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-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,驱动电动机通过减速器、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.     

自重构机器人重构运动规划策略研究

通过自重构机器人模块间的连接、断开和运动顺序规划,由风车形晶胞群组成的机器人构形具备通过重构实现质心变化的功能.此种运动方式与特定构形的整体协调运动存在本质区别,为了实现质心的改变,当设计运动规划策略时需要综合考虑机器人的运动路径及模块间的连接、断开和运动顺序.针对运动平面内存在障碍物这一情况,采用启发快速扩展随机树搜索方法对由风车形晶胞群组成的机器人构形的运动路径进行了规划.机器人的每一步运动利用内置的固定运动序列库实现.实验证明了启发快速扩展随机树搜索方法的高效性及可行性.     

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．     

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。     

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.     

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.     

自重构机器人系统自修复的拓扑空间及运动规则描述

针对一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,研究了一种基于图论的数学描述方法,以表示每个模块的空间位置及连接状态,进而表达全局拓扑结构;受有限状态机的启发,分析了自重构机器人系统模块的基本运动,提出了该网格型自重构模块化机器人的模块运动规则,为研究自修复算法提供了理论基础.     

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．     

基于构形的冗余度机器人自运动规划方法

研究能够直接通过视觉信息进行实时规划的自运动规划方法．冗余度机器人的自运动受到构形约束．从构形出发就能够采用矢量方法规划机器人的自运动。以YJP-1型7自由度机器人为例，针对一类具有旋转自运动主平面的-冗余度机器人，采用基于线性约束的最小二乘法思想，即把机器人末端的运动速度为零作为线性约束条件，代入求机器人自运动逆解的极小最小二乘方程式中进行处理，得到自运动的解析表达式．数值仿真和实验验证了这种算法的有效性。     

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...     

Mechanism design and motion planning of M-Cubes robot

A homogeneous and lattice self-reconfigurable robot module is designed, and each module is composed of a center body and six connection planes which can independently rotate. A module can independently connect or disconnect with other modules, and then change its connection by collaborating with other modules. We discuss how to describe and discover configuration of robot. Furthermore, we describe its motion planning based on the appraisal function and the adjacency matrix which is effective to solve the computationally difficult problem and optimize the system motion path during the self-reconfiguration process. Finally, a simulation experiment is demonstrated, which verifies the correctness of locomotion method.     

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。     

Docking process on hybrid self-reconfigurable modular robots

A novel hybrid self-reconfigurable modular robot is designed to finish the morphing action from line shape to hexagon shape.The robot is composed of many basic modules,each of which consists of a master module and a slave module in the shape of triangular prism.There are four connection ports on each basic module.For the master module there are two holes on each connection port,and for the slave one there are two pegs on each connection.The docking process between two neighboring basic modules is analyzed with a peg-in-hole mechanical structure.A small motion' s method is presented and the contact forces are derived.According to the force/moment,the pose of a motion module should be adjusted to make two neighboring modules align and finish the docking process.Finally,a simulation of 3 basic modules is shown to finish the morphing and docking process effectively.The system can finish the morphing task from the line shape to the hexagon shape.     

A mobile self-reconfigurable robot based on modularity

A novel mobile self-reconfigurable robot is presented.This robot consists of several independentunits.Each unit is composed of modular components including ultrasonic sensor,camera,communica-tion,computation,and mobility parts,and is capable of simple self-reconfiguring to enhance its mobilityby expanding itself.Several units can not only link into a train or oilier shapes autonomously via cameraand sensors to be a united whole robot for obstacle clearing,but also disjoin to be separate units undercontr...     

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.     

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.