邹凌云[1]2003年在《模块化可重组机器人结构设计及自动对接的初步研究》文中进行了进一步梳理模块可重组机器人由具有完整结构和独立功能的模块组成，其重组方式分为运动重组、格重组和链重组叁种类型。 链重组的模块化机器人具有非常多的自由度，能够重组成多种基于链的拓扑结构。这种机器人能够适应不同的环境，具有多功能性。这种机器人的重组可以手动完成，也可以通过模块之间自动对接来自动完成。 链重组的模块化机器人的模块结构分为叁个部分：框架、驱动和通信系统、连接面板。论文着重论述可以手动完成对接的模块的结构设计，包括叁个部分的具体设计思想和方法，以及模块的加工和装配过程，说明模块功能的测试方法，测试结果表明模块性能符合预先设计的要求。文章阐述叁种形态的重组：蛇形、履带形、四足形，对这叁种重组方式的运动进行实验，实验结论证实模块结构设计合理并且具有较好的可靠性。 自动对接的模块在结构和功能上有很多改变，涉及多种传感器的使用，位置传感器和距离传感器是最重要的两种。论文提出利用位置传感器感知的模块连接角信息计算对接过程中模块的相对位置和角度变化，还提出利用红外传感器的感知信息计算进行对接的模块两个连接面板之间六自由度方向的位置偏移量，这些计算方法为实现模块化机器人自动重组提供了理论支持。
马建军[2]2004年在《模块化可重组机器人自动对接技术研究》文中研究指明模块化自重组机器人由大量结构、功能都相同的模块组成,它可以根据环境或任务的不同将模块重新组合形成不同的构形,例如蛇形、履带形或昆虫形等,可以很好的满足救火、地震后的城市搜救和战地侦察等不确定性环境中的多任务要求。模块化、可重组的结构设计使得这种机器人具有多样性、稳定性和低成本的优点。机器人通过自主地对模块进行重新排列以形成各种不同的结构形态,这种模块的重新排列可称之为自重组或自组装。 自动对接是模块化可重组机器人完成自重组变形的一个基本步骤,也是这种机器人研究的关键技术之一,是模块化自重组机器人具有实际应用价值的基础。本文在对模块化自重组机器人系统结构进行分析的基础上设计了一种可实现自动对接的模块化可重组机器人,模块结构分为驱动器单元、传感器单元和框架结构几部分,但要完成模块之间的自动对接,在机械结构上还需要设计一个精巧可靠,控制方便的连接器装置来完成对接的自动开、闭锁,本文设计了一种以SMA为驱动元件的自动开闭锁链接器装置,该装置具有结构简单、控制方便、节约能源的优点。 传感器在模块化可重组机器人自动对接过程中占据很重要的地位。本文研究的主要有电机自带的测量电机位置的霍尔效应传感器;用于计算对接面之间空间偏移量的红外传感器组。由于模块化可重组机器人系统本身的独特特点,传感器的用法与其它系统相比有一些区别,在自动对接过程中,最基本的过程就是利用传感器信息寻找目标模块然后靠近,最后实现对接。在这里,红外传感器被用来测量两个对接面之间的位置偏移信息,本文讨论了逆向计算方法、基于信息平衡的计算方法并提出了一种基于爬山法的对接搜索算法,这种基于搜索的方法对多传感器之间的性能差异要求不高,比较适合我们现有的加工精度和装配精度不高的实际条件,而且实时性较好。 对于链式模块化可重组机器人,通过正向运动学分析可以得到模块链末端执行器的位姿矩阵;利用逆向运动学分析,得到了在已知目标位置的情况下求出各个关节的关节角度的方法。 整个自动对接过程分为叁个阶段:远距离阶段,中距离阶段和近距离阶段。
李晓斌[3]2004年在《模块化可重组机器人分布式控制系统设计》文中认为本文为模块化可重组机器人设计了一套分布式控制系统,并且在此基础上实现了机器人的自动对接,为以后继续研究模块化可重组机器人的自动重组技术奠定了基础。 首先,本文介绍了模块化可重组机器人的概念、特点、发展状况以及应用前景等,它具有模块化、可重组的鲜明特点,代表了机器人发展的一个前沿方向。传统的机器人控制系统不适合模块化可重组机器人,本文为它构建了适合其特点的控制系统——模块化分布式控制系统。 然后,本文详细介绍了模块化分布式控制系统的硬件和软件设计。根据模块化可重组机器人的特点,在硬件设计时始终遵循模块化、功能较强的控制器、较好的通信网络、小型化、低功耗和低成本这六个原则。控制器采用的是DSP芯片TMS320LF2406,用它对无刷直流电机进行控制,能够获得较高的控制精度和较好的实时性。软件设计也遵循了模块化的设计原则,通信网络采用的是RS—485总线基础上的无线通信。 最后是控制系统的仿真和实验。首先对无刷直流电机的控制方案进行了仿真,来验证控制方案的可行性以及初步确定PID控制参数,然后进行了反向运动学实验来验证控制系统的实际控制效果,最后详细说明了自动对接的实验过程和结果。
邓建平[4]2005年在《模块化自重构机器人自动对接与重构规划研究》文中提出模块化自重构机器人最关键的特点是它有自动改变自身构型的能力,以使它们的构形适应不同的任务和环境。其最基本的设计思想是从大量基本单元或模块中建立复杂的系统。每个模块有独立的自由度且能够分享允许它们彼此连接或分离的标准的连接接口。这能够让它们重新安排它们的位置并在机器人内部连接起来,来达到改变整个构型的目的。自动对接是模块化自重构机器人完成自重构的一个基本步骤,也是这种机器人研究的关键技术之一,是模块化自重构机器人具有实际应用价值的基础。本文对自动对接系统结构进行了分析,为寻找实际对接系统工作不稳定的原因,做了一些验证与调试方面的工作,包括自动对接算法正确性与有效性的验证,串口电路设计,编写实时跟随对接模块运动的程序以及传感器建模程序等。重构规划问题是机器人实现自重构的关键问题之一,论文的另一个主要内容就此研究了一种新的重构规划方案,它允许模块化机器人在两种任意构型之间有效地转化。这个解决方案的对象是一类重构方式称之为链式重构的模块化机器人。这种方法基于两种部件的组合,它们是连接规划器和运动规划器。连接规划器运行于一个理想的拓扑空间,产生一个对完成转化必需的模块连接改变的序列。这个序列被传递给移动规划器,它的作用是在几何学和物理学中,为包含在每一个连接步骤中的所有模块计算可行的运动策略。当连接规划器与运动规划器结合在一起时,一个完整的重构规划器就产生了。
沈金祥[5]2003年在《模块化可重组机器人运动控制系统设计》文中指出模块化可重组机器人是一种结构特点鲜明的机器人，具有机构简单、多功能、高稳定性和高性价比等优点，它是现在机器人发展的一个前沿分支。本文研究的任务是进行手动可重组和自动可重组两种模块化机器人控制系统的设计，根据模块化机器人的机构特点以及它对控制系统性能的要求，结合传统主从、分布式控制系统的优点，建立“模块化分布式控制系统”的系统模型，并以此为基础结合两种机器人各自的特点进行控制系统的设计。 在模块化手动可重组机器人控制系统的设计中，以单片机为模块控制器，采用RS-232进行各模块间的通信，并选用航模舵机作为运动执行器件。最后手动可重组机器人的成功实现以及表现出的性能证明了模块化分布式控制系统在模块化机器人应用中的优越性。在模块化自动可重组机器人控制系统的设计中，以高性能的DSP控制器为核心构建模块控制系统，并采用CAN总线构建系统通信网络，机器人模块的运动执行器件选用高输出效率比的无刷直流电动机。 模块化机器人控制系统的设计和模块化手动可重组机器人的成功实现为模块化机器人的进一步研究拓展了思路，也积累了宝贵的经验。
刘磊[6]2010年在《模块化运动链及移动机器人的研究》文中提出模块化设计思想由于诸多的优点被应用到了社会生活的方方面面。平面闭链机构自由度少,刚性大,也在机械行业中被广泛运用。本文研究对象为运动链及基于运动链的移动机器人,结合模块化设计、机构学、机器人学的思想力求在运动链运动方式及运动链重组上有所创新。首先,通过对四杆机构的理论研究,提出了运动链滚动的一般条件。通过运动链型综合,得出可滚动的运动链,并通过计算机仿真软件实现滚动仿真并验证。其次,利用模块化的思想,引入层设计的理论,设计运动链杆件结构完成运动链的拼接,并设计制造实现滚动所需要的动力模块。根据动力模块的驱动方式设计了多路舵机控制板,并定义了舵机控制库函数。再次,利用已设计好的模块,制作平面瓦特链滚动机构,验证了理论的正确性。并实现了由主动模块拼接而成的六杆机构的滚动及越障实验。最后,将平面闭链向平面开链扩展,得出多种运动形式：(1)足式运动；(2)波形运动,包括竖直平面内的行波运动及水平面内的蜿蜒运动。这大大丰富了模块的应用范围。实验结果表明,以上提出的模块化运动链具有较高的通用性,组建的滚动机器人控制简单,成本较低,为进一步的研究打下了基础。本文将为更复杂的运动链模块化设计提供理论基础。
唐见兵[7]2003年在《模块化可重组机器人运动规划方法研究》文中认为运动规划是模块化可重组机器人研究的关键技术之一，规划得合理与否，将直接影响到该机器人的运动性能。 模块化可重组机器人能够适用多种环境，呈现多种用途，最主要的原因就是它能组成不同的构形。本文所介绍的模块化可重组机器人能组成叁种构形，即蛇形、履带形和四足形。因而它能实现叁种运动模式，即蛇形蠕动、履带形滚动和四足步行运动。 本文对模块化可重组机器人实现的叁种运动模式进行分析，并对其进行运动规划。由于叁种运动模式不同，采用的规划方法也不一样，但都考虑节省能量这一想法。对于机器人蛇形蠕动，它的运动模型类似于正弦波的传播，具有规律性、重复性和周期性。因此，只要规划出一个周期内，不同时刻各个关节的转角就可以了。对于机器人履带形滚动，它的运动模型类似于坦克行进时，履带所作的运动，它的运动同样具有规律性、重复性和周期性。因而，它们二者的规划方法相似。 本文重点对模块化可重组机器人四足步行运动进行规划，采用基于运动学计算的规划方法。先对它进行正向运动学分析，求得每条腿的运动学方程。接着运用逆运动学对这些方程求解，得到各运动关节的转角。然后对机器人进行稳定性分析，看是否满足稳定步行的要求。 最后，为了检验四足步行运动这种规划方法的可行性，本文对其步行运动过程进行了仿真，仿真结果表明所采用的规划方法是行之有效的。文中还对叁种运动模式做了实验，实验的结果表明这套规划方法是合理的。
刘丕军[8]2012年在《模块化自重构机器人自动对接及分布式协调控制研究》文中提出模块化自重构机器人是由一些具有相同于运动和感知能力的模块连接组成的复杂系统，通过模块的简单的感知能力实现对环境的识别，通过模块有限的运动能力完成整体构型的运动与重构过程，进而实现适应复杂环境下多变的工作任务。自动对接是自重构机器人研究领域中的一个重点，它是自重构机器人构型变换、自修复及鲁棒性研究中的关键环节，具有很强的实用研究价值；此外如何解决对接或重构变换、自修复等过程所形成新生构型的适应性运动也是自重构机器人运动控制中的一项重要的研究内容。本文将重点研究UBot自重构机器人的自动对接及构型运动协调控制。由于Ubot自重构机器人系统中的主被动模块并不具备环境的感知能力，为此我们研制一种与UBot机器人相兼容且集成多种传感器的传感模块以增强自重构机器人与外界环境交互的能力。为完成运动模块组与目标模块的准确对接，提出了一种分步定位方法：基于视觉的预定位及基于均布线性霍尔传感器的精确定位，经两步定位实现允差范围内运动模块组与目标模块的相对位姿调整。提出一种基于激励脉冲的分布式运动协调控制算法，通过激励脉冲信号在构型中的传播，实现构型中组成模块之间的局部拓扑连接状态识别，模块的功能角色判断，最后根据连接状态映射关节动作，生成构型整体协调运动。该算法具有动态适应性、尺度扩展性及异步性等特点，可以很好的适应构型拓扑形式和组成模块数量的变化，有效解决了具有一定构型特征新生构型的适应性运动生成。最后，建立起UBot自重构机器人自动接的实验系统，通过底层硬件程序及Matlab环境下上位机程序的编写，实现自动对接的控制过程，证明了方法的有效性；通过蠕虫构型的适应性运动生成验证了分布式协调控算法的可行性。最后，对模块组自动对接和由对接产生的带有传感模块蠕虫构型协调运动生成的整个过程在SPL环境下进行了仿真。
雷营林[9]2014年在《自重构模块化机器人：M~2SBot结构设计与研究》文中指出本文首先提出了一款具有自主移动式的自重构模块化机器人单元模块——M2SBot，它属于叁维同构链式的自重构模块化机器人，具有类似正立方体的结构外形，其结构简单、对称，单元模块质心分布在接近几何中心处，一个关节自由度，两个驱动轮自由度，四个可供连接的表面，丰富的传感器单元和独特的机械式连接机构。单元模块不仅可以独立完成一些越障，侦查，救援等任务，而且与其他大多数自重构模块化机器人一样具有重构成多种常见构型的能力。其次，对提出的单元模块进行了运动学和动力学分析。在运动学分析中，对单元模块进行了运动学建模。分析了其常见的运动形式：直线运动、转弯运动和自旋转运动，并且对自旋转运动进行了基于Adams的运动学仿真分析，证实了其绕质心具有零半径的转弯能力。在动力学分析中，对单元模块的台阶越障和斜坡越障进行了动力学建模和基于Adams的越障仿真分析。接下来，对单元模块连接机构结构进行了详细论述，本文提出了一套基于两个直齿齿轮啮合传动的周向均布4个正弦加速度槽凸轮式插销结构的连接机构。该连接机构由阴性连接器和阳性连接器两部分组成。通过实物样机的对接实验验证了结构设计的合理性、可靠性和实用性，通过承载能力实验验证了该连接机构具有较好的连接强度。最后，对模块之间的自动对接方法进行了初步研究，提出了基于能量函数最小法的位置纠偏策略，规划出了一套完成自动对接任务的实现方案，并对多个模块组合构型进行了简单介绍。
韩啸宇[10]2018年在《面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究》文中研究表明近年来,随着工业机器人的发展,利用冲压机器人代替人工完成上下料以及搬运的工作可以降低人力成本,提高工作节拍与生产效率。目前,冲压机器人作为冲压生产中关键的一环,已经越来越受到学者们的关注。但是,目前使用的冲压机器人大多是根据工作环境特制的,不可更改结构的形式,当生产方式发生大的变化时,就需要换掉现有的机器人,造成生产成本的增加。而个性化和行业竞争的日趋激烈,多类型、小批量的生产方式更加加剧这一趋势。针对此状况,本文设计了一种可广泛适用于中小型冲压自动化生产线的可重构冲压机器人,该机器人可以根据企业需求重组成不同构型及自由度的机器人,有利于企业面对多样化需求的设备改型和升级。主要研究工作如下:一,对中小型冲压生产线上常用的机器人进行分析,基于模块化设计的原则和方法,对可重构冲压机器人进行模块化设计,将机器人划分为旋转机构、推进机构、辅助机构、执行机构四个模块,各个模块留有与其他模块相连接的接口,改变模块的尺寸,就能够得到一系列的模块,同系列模块能够相互连接,构成不同构型及自由度的机器人,以4-DOF冲压机器人为例,对机器人的构型空间进行了讨论。二,对机器人运动学进行研究。基于指数乘积公式,对各模块建立变换矩阵,将变换矩阵按模块装配顺序依次相乘,即可得到机器人的正运动学公式。以一种4-DOF冲压机器人为例,根据D-H法验证了正运动学公式。利用数值法推导了逆运动学迭代公式,并利用Creo进行运动仿真,输出运动轨迹,验证了逆运动学公式。叁,对机器人进行了精度分析。首先分析了静态因素对机器人执行机构位姿误差的影响,建立了机器人执行机构静态位姿误差模型,分析了各个静态因素对执行机构位姿误差的影响程度,其次分析了杆件柔性变形导致机器人执行机构产生的动态位姿误差,建立了机器人执行机构动态位姿误差模型,最后分析了综合静态、动态因素对执行机构位姿误差的影响,建立机器人执行机构的综合位姿误差模型。四,通过摄动补偿法对机器人执行机构的综合位置误差进行补偿,根据机器人上下料作业的特点,设计了一种柔性旋转关节,当执行机构受到接触力和接触力矩的影响时,该关节可以产生一个小的转动,使得执行机构在下料时自动完成姿态补偿。
参考文献：
[1]. 模块化可重组机器人结构设计及自动对接的初步研究[D]. 邹凌云. 国防科学技术大学. 2003
[2]. 模块化可重组机器人自动对接技术研究[D]. 马建军. 国防科学技术大学. 2004
[3]. 模块化可重组机器人分布式控制系统设计[D]. 李晓斌. 国防科学技术大学. 2004
[4]. 模块化自重构机器人自动对接与重构规划研究[D]. 邓建平. 国防科学技术大学. 2005
[5]. 模块化可重组机器人运动控制系统设计[D]. 沈金祥. 国防科学技术大学. 2003
[6]. 模块化运动链及移动机器人的研究[D]. 刘磊. 北京交通大学. 2010
[7]. 模块化可重组机器人运动规划方法研究[D]. 唐见兵. 国防科学技术大学. 2003
[8]. 模块化自重构机器人自动对接及分布式协调控制研究[D]. 刘丕军. 哈尔滨工业大学. 2012
[9]. 自重构模块化机器人：M~2SBot结构设计与研究[D]. 雷营林. 天津理工大学. 2014
[10]. 面向冲压生产线的可重构冲压机器人设计与研究[D]. 韩啸宇. 陕西科技大学. 2018