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-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,驱动电动机通过减速器、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.     

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．     

基于运动学的可重构方法及其应用

基于可重构机床的特点，用矩阵描述的方法建立机床组成模块的运动学模型；给出选择机床模块的标准；根据机床的结构特点及功能要求，由所选择的模块生成机床的所有拓扑结构；结合所给出的方法分析了多功能选择性激光烧结机的设计．研究表明，采用可重构的方法设计选择性激光烧结机，可以节约设计费用及制造费用．     

自重构自修复机械系统的模块设计与描述

设计开发了一种新型的点阵晶格型雌雄同体的自重构自修复模块化机械系统.该系统每个模块(第I代)由1个中心体和6个可独立旋转的带有2个孔和2个可自由伸缩轴的面组成,相邻两模块的轴插入对应孔中,完成对接动作.每个模块由1个电动机通过减速器、锥形齿轮、同步带轮、离合装置驱动6个面转动和每个面上轴的伸缩.仿真结果表明,该模块结构设计紧凑,能快速对接、脱离,可实现系统的自重构.     

一种新颖的混合型自重构模块化机器人结构描述

研制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;相邻两主-从式基本模块中,从模块的对接轴插入主模块的对接孔完成两基本模块的对接动作,从而实现该机器人不同构型的转换。仿真了该机器人从直线型变形为正六边型的过程。结果表明,该机器人基本模块结构紧凑,能通过对接和分离实现系统的变形。     

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.     

自重构机器人辅助自重构规划策略研究

针对仅仅依靠初始构形组成模块间的相互协调运动无法完成自重构任务这一情况,结合DL-Cube(Double L Cube)自重构机器人单元模型的结构特性,设计构建了风车形子单元,该子单元具有移动、转变模块方位、携带模块等能力.提出了基于公共拓扑的自重构规划策略,即在进行自重构之前利用分级优化机制搜索出初始构形与目标构形之间的最大公共拓扑,然后以此公共拓扑为目标构形的生长中心,同时,借助于风车形子单元移动、转变模块方位及携带模块的能力,最终实现目标构形的重构.利用仿真实验验证了上述理论的有效性和可行性.     

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。     

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.     

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CPG的水下自重构机器人控制网络演化方法

提出了基于中枢模式发生器(CPG)的水下自重构机器人控制网络的演化方法.引入仿生学中的CPG作为控制网络基本组成单元,采用通路矩阵描述水下自重构机器人的构形,实现了由构形到CPG控制网络的演化,并给出了水下自重构机器人典型构形所对应的CPG控制网络的结构及输出波形.结果表明,所提出的方法可以动态生成水下自重构机器人的控制网络.     

太阳能电池阵模块化自重构机器人模型的设计和运动仿真

为实现空间航天器电池阵部件的自装配与自修复,设计了一种既可用于搭载航天器太阳能电池板,又能通过相互之间的运动转换完成特定任务的正三角形三臂对接平面晶格式自重构机器人模型.每个机器人模块包含有1个中心框体和3条对接单臂,其中每条对接单臂有2个旋转运动关节和1个对接关节,共3个自由度.每条对接臂的运动互不关联,单条对接臂上2个运动关节的电机可各自独立转动.对机器人模块进行了运动规划,推导出变换矩阵,并进行了Simulink动力学仿真.仿真结果表明,该机器人相似模型可以在地面实验室条件下完成构形转换、实施对接等任务.     

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.     

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。     

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.     

晶格型模块化软体机器人自重构序列

设计了一种基于膨胀-收缩运动规则的晶格型自重构模块化软体机器人.机器人由多个软体模块组成,每个软体模块由呈正六面体构型的硅胶主体和主从对接面组成.软体模块内部的凸起设计使其具有良好的膨胀性能,主从对接面是由与硅胶主体螺纹连接的铁盘、吸盘式电磁铁组成.基于软体模块体积变化与内部压强的关系式,对软体模块的充气膨胀进行分析,...     

微小型多机器人自重构的红外定位及对接方法

研究了Millibot类型自重构机器人的红外定位及对接方法. 在该方法中,设定一个静止的信标机器人,移动机器人利用红外传感器定位,安装在移动机器人前端连接件上的两个红外传感器分别在步进电机的驱动下旋转,它们发出的红外光分别被信标机器人后端连接件上的两个反射体反射回来. 利用此时得到的步进电机旋转角度参数,通过三角法就能计算出移动机器人与信标机器人的相对位置,进而规划出移动机器人的对接过程和运动轨迹. 移动机器人沿着该轨迹行走就能实现与信标机器人的对接. 给出了自重构机器人的原理样机,并用试验验证了该方法的有效性.