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.     

新型水下自重构机器人水下机电对接技术

研究了一种应用于水下自重构机器人的新型水下湿式机电对接技术.采用多卡爪机械锁紧机构和充油密封方式,实现了水下可靠的机械与电气连接;利用机器人逆运动学方法实现关节的协调控制,进行对接过程末端模块的轨迹规划;利用对光电引导传感器组信号的优化来辅助水下对接;成功研制了该水下连接装置和基于该装置的水下自重构机器人样机.通过在样机上的实际应用,验证了该技术的有效性.     

自重构机器人重构运动规划策略研究

通过自重构机器人模块间的连接、断开和运动顺序规划,由风车形晶胞群组成的机器人构形具备通过重构实现质心变化的功能.此种运动方式与特定构形的整体协调运动存在本质区别,为了实现质心的改变,当设计运动规划策略时需要综合考虑机器人的运动路径及模块间的连接、断开和运动顺序.针对运动平面内存在障碍物这一情况,采用启发快速扩展随机树搜索方法对由风车形晶胞群组成的机器人构形的运动路径进行了规划.机器人的每一步运动利用内置的固定运动序列库实现.实验证明了启发快速扩展随机树搜索方法的高效性及可行性.     

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.     

机器人yoyo轨迹规划与控制

以机器人yoyo运动控制为例,提出了一种针对周期性动态系统进行轨迹规划的通用方法.把yoyo达到底端时机器人机械臂的高度作为中间状态,通过逐个循环逐个阶段求解该最优问题,可得机器人的参考轨迹和名义控制,同时也可以得到被控对象相应的返回映射.该方法也可用于其他类似的周期性动态系统.     

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.     

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.     

机电一体化机器人关节及其驱控系统硬件设计

机器人关节模组是机器人的关键部件,目前传统机器人关节模组具有关节构型固定,功能单一,不开源开发接口,智能化程度低,无法快速重部署等一系列问题.针对以上问题,设计出一种高度集成的机电一体化机器人关节模组,将机械结构、控制、驱动、通讯等功能集于一体.该关节模组可以在完成机械连接的同时完成电气连接,组装后可方便启动关节并配置...     

基于改进型Dijkstra算法的模块机器人系统故障自诊断策略

面向模块机器人系统,提出了一种全新的故障自诊断策略.该策略将故障自诊断过程分为两个部分:故障检测及故障消息传递.选用健康脉冲法实现模块间的交互式故障检测.设计优化改进型Dijkstra距离计算方法,并依据这种方法引导故障消息在模块间沿最优路径传递.通过仿真试验,该自诊断策略的有效性和可靠性在M-Lattice模块机器人系统上得到了验证,表明该策略可以广泛应用于其他模块机器人系统.     

M-Lattice模块机器人的运动学分析及构型优化

针对模块机器人在运动过程中遇到的运动干涉问题,提出了一种应用于M-Lattice模块机器人的构型优化设计.通过引入平动关节,实现模块机器人机械臂的收缩和伸展运动,从而避免运动干涉.通过运动学分析,在避免运动干涉的前提下尽可能减少平动关节的行程,从而顺利完成自重构过程并确保模块机器人自身的结构强度及稳定性.通过对不同运动情况下的运动空间的仿真和原型机实验,验证了优化构型的可行性和运动能力.结果表明,引入的平动关节能够很好地避免模块间的运动干涉且各机械关节的设计切实可行,为后续大规模模块机器人系统的研究建立了基础.     

Mechanism design and motion planning of M-Cubes robot

A homogeneous and lattice self-reconfigurable robot module is designed, and each module is composed of a center body and six connection planes which can independently rotate. A module can independently connect or disconnect with other modules, and then change its connection by collaborating with other modules. We discuss how to describe and discover configuration of robot. Furthermore, we describe its motion planning based on the appraisal function and the adjacency matrix which is effective to solve the computationally difficult problem and optimize the system motion path during the self-reconfiguration process. Finally, a simulation experiment is demonstrated, which verifies the correctness of locomotion method.     

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。     

Docking process on hybrid self-reconfigurable modular robots

A novel hybrid self-reconfigurable modular robot is designed to finish the morphing action from line shape to hexagon shape.The robot is composed of many basic modules,each of which consists of a master module and a slave module in the shape of triangular prism.There are four connection ports on each basic module.For the master module there are two holes on each connection port,and for the slave one there are two pegs on each connection.The docking process between two neighboring basic modules is analyzed with a peg-in-hole mechanical structure.A small motion' s method is presented and the contact forces are derived.According to the force/moment,the pose of a motion module should be adjusted to make two neighboring modules align and finish the docking process.Finally,a simulation of 3 basic modules is shown to finish the morphing and docking process effectively.The system can finish the morphing task from the line shape to the hexagon shape.     

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.     

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…     

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.     

Design and implementation of a modular self-reconfigurable robot

A novel modular self-reconfigurable robot called UBot is presented.This robot consists of severalstandard modules.The module is cubic structure based on double rotational DOF,and has four connect-ing surfaces that can connect to adjacent modules.A hook-type mechanism is designed,which can quick-ly and reliably connect to or disconnect from adjacent module.This mechanism is self-locking after con-nected,and energy-saving.To achieve small overall size and mass,compact mechanical structures andelectrical s...     

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.