独立操作型可重构机器人群体构形表达和重构优化

独立操作型可重构机器人的单个模块具备独立运动、操作和采样能力,顺应从结构环境中定点作业向非结构环境中自主作业的发展要求,能够更好地应用到环境复杂、危险性高的场合.现有的构形研究主要针对依赖运动型、独立运动型可重构机器人,解决独立操作型可重构机器人构形问题时具有局限性.针对可重构机器人重构目的,提出矢量构形,将构形研究内容扩展到拓扑结构、运动趋势方向和各模块的姿态方位及连接关系,提出模块状态向量和构形状态矩阵实现该类可重构机器人群体构形的表达,对应的变换运算和操作可以表达、触发模块行为运动和构形重构,提出以工作负荷为优化目标的构形组合重构优化方法、以姿态方位工作负荷和连接工作负荷的组合为优化目标的构形变换重构优化方法,通过重构优化获得模块在构形重构中状态对应变换关系,作为构形重构规划和控制的基础.     

基于万向式关节的模块化自重构机器人

提出了一种基于万向式关节的模块化自重构机器人——UBot．该机器人模块结构紧凑、刚性好、运动灵活,具有运动、 重构和处理任务的能力．它由许多标准模块组成,模块均采用万向式结构的正立方体外形,具有4个可以与相邻模块连接\/断开的连接面． 设计了钩爪式连接机构,它可以快速可靠地与相邻模块连接/断开,该连接机构连接后具有自锁功能,节省能量．设计了 模块电气系统．最后进行了连接机构和机器人运动实验,证明了UBot系统的可靠性和运动灵活性．     

基于功能构件分解的机器人模块化设计方法

模块化机器人系统不仅包括模块化的机械硬件,而且还包括模块化电气硬件、控制算法和软件。模块的合理划分与重构是机器人模块化设计的重要研究内容。本文按照功能特征兼顾机器人的结构特征进行模块划分,提出基于功能构件划分的分层结构,即系统层一模块化单元层一功能构件层;并以服务机器人为例说明模块划分原则,具有功能独立性的最小模块单元的功能构件的特征以及识别功能构件的核心逻辑,阐述基于图论的运动学图和矩阵进行模块化机器人拓扑构形表达方法,通过引入接口向量来构造装配关联矩阵详细描述模块间的装配关系,介绍基于旋量理论的模块化可重构机器人运动学自动建模方法。     

一种自重构机器人手抓取构形的拓扑转换

自重构机器人手是由一些模块构成的复杂的模块化自重构机器人系统。本文提出了一种能够准确描述了这类机器人手抓取构形拓扑结构的方法;分析了构形拓扑转换的规律和步骤,并结合模块的运动形式,描述了拓扑结构转换的操作过程,并运用智能算法对构形拓扑结构转换进行优化。经验证,拓扑转换的操作步骤减少了,自重构机器人手的构形转化效率提高了。     

同构阵列式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,说明该机器人系统是一个分布式的多智能体系统,结合agent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,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

模块化机器人拓扑重构规划研究

模块化可重构机器人由若干个相同的机器人模块组合装配而成,能够重构成不同的几何形态和结构,从而适应不同的作业任务要求。本论文主要对树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题进行了研究,定义了构型重构的基本概念,提出了分支重构规划算法。这类模块化可重构机器人可以用树状拓扑结构图来描述。机器人的拓扑结构从自由树转化为有根树,然后分解为若干个分支结构,并按一定顺序排列,通过对各个分支结构的逐步比较和操作,完成重构过程。最后选定模块数目,进行了重构规划过程的仿真计算。结果表明,文中所述算法对于树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题是有效的。     

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点. 模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等. 模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇. 本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括：(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法. 本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.     

基于网络的自重构机器人重构路径研究

文中针对自重构机器人的重构问题提出了一种基于网络的分析方法.自重构模块机器人"AMOEBA-I"的9种不同构形组成了一个构形网络.机器人的每种构形被看成带有权值的有向构形网络中的一个节点.一种构形向另一种构形的转换可描述为一条非负值的有向路径.将图论应用于构形变化的分析,根据构形的拓扑信息相应定义了重构路径、可重构矩阵和路径矩阵.在此基础上,将图论中的算法应用于重构路径的计数和最佳重构路径的选择.数值分析与仿真实验结果验证了该方法的可行性.同时,该方法还可以用于其他自重构机器人的构形控制与自重构规划.     

基于Java 3D的自重构机器人仿真平台的构建

介绍了新设计的一种同构阵列式模块化自重构机器人的模块结构和运动方式,针对这种机器人系统,为了验证控制算法,构建了可视化的自重构机器人仿真平台。选用Java 3D作为开发工具,采用类的封装和线程技术,设计了仿真平台的软件结构,并实现了在界面上进行交互式地显示三维运动过程。在此平台上对模块的运动进行仿真,给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该仿真平台的有效性。此仿真平台界面简单,操作方便,能够实现算法仿真和运动显示。     

一种模块化可重构机器人系统的研制

在教育和科研领域中,为使机器人兼有较好的重构能力与操作性能,研制了一种模块化可重构机器人系统MRRES.提出了一种机器人模块划分及重构的方法,构建出机器人模块库,研制出集成传动、控制及传感于一体的系列化关节模块.基于Open GL和VC++开发了具有建模、仿真和运动控制功能的应用软件MRR-SIM.给出了一个基于任务和模块库的机器人设计实例,进行了实验测试.实验结果表明,MRRES系统模块划分和设计合理,机器人在保证重构能力的同时具有较好的操作性能,可应用于教育和科研等领域.