自重構模塊化機器人重構規(guī)劃方法的研究.pdf

1、隨著機器人在非制造領域的廣泛應用，機器人在非結構環(huán)境下的作業(yè)情況越來越多，這時就要求機器人具有適應環(huán)境和任務變化的能力，但由于機器人的工作能力和性能與機器人的結構構型密切相關，這就要求機器人能夠動態(tài)改變自身構型，這種機器人稱之為自重構模塊化機器人。本文對自重構模塊化機器人的模塊結構、構型表達及自重構規(guī)劃等進行了研究。 ⑴機器人的適應性和自重構能力與機器人模塊的結構密切相關。在深入研究國內(nèi)外自重構機器人模塊結構特點之后，綜合Mur

2、ata等人設計的M—Tran模塊和趙杰等人設計的HitMSR模塊的優(yōu)點，提出了一種具有兩個自由度，雌雄同面連接的自重構機器人模塊。 ⑵機器人的自由度數(shù)目、工作空間的性能都和機器人的拓撲構型緊密相關。根據(jù)模塊特點，提出了一種偏轉(zhuǎn)狀態(tài)裝配關系矩陣，用來表達機器人的構型。利用該矩陣，并結合模塊的空間對稱關系及組合數(shù)學方法給出了一種枚舉自重構機器人非同構構型的算法。運用該算法建立了2模塊和3模塊機器人的非同構構型庫。 ⑶機器人的

3、自重構規(guī)劃與機器人模塊在三維空間中的位姿密切相關。為了便于實現(xiàn)機器人的自重構，定義了一種三維空間表達矩陣，以及一種從偏轉(zhuǎn)狀態(tài)裝配關系矩陣到三維空間表達矩陣的映射算法，用來表達機器人各模塊在空間中的相對位置和狀態(tài)。利用映射算法解決了任意拓撲構型的可自重構性判定問題，并給出判定算法。根據(jù)可自重構性判定算法，對自重構機器人的非同構構型集合進行劃分，得到可自重構群。將可自重構群內(nèi)所有構型及構型間的變化關系用構型重構關系圖來表達，借助圖論方法找到