可重構(gòu)模塊化機器人通用接口研究.pdf

1、隨著機器人應用的發(fā)展，在多任務和復雜環(huán)境下，為單一任務而設計的具有單一結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)機器人難以發(fā)揮其作用，可重構(gòu)模塊化機器人應運而生，它是當前機器人發(fā)展的一個前沿分支?？芍貥?gòu)模塊化機器人是由各種獨立的具有相同或不同結(jié)構(gòu)和性能特征的可互換的關節(jié)模塊和連接模塊組成，能夠根據(jù)作業(yè)的需要裝配成不同的機器人構(gòu)型?？芍貥?gòu)模塊化機器人在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、軍事以及救援探險等領域有著廣闊的應用前景。 可重構(gòu)模塊機器人設計的難點在于：使得功能各異、結(jié)

2、構(gòu)不同和任務多樣的模塊機器人能夠整合為一個整體，能夠快速拆裝、互換裝配、柔性組合、互相通訊、協(xié)調(diào)控制，達到即插即用的效果。本文就可重構(gòu)模塊化機器人以及通用接口技術作了初步的研究。 機器人模塊的設計是研究的重點，很大程度決定了機器人系統(tǒng)的性能，而可重構(gòu)模塊化機器人通用接口的研究和設計是基礎?，F(xiàn)有的均一陣列式機器人模塊的連接機構(gòu)大都采用了銷孔式連接方式。這種連接方式在分離操作時需要額外的分離空間，模塊不能夠在間隙比較小甚至沒有間隙的

3、情況下分開，限制了模塊運動的靈活性。而采用電磁鐵加上形狀記憶合金(SMA)的連接方式增加了機械和電氣結(jié)構(gòu)的復雜性。我們設計的帶有機械連接鉤子的連接機構(gòu)兼有上述兩種連接方式的優(yōu)點，又能克服它們的缺點，能夠快速、靈活、穩(wěn)固的連接兩個模塊，同時節(jié)省了能量和空間。 為此，本文提出了一種新型的陣列式機器人模塊結(jié)構(gòu)，模塊單元具有的單轉(zhuǎn)動自由度，該模塊兼具陣列式和串聯(lián)式機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，通用性高，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易。設計了一種平面連接機構(gòu)和電

4、氣連接部件；建立了集中式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合分布式通訊方式實現(xiàn)了機器人構(gòu)形信息的自動采集。分別介紹了模塊單元的機械結(jié)構(gòu)設計、驅(qū)動機構(gòu)、連接機構(gòu)以及基于CAN總線的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 分析了機器人控制系統(tǒng)功能和要求，在此基礎上提出控制系統(tǒng)總體構(gòu)建；根據(jù)可重構(gòu)模塊化機器人設計的特點和要求，提出模塊子系統(tǒng)構(gòu)建的方案，并給出詳細的軟件流程圖。 最后，構(gòu)建了基于OpenGL技術和VC++開發(fā)平臺的機器人仿真實驗系統(tǒng)，仿真機器人構(gòu)形和運動