模塊化機(jī)器人空間變形線自重構(gòu)策略研究.pdf

1、由于機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下作業(yè)需求的增多，這就要求機(jī)器人能夠通過(guò)自主改變構(gòu)型應(yīng)對(duì)環(huán)境及任務(wù)的變換，稱這種機(jī)器人為自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。本課題針對(duì)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的模塊化自重構(gòu)機(jī)器人，進(jìn)行了空間構(gòu)型表達(dá)，鏈?zhǔn)阶灾貥?gòu)策略，空間重構(gòu)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)可行性分析及單元模塊硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的研究。
　　提出了一種新型同構(gòu)鏈?zhǔn)阶灾貥?gòu)模塊化機(jī)器人M2SBot，它具備靈活的移動(dòng)性和豐富的裝配方式。首先對(duì)單元模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，分析了相鄰模塊裝配方式以及多模塊構(gòu)型邏

2、輯編號(hào)獲取方法。針對(duì)傳統(tǒng)構(gòu)型表達(dá)方法不能完整表達(dá)模塊化機(jī)器人的空間構(gòu)型信息問(wèn)題，在傳統(tǒng)拓?fù)浞ǖ幕A(chǔ)上創(chuàng)新提出了空間有向拓?fù)鋱D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(jì)算機(jī)識(shí)別和存儲(chǔ)及后續(xù)自重構(gòu)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(gòu)型信息，實(shí)現(xiàn)空間構(gòu)型與SAM矩陣表達(dá)的一一對(duì)應(yīng)，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(duì)鏈?zhǔn)侥K化機(jī)器人空間

3、自重構(gòu)問(wèn)題，提出了一種新的空間變形線重構(gòu)策略。該策略包括構(gòu)型識(shí)別、匹配及重構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃三部分內(nèi)容。在分布式構(gòu)型識(shí)別中，設(shè)計(jì)裝配信息采集原理，由各模塊連接中主動(dòng)連接面獲取裝配信息，通過(guò)SAM自生成算法生成當(dāng)前構(gòu)型SAM，快速準(zhǔn)確的完成當(dāng)前構(gòu)型識(shí)別。針對(duì)如何最大限度減少重構(gòu)規(guī)劃區(qū)域問(wèn)題，采用深度構(gòu)型匹配方法，使用CAN生成索引信息，使各模塊可自行與目標(biāo)構(gòu)型對(duì)應(yīng)模塊建立匹配關(guān)系，通過(guò)雙匹配原則，先后對(duì)連接邊及裝配數(shù)進(jìn)行匹配，匹配過(guò)程各支鏈可自主

4、同步進(jìn)行，且均可匹配至支鏈末端?；?AN驅(qū)動(dòng)因子提出兩步法空間重構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，通過(guò)模塊間局部通信機(jī)制，以線型作為中間構(gòu)型，提出線型轉(zhuǎn)化算法及樹(shù)形轉(zhuǎn)化算法以完成空間重構(gòu)任務(wù)。
　　考慮到模塊幾何尺寸及支鏈自由度對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制，借助模塊支鏈工作空間分析，判斷空間重構(gòu)規(guī)劃的可行性。當(dāng)目標(biāo)支鏈存在公共工作空間條件下，執(zhí)行空間重構(gòu)策略。當(dāng)不存在公共空間條件時(shí)，需引入輔助模塊進(jìn)行空間重構(gòu)。最后分別針對(duì)兩種情況進(jìn)行自重構(gòu)機(jī)器人的重構(gòu)仿真驗(yàn)證，仿真