红外线传感器,利用红外线发射和接收装置测出两个连接面之间的相对位姿关系,修正两模块的相对住姿误差.仿真实验结果表明,所设计的红外线探测系统能实现模块间更加准确地对中和对接.     

模块化自重构机器人关键技术综述及研究展望

近年来，模块化自重构机器人因其构型复杂多样、运动模式丰富多变、目标构型可重构等特性而备受关注。通过对模块化自重构机器人关键技术的文献进行归纳，对现有的模块化自重构机器人关键技术进行了全面总结。首先，介绍了模块化自重构机器人的结构特点以及拓扑结构，重点分析了3种拓扑结构的优缺点以及发展趋势；其次，对自重构机器人现有的关键技术进行了综述，重点关注了模块化自重构机器人3种不同连接结构的物理原理和基本结构、机器人模块的重构算法以及重构过程的快速性3方面技术，分析总结了其优缺点以及发展现状；最后，针对自重构机器人空间在轨、抢险救灾两项任务的发展前景进行了展望，并提出未来的研究重点：1）探索连结结构的强刚度和轻质量的兼具方法，高效快速完成机器人重构过程；2）作业过程中，重构算法的高容错性和低耗能发展；3）将实时数据与所建立的动力学模型进行有机结合，对机器人进行人工调整，提高机器人的作业效率。     

一种新型的自重构模块机器人

提出了一种由相同机械结构单元组成的自重构模块机器人,介绍了该模块的机械结构设计,给出了一种建立在两级分层控制算法基础上的模块连接规划.每个模块可以独立与其他模块相互分离或连接,并且通过与其他模块相互配合来改变其连接方式,从而使整个机器人系统可以获得不同的三维结构和各种静态位形.Java 3D仿真结果表明了连接规划的可行性和有效性.     

水下自重构机器人Kane动力学建模方法

针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各种外部环境作用力,最终建立封闭的水下自重构机器人运动方程.通过典型构形的建模实例,证明了该方法的可应用性和有效性.