模塊化機器人空間變形線自重構策略研究.pdf

1、由于機器人在非結構環(huán)境下作業(yè)需求的增多，這就要求機器人能夠通過自主改變構型應對環(huán)境及任務的變換，稱這種機器人為自重構模塊化機器人。本課題針對鏈式結構的模塊化自重構機器人，進行了空間構型表達，鏈式自重構策略，空間重構規(guī)劃運動可行性分析及單元模塊硬件控制系統(tǒng)設計等方面的研究。
　　提出了一種新型同構鏈式自重構模塊化機器人M2SBot，它具備靈活的移動性和豐富的裝配方式。首先對單元模塊進行數(shù)學描述，分析了相鄰模塊裝配方式以及多模塊構型邏

2、輯編號獲取方法。針對傳統(tǒng)構型表達方法不能完整表達模塊化機器人的空間構型信息問題，在傳統(tǒng)拓撲法的基礎上創(chuàng)新提出了空間有向拓撲圖的表示方法。該方法新增了模塊之間的裝配方式信息及單元模塊內(nèi)自由度信息。為了便于計算機識別和存儲及后續(xù)自重構策略研究，創(chuàng)新提出了空間裝配矩陣SAM表示方法，它不僅涵蓋完整空間構型信息，實現(xiàn)空間構型與SAM矩陣表達的一一對應，而且借助深度優(yōu)先搜索算法可獲得各模塊連接面裝配信息CAN。
　　針對鏈式模塊化機器人空間

3、自重構問題，提出了一種新的空間變形線重構策略。該策略包括構型識別、匹配及重構運動規(guī)劃三部分內(nèi)容。在分布式構型識別中，設計裝配信息采集原理，由各模塊連接中主動連接面獲取裝配信息，通過SAM自生成算法生成當前構型SAM，快速準確的完成當前構型識別。針對如何最大限度減少重構規(guī)劃區(qū)域問題，采用深度構型匹配方法，使用CAN生成索引信息，使各模塊可自行與目標構型對應模塊建立匹配關系，通過雙匹配原則，先后對連接邊及裝配數(shù)進行匹配，匹配過程各支鏈可自主

4、同步進行，且均可匹配至支鏈末端。基于 AN驅(qū)動因子提出兩步法空間重構運動規(guī)劃，通過模塊間局部通信機制，以線型作為中間構型，提出線型轉化算法及樹形轉化算法以完成空間重構任務。
　　考慮到模塊幾何尺寸及支鏈自由度對運動的限制，借助模塊支鏈工作空間分析，判斷空間重構規(guī)劃的可行性。當目標支鏈存在公共工作空間條件下，執(zhí)行空間重構策略。當不存在公共空間條件時，需引入輔助模塊進行空間重構。最后分別針對兩種情況進行自重構機器人的重構仿真驗證，仿真