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,...     

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.     

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.     

模块化自重构机器人最优构形拓扑转换

为模块化自重构机器人，定义了构形拓扑转换的基本概念，分析总结了最优构形拓扑转换的规律，并采用遗传算法对构形拓扑转换进行优化．结果显示，构形拓扑转换过程中的连接变化操作次数被有效地降低，提高了模块化自重构机器人自重构的效率．     

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。     

基于几何特征的自重构模块机器人自修复算法

基于网格型的自重构模块机器人,研究了一种基于几何特征分布式自重构机器人的自修复算法.它用广度和深度优先算法搜索有效的运动路径,将故障模块转移到系统构型边界处释放,并用备用模块取代.分析了该算法实现任意位置故障模块的自修复过程,并优化了自修复过程中的模块运动路径.仿真结果表明,对于三维网格型的自重构机器人,该自修复算法是可行和有效的.     

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.     

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．     

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.     

一种新型的自重构模块机器人

提出了一种由相同机械结构单元组成的自重构模块机器人,介绍了该模块的机械结构设计,给出了一种建立在两级分层控制算法基础上的模块连接规划.每个模块可以独立与其他模块相互分离或连接,并且通过与其他模块相互配合来改变其连接方式,从而使整个机器人系统可以获得不同的三维结构和各种静态位形.Java 3D仿真结果表明了连接规划的可行性和有效性.     

模块化自重构机器人最优构形拓扑转换

定义了模块化自重构机器人构形拓扑转换的基本概念,分析总结了最优构形拓扑转换的规律,并采用遗传算法对构形拓扑转换进行优化.结果显示,构形拓扑转换过程中的连接变化操作次数被有效地降低,提高了模块化自重构机器人自重构的效率.     

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.     

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.     

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.     

水下自重构机器人Kane动力学建模方法

针对水下自重构机器人构形多变且外部环境复杂等特点,提出了一种通用的、基于构形描述及Kane动力学的建模方法.利用图论中关于拓扑结构的描述方法,建立水下自重构机器人多种拓扑构形的统一数学表达,再结合Kane方法,在模型中加入水下各种外部环境作用力,最终建立封闭的水下自重构机器人运动方程.通过典型构形的建模实例,证明了该方法的可应用性和有效性.
     

可装配的模块机器人动力学的自动生成

根据可装配的模块机器人及模块化思想,建立各个模块的速度、加速度等动力学表达式及相关修正公式,采用补偿迭代法来自动生成动力学方程,最后以二自由度模块机器人为例得出在Windows环境下自动生成的动力学仿真图形。     

模块化软体机器人运动模式

设计了一种模块化软体机器人，其由多个可变形的球形模块单元组成，根据球形模块单元的膨胀和收缩，能改变自身的尺寸向前移动.应用有限弹性理论，分析了球形模块单元的充气膨胀过程，结果表明球形模块单元的初始膨胀半径越小，其最大压力越大.描述了3个球形模块单元依次膨胀和收缩过程，得出1个周期内该软体机器人的运动模式.最后, 通过3个球形模块软体机器人膨胀和收缩运动的实验,验证了模块化软体机器人运动模式的可行性.
     

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.     

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...