自重构模块化机器人系统的空间状态及运动的研究

设计了一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,研究了该系统的空间状态,提出了一种基于图论的有序定点图以及特征向量矩阵法,该法能准确地描述单个模块在整个系统中的状态以及自重构机器人系统模块之间的空间拓扑连接关系．在此基础上,总结了自重构机器人模块的运动规则及描述方法,并给出了一个6模块自重构机器人系统的变形仿真例子,证明上述方法的可行性．     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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．     

多移动机器人可重构物流系统建模方法

提出了可重构物流系统的一种新的定义,并在充分考虑移动机器人个体和群体的重构能力的前提下,提出了一种基于图论和谓词逻辑的多机器人可重构物流系统的建模方法。其中,移动机器人本体的结构调整被视为设备级重构,而移动机器人群体的组织以及之间协调策略的调整被视为系统级重构。针对各种工件运输任务,该建模方法有助于选择合适的移动机器人功能模块、或合适的移动机器人个体及相应的合作协调策略,从而实现可重构物流系统构型的迅速调整。     

水下分散自重构机器人取样模块的设计

摘要：
针对水下分散自重构机器人工程样机取样模块的结构特点,设计了一种与水下自重构机器人工程样机配套使用的新型抓斗式取样模块,介绍了其工作与控制原理和搭载方式,并研究了取样模块工作时的受力情况.结果表明,所设计的取样模块具有较好的可靠性. 关键词：
水下自重构; 水下取样器; 抓斗式; 取样模块 中图分类号： TP 24
文献标志码： A     

Metamorphic Algorithm of Self-reconfigurable Modular Robotic System

Introduction Aself reconfigurableroboticsystemconsistsofman simpleidenticalmechatronicmodules.Thesemodulesca connectanddisconnectfromonetoanothertochangethe overalltopology.Thesystemcanautonomouslyandynamicallyadaptitsshapetosuittheneedsofthetask hand,e.g.manipulation,locomotion,andcreationo staticstructures.Thegeneralphilosophyofsel reconfigurableroboticsystemistosimplifythedesignanreducemanufacturingcostandenhancefunctionalityan versatilitythroughalargernumberofidenticalmodules.I addition…     

多模块式移动机器人系统的自组织协作行为

设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知 动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.     

可重构四足机器人的结构设计与协同导航算法

可重构足式机器人作为移动机器人的一个重要分支,具有承载能力好、运动灵活、适应性强等特点。综合变胞Metamorphic理论和机器人驱动技术,设计一种自由切换形态的足式机器人,可广泛应用于校园、工厂等复杂场景的物流工作。提出不同形态间的切换方案,针对倾覆后的翻身动作提出对应的方案,可以适应复杂的任务。设计场景中包含动态行人的协同导航算法,采用时空-图注意力神经网络对机器人节点和行人节点进行建模,并从历史轨迹中提取出行人和机器人的潜在特征,通过实验验证算法的可行性,实验结果证明了该算法具有更好的行人未来轨迹预测能力。     

可重构混联机械手TriVariant与Tricept的静动态特性预估与比较

深入研究并联机构的静、动态特性，对并联机械手的方案设计和使用有重要意义．为此，借助予结构综合思想和ANSYS参数化设计语言，构造了两种可重构五自由度混联机械手模块TriVariant与Tricept的有限元模型，研究了并联构型装备处于不同位形时的整机有限元模型快速重构技术，以及机构中各种铰链的精确建模方法，并系统分析和比较了两种机械手的静、动态特性．研究结果表明，当尺度、弹性和惯性参数相同时，二者具有极为相似的静、动态特性．     

一种可重构处理器的设计

以主流FPGA为平台设计了一个可重构处理器．该处理器在与现有处理器内核全兼容的基础上,把指令总线和数据总线作为可重构部件的扩展接口,具有简单可靠的部件指令扩展规则、数据通讯方式和部件识别机制．重构操作的工作方式、数据保护机制也在设计中被充分考虑。     

水下声学调制解调器动态可重构数字系统设计与实现

提出一种动态可重构的水下声学调制解调器数字系统, 此系统将调制、解调模块定义为可重构模块, 根据水下声学信道的检测结果, 动态调整其调制解调方式和数据率, 以提供低误码率、低能耗的通信。在Xilinx XUPV5 FPGA开发板上完成数字系统的实现与软硬件协同验证, 结果表明功能正确, 数字系统可以动态配置为2FSK和2PSK模式。与传统FPGA实现方法相比, 动态可重构的设计方法提高了算法设计的灵活性, 节约了数字系统硬件实现的资源。     

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。     

可重构机器人工作空间的自动计算方法

由于可重构机器人的自由度和工作空间可以灵活定制，工作空间的自动计算是设计和校核中的一个重要问题．为此，讨论了基于旋量和Jacobian矩阵计算运动学逆解的通用方法、采用降维搜索和二分法计算工作空间边界点的计算方法以及采用双向链表确定工作空间多连域截面封闭曲线的算法．由此，工作空间的各个截面的形状、面积以及整个工作空间的形状、体积可以方便地确定，算法具有很好的通用性，实现了可重构串联机器人工作空间的自动计算．通过一个典型工业机器人的实例验证了算法的有效性．