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...     

模块化自重构机器人蠕虫构型的运动控制

提出了一种采用相对方位系数与标准构型步态控制表结合的控制策略,对由n(n≥4)个模块组成、模块放置方位变化的自重构机器人蠕虫构型进行运动控制.利用模块之间的分布式通信和上位机主控相结合的通信方式,构型中的各个模块根据与相邻模块的相对方位关系和标准步态表自行决定自身的运动序列,可以对蠕虫机器人进行实时控制.对2组由不同数目、不同方位模块组成的蠕虫构型的运动控制进行了实验.实验结果表明:该方法实现简单,可以针对模块数目不定、方位可变的自重构机器人蠕虫构型进行实时运动控制.     

Metamorphic strategy based on dynamic meta-modules for a self-reconfigurable robot

For a self-reconfigurable robot, how to metamorphose to adapt itself to environment is a difficult problem. To solve this problem, a new relative orientation model which describes modules and their surrounding grids was given, a module motion rules database which enables the robot to avoid obstacles was established, and finally a three-layer planner based on dynamic meta-modules was developed. The firstlayer planner designates the category of each module in robot by evaluation functions and picks out the modules in dynamic meta-modules. The second-layer planner plans the dynamic meta-module path according to output parameters of the first-layer planner. The third-layer planner plans the motion of the modules in dynamic meta-module using topology variation oriented methods. To validate the efficiency of the three-layer planner, two simulations were given. One is the simulation of a single dynamic meta-module, the other is the simulation of planning with an initial configuration composed of 8 modules in complicated environment. Results show that the methods can make robot with any initial configuration move through metamorphosis in complicated environment efficiently.     

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...     

基于测量机器人的工业机器人校准方法研究

在对高精度测量机器人、激光跟踪测量系统进行全面分析与系统研究的基础上,提出运用工业机器人与测量机器人对接,工业机器人带动测量机器人在整个工业机器人工作空间进行自动测量的方法.给出了工业机器人带动测量机器人联动测量的结构图和工业机器人空问误差的检测与补偿的流程图,为研究工业机器人末端误差测量提供新的理论与技术支持.     

基于测量机器人的工业机器人校准方法研究(英文)

在对高精度测量机器人、激光跟踪测量系统进行全面分析与系统研究的基础上,提出运用工业机器人与测量机器人对接,工业机器人带动测量机器人在整个工业机器人工作空间进行自动测量的方法给出了工业机器人带动测量机器人联动测量的结构图和工业机器人空间误差的检测与补偿的流程图,为研究工业机器人末端误差测量提供新的理论与技术支持。     

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。     

基于前馈补偿的关节机器人轨迹跟踪控制研究

针对关节机器人的轨迹跟踪控制问题,利用前馈控制的思想,设计了常规PID控制前馈补偿项,有效提高系统的跟踪性能。将该方法应用于GR-II型两关节机器人系统,仿真实验表明该控制方法能保证系统良好的轨迹跟踪性能,并能有效抑制干扰,与常规PID控制效果对比,有更好的控制性能。     

可重构模块化机器人模块及构形设计

对可重构模块化机器人模块的结构进行了研究,并归纳设计出7种功能模块,其中包括3种1自由度的关节模块,2种连杆模块和2种辅助模块·所有模块的功能都是独立的,并且每个模块的连接界面都设计成了圆筒形以便重组和提高其刚度·每一种模块都可设计成不同尺寸系列,这些不同类型和尺寸系列的模块便可构成一个模块库·作者对3个自由度串联机器人的构形进行了系统的研究,并应用制作的实验模块对研究结果的可行性进行了验证·     

双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制

利用拉格朗日方程建立了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程,给出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律.结果表明,在系统动力学模型及参数较精确确定情况下,本文提出的控制方案能够有效地控制双臂空间机器人系统完成关节空间的指定运动,而不需对其载体的位置、姿态进行主动控制.仿真计算结果证实了方法的有效性.     

基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划

为提高绳驱动连续体机器人运动的平滑性和稳定性,在关节空间和笛卡尔空间研究了基于样条函数和粒子群算法的轨迹规划问题。首先,采用双参数局部指数积公式建立连续体机器人的运动学模型;其次,根据牛顿-拉夫森迭代方法进行逆运动学求解;最后,基于自适应惯性权重的粒子群时间最优化算法结合五次B样条函数,分别实现了连续体机器人在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划。仿真结果表明：在相同的条件下,两种方法均可得到连续体机器人末端的连续轨迹,速度均小于10 mm/s,加速度均小于20 mm/s²;基于关节空间规划出的关节位移、速度、加速度曲线更为平滑,关节空间规划用时9.219 3 s,笛卡尔空间规划用时10.604 6 s。基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划研究,提高了连续体机器人的运动性能,可为绳驱动连续体机器人的位姿规划提供参考。     

基于OpenGL的关节型机器人实时控制与仿真系统的研究

 以在Visual C++环境下利用OpenGL开发的机械手实时控制三维可视化仿真平台为实例,详细介绍了建立机械手三维模型的数学模型和实现的算法,该平台的软件设计使用了模拟人手的人机交互界面,而且在软件功能上实现了其他类似平台所没有的实时抓取物体的功能,具有较好的可扩展性和交互性.     

基于姿态的多关节履带机器人越障控制

为提高机器人在楼梯、台阶等典型障碍环境中的自主越障的实用性,以检测机器人自身姿态而非环境尺寸作为越障控制的基本依据,设计了多关节履带机器人的各种自主越障控制方法.即首先以AHRS(姿态航向参考系统)所测得机器人姿态作为重要反馈量,采用稳定锥方法实时判定机器人越障过程中的倾翻稳定性,通过实验验证了该方法的有效性;在此基础上以机器人姿态为反馈,并结合机器人关节位置和驱动电流,设计了典型障碍下的自主越障控制动作规划,实际环境测试表明此越障控制方法具有对障碍具体尺寸依赖性小,实用性强的特点.     

可重组机器人运动学正逆解的自动生成

可重组模块机器人构形确定后,找出依序的连杆、关节模块,采用指数积（ＰＭＥ）法,自动生成运动学正方程转换成相对于固定坐标系的方程,找出规律,分布４个子问题,成功地运用ＰＭＥ法得到自动求模块机器人逆解的算法－逆运动学指数积（ＰＭＥＩ）法。Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下正逆解的自动生成说明了该方法的可行性。     

DNA modular subtraction algorithm based on linear self-assembly

This paper presents a DNA algorithm based on linear self-assembly which gives the result of the modular subtraction operation of two nonnegative integers. For two n-bit nonnegative integers A and B, the algorithm gives the result of A-B mod 2 ⁿ . An extended borrow tag which indicates the relation of the minuend and the subtrahend is included in the resulting strand so that the pre-classification based on A>B or B>A is not required before the experiment. From the resulting strand, we can draw the information of operation result, operands, borrow, and the tag of the relation between the minuend and the subtrahend. The algorithm takes advantage of the parallelism characteristic of DNA computing: while given two sets of operands (one the minuend set and the other subtrahend set), the modular subtraction operation of these two sets can be achieved by a parallel processing procedure. The feasibility of the algorithm is based on a known experiment. The algorithm is of spontaneous characteristic which prevents the scale of the experimental procedures from growing with the length of the operands. As for the length of the operands n, there are O(n) kinds of strands required in the experiment, and the biochemical experimental procedures can be accomplished in constant number of steps.     

模度量空间下的不动点定理

推广了模度量空间，针对一类被称之为Chatterjea映射，在适当的条件下，建立了映射T具有不动点的存在性和唯一性结果．     

一种模块化神经网络的人耳识别方法

提出了一种基于模块化神经网络的人耳识别方法。对人耳图像进行一系列的预处理后,采用PCA方法对图像进行特征提取。构建了模块化神经网络模型,并用分层遗传算法对该模型进行优化,选择训练阶段样本和测试阶段样本对人耳图像进行训练和测试,得出识别率。实验结果表明,基于模块化神经网络的人耳识别相对于传统的神经网络优化了设计参数,得到最优体系结构,提高了人耳识别率。     

基于取模运算哈希函数映射均衡性研究

在基于哈希的应用中，选择恰当的哈希函数，将KEY均匀映射到各个哈希地址中，对于哈希查表性能的提高有着重要的意义。提出了一种衡量哈希映射均衡性的尺度，对基于取模运算的哈希函数如何根据KEY的分布特性，选择恰当的模值，以达到均匀映射的目的进行了较为深入的研究，对于实际应用有着一定的指导作用。     

基于情感能量模型的表情机器头

首先以心理动力学中的心理能量概念为基础,分析了情感能量以及表示情感状态的相关参数.然后根据情感能量守恒定律,研究了情感能量分配结构的数学表示方法和情感能量分配模型,进一步分析了情绪状态的变化过程,提出了情绪状态刺激转移过程的隐马尔可夫链及其模型算法;利用MATLAB建立相关情感状态变化的仿真研究平台,进一步研究了情感状态的变化规律.最后根据以上情感模型及其变化规律构建出表情机器头的综合研究平台,仿真结果与机器头实验数据的一致,验证了仿真模型的有效性.     

基于关节空间轨迹规划的机械臂远程控制

轨迹规划对提高机械臂的稳定性、可靠性、工作效率有重要意义。为实现对远程机械臂连续、平稳 、无抖动的控制,基于关节空间轨迹规划,提出了一种采用5次多项式插值函数对远程机械臂运动轨迹进行插补的优化算法。利用该算法对机械臂进行了实际的远程控制实验,实验结果表明,该算法使机械臂各关节运动连续、平稳,实时性好,能够满足实际的工作要求,为远程机械臂的安全应用奠定了基础。