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.     

基于指数积的自重构机器人的运动误差校准

模块化自重构机器人在重构过程中,由于模块的装配、连接、传动、悬臂变形、关节柔性都会影响末端执行模块的位姿误差,导致相邻模块不能正常连接,必须对末端模块位姿进行校准.为此,在模块化自重构机器人M-Cubes的“L”结构上,利用建立在连杆坐标系上的名义坐标系,将误差因素引起的旋转坐标变换和平移坐标变换对名义坐标系进行修正,...     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

基于ROS的工业机器人运动规划仿真及试验

针对工业机器人模型构建复杂、轨迹规划算法实现困难、功能单一等问题,采用开源机器人操作系统搭建机器人控制系统,并对机器人的运动规划进行仿真和试验验证.首先利用SolidWorks软件创建机器人的统一机器人描述格式模型,并对其进行Moveit!功能包的配置;然后进行机器人空间直线和空间圆弧的轨迹规划,依据ROS的开放式运动...     

基于特征匹配算法的双目视觉测距

距离测量作为障碍物检测以及路径规划的前提和基础是机器人研究领域的一个重要分支。在众多测距方法中,由于双目立体视觉具有信息丰富、探测距离广等优点被广泛应用。本文将改进的SIFT特征匹配算法应用到双目视觉测距与标定系统中。首先建立双目视觉测距模型,测量值由空间物点在左右摄像机下的像素坐标值决定;其次根据该模型的特点提出了基于平行光轴的双目立体视觉标定方法;最后利用改进的SIFT特征匹配算法,提取匹配点的像素坐标完成视觉测距。实验结果表明,根据测量数据对障碍物进行三维重建,相对距离与真实场景基本吻合,能够有效地指导机器人进行避障。     

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.     

动态环境中基于遗传算法的机器人路径规划

为解决动态环境中足球机器人的路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行划分,用序号标识栅格,并以此序号作为机器人路径规划参数编码,建立了以路径最短、避障为优化目标的遗传算法个体评价函数.采用轮盘赌选择、重合点交叉、多种变异结合等方法完成了遗传操作.针对遗传算法易陷入局部最优的不足,在标准遗传算法基础上加入了复原操作和重构操作,使改进后的遗传算法收敛于全局最优.仿真结果表明:该算法能够成功地在动态环境里规划出一条近似最优的路径,算法是有效的     

一种可变形移动机器人协同构形变换方法

提出了一种可变形移动机器人AMOEBA-I的协同构形变换方法,建立了机器人系统的数学模型,对各个模块之间的协同变换及运动特性进行了分析.研究了机器人3个模块在协同变换过程中的电流变化情况,实现了3种特殊构形之间的变换.通过理论分析和实验比较了协同构形变换方法的特点,实验验证了在多种地面条件下机器人协同构形变换方法的有效性.     

Effects of reconfiguration on the performance of mobile navigation robot

An irmovative mobile robot that has reconfigurable loeomotion chassis and reconfigurable bionic wheels has been developed to meet the needs of different payload and different terrain. Several prototypes have been achieved by the recortfiguration. By modeling relative comparison coefficients, these prototypes are analyzed in terms of geometrical parameter of trafficability, static stability and maneuverability. The effects of reconfiguration on these indices of robot performance can be compared, i.e. the variable height of chassis h has the biggest effect, the variable length of chassis 1 is the second, then is the camber angle β and the caster angle α. Some principles for reconfiguration are proposed.     

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solidworks和VC 的抛光机器手运动仿真研究

设计了一种自由曲面抛光的关节型机器手,对其进行了运动学建模.利用几何法简化求逆解过程,并给出了显式的解析解.在Visual studio 2003中应用VC++和MFC编程,计算出空间轨迹的各关节角度.在Adams 2010中完成了机器手的三维实体建模,并运用样条插值的轨迹算法,完成了机器手实现三维空间轨迹的运动学仿真过程,验证了几何法求解和轨迹规划的正确性,以及方案的可行性.     

基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人设计

为了降低樱桃采摘过程中的破碎率,提高采摘效率,设计一种新的基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人。将TI公司的32位数字处理器芯片TMS320F2812作为核心处理器设计移动式樱桃采摘机器人,本文给出硬件总体方案,并且通过SAA7105完成对视频图像的编码操作。软件设计主要包括樱桃的定位、机器人手眼标定和机器人路线规划。依据目标上多个点的三维位置信息对樱桃球模型进行重建,通过最小二乘法求出樱桃质心位置,实现樱桃的定位。将樱桃在机器人坐标系中的定位简化成求解摄像机坐标系和机器人坐标之间的映射矩阵,通过映射矩阵实现机器人手眼标定。考虑到樱桃的采摘要求,通过分段路径规划对机器人的运动进行控制。实验结果表明,所设计机器人图像处理性能强、定位精度高,在保证采摘精度的同时,有很高的采摘效率。