可重构机器人技术的探讨

本文概述了可重构机器人研究和发展现状 ,对基于多 Agent的可重构机器人的控制方法的研究作了较详细的介绍 ,根据可重构机器人的应用背景 ,指出了可重构机器人研究的必要性     

基于运动相关皮层电位握力运动模式识别研究

面向基于脑-机接口（Brain-computer interface,BCI）的脑-机交互控制（Brain-machine interaction control,BMIC）——直接脑控机器人,提出一种新的左、右手握力运动参数范式,在该范式下探索左、右手握力运动相关皮层电位/运动相关电位（Movement-related potentials,MRPs）的时域特征表示并识别握力运动模式.在涉及左、右手4个不同任务的实验中采集了11个健康被试的脑电信号,任务期间要求被试以2种握力变化模式之一完成自愿握力运动,每种任务随机重复30次.不同握力任务之间具有显著差异的运动相关电位特征用于识别握力运动模式.分别用基于核的Fisher线性判别分析和支持向量机识别4个不同的握力运动任务.研究结果进一步证实运动相关电位可以表征握力运动规划、运动执行和运动监控的脑神经机制过程.基于核的Fisher线性判别分析和支持向量机分别获得24±4%和21±5%的平均错误分类率.最小误分类率是12%,所有被试平均最小误分类率为20.9±5%.与传统的仅仅识别参与运动的肢体类型以及识别单侧肢体运动参数的研究相比,本研究可望为脑-机交互控制/脑控机器人接口提供更多的力控制意图指令,奠定了后续的对比研究基础.     

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明:在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。     

基于STL文件的实体分割算法研究

由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。针对这一问题本文提出一种基于STL文件格 式的实体分割算法,对STL文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的 处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。     

快速成型技术中的光斑半径补偿算法研究

光固化快速成型数据模型切片分层的结果是一系列封闭的多边形截面轮廓，由于光斑（或喷嘴）具有一定的尺寸大小，为了保证零件的制造精度，就需要对多边形截面轮廓进行补偿。为此，简化了补偿矢量计算方法，并针对两种尖角情况，提出了新的处理方法。对多边形轮廓补偿后可能出现的自相交现象，采用基于单调链的平面扫描算法，对自交点进行了求解，并提出了一种无效环的简单判别方法，提高了无效环的去除效率。通过无效环的去除，保证了补偿轮廓的正确性，提高了零件的制造精度。     

蛇形机器人的转弯和侧移运动研究

介绍了沈阳自动化研究所研制的蛇形机器人机械结构和控制结构。在分析蛇形曲线的基础上,提出幅值调整法、相位调整法和侧移调整法三种新方法,来处理蛇形机器人侧向滑动带来的方位偏转和完成蛇形机器人自主转弯控制,并给出几种方法的量化关系,建立动力学仿真模型进行了运动仿真。幅值调整法虽然使蛇形机器人转弯角度受到限制但却保证了运动的连续性和稳定性。相位调整法能够使蛇形机器人准确地完成转弯运动。侧移调整法能够实现蛇形机器人前进过程中的侧向位置调整,同时保证运动方向的准确性。将上述方法应用到蛇形机器人的控制中,用仿真和试验验证了以上方法的有效性。     

全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题.将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链.对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型.以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解.该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点.     

一种可重构蛇形机器人的研究

提出了一种新型的可重构蛇形机器人机构。该机构主要特点是单关节结构模块化，具有可适应地面形状变化的柔性连接环节和类似于蛇腹鳞摩擦特性的机构底部，手动可重构，当单自由度关节轴线互相平行连接时，该机构可实现多种平面运动形式，当单自由度关节轴线垂直依次连接时，形成的蛇形机器人具有两自由度的关节，可进行多种空间运动。试验结果证实，该蛇形机构重量轻，控制简单，运动灵活，能够很好地仿生蛇的多种运动形式。     

可重构装配系统开放式组织结构的研究

为了克服传统装配线的不足，在基于功能对象的产品族建模基础上，提出了主干线和装配模块相结合的可重构装配系统开放式组织结构。这种分形相似的组织结构具有能力柔性、鲁棒性、功能扩展能力等特点，并能通过模块的局部调整快速响应市场的需求。利用网络法，针对鲁棒性和增容性问题，提出了相应的重构优化算法。     

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构，它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能，对标准模块进行了适当改进，单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构，具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验，为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。