同構(gòu)陣列式自重構(gòu)機器人的運動規(guī)劃與仿真研究.pdf

1、自重構(gòu)機器人是近年來機器人學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個新的研究方向，它由許多簡單的智能體模塊構(gòu)成，不需外界幫助就能動態(tài)地改變自身構(gòu)型，適應(yīng)外部環(huán)境，執(zhí)行不同的任務(wù)，具有較好的適應(yīng)性和容錯性。它的功能遠遠超過常規(guī)的固定形狀的機器人，可用在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的搜尋營救、空間探險、海洋勘探、軍事等檢查及修理工作，因此具有重要的研究意義。目前對自重構(gòu)機器人的研究還處于起步階段，國內(nèi)外的一些研究成果大多處于理論水平，還不具有實用性，但是自重構(gòu)機器人的優(yōu)點使它具有廣

2、闊的研究前景。 自重構(gòu)機器人研究的基礎(chǔ)性問題之一是模塊的開發(fā)。自重構(gòu)機器人模塊的實現(xiàn)形式有多種，但較為常見和實用的是同構(gòu)陣列式模塊。國內(nèi)外一些研究機構(gòu)提出了幾種機器人的模塊結(jié)構(gòu)，但都各有優(yōu)缺點，本文在吸取它們優(yōu)點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種同構(gòu)陣列式的模型M-Cubes。每個單元模塊由一個立方體連桿和6個可獨立旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，每個關(guān)節(jié)上有2個插孔和2個可伸縮的連接軸，相鄰兩模塊通過各自旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的兩個連接軸插入對方的兩個插孔中來完成對

3、接動作，模塊內(nèi)部的驅(qū)動電機可以驅(qū)動6個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動和軸的平移。模塊之間通過搭建腳手架的形式實現(xiàn)協(xié)調(diào)運動，本文介紹了這種運動形式的基本原理，并對它進行運動學(xué)分析來求解模塊運動時的參數(shù)。 運動規(guī)劃算法是自重構(gòu)機器人研究的重點，目前自重構(gòu)機器人的運動規(guī)劃算法研究主要分為集中式算法和分布式算法。本文采用多Agent理論與元胞自動機原理的思想，提出了一種基于局部規(guī)則的全分布式算法。將每個模塊作為一個智能體，首先確定簡單的基于局部狀態(tài)的運動規(guī)則

4、集；在機器人的自重構(gòu)過程中，模塊通過與鄰居模塊的信息交互，獲得自身狀態(tài)和周圍空間的狀態(tài)，對照運動規(guī)則集作出判斷，確定下一步的運動，從而產(chǎn)生合理的運動序列。 最后，為了驗證系統(tǒng)模型和運動規(guī)劃算法，本文開發(fā)了一個自重構(gòu)機器人的仿真環(huán)境。選擇Java和Java 3D作為開發(fā)工具，利用它們完全面向?qū)ο蠛投嗑€程的特點，將仿真環(huán)境的各部分功能通過編寫不同的類來定義，然后分為兩個線程進行調(diào)用實現(xiàn)相應(yīng)的功能。本文所開發(fā)的仿真環(huán)境具有友好的用戶界