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《天津理工大学》 2015年
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M~2SBot自重构模块机器人的自主重构与对接策略研究

张月  
【摘要】:自重构模块机器人由多个标准模块组成,通过改变模块间的连接关系实现不同的构型,从而适应不同的环境和任务。在自重构模块机器人的研究方向上,连接机构设计、重构规划及模块间自主对接均为关键研究领域,因此本文针对上述三个领域进行研究与分析。文章介绍了一种新型的移动串联式的自重构模块机器人。此外设计了一种新型的机械式连接机构,介绍了该机构的连接特点,并对其对接允许误差进行分析,为之后的自主对接提供判断依据。针对自重构模块机器人的重构规划研究,提出了一种能完整描述机器人整体空间结构的拓扑描述——空间连接矩阵SCM,将机器人构型中任意两个相邻模块间的连接状态和各模块的内架转角信息结合起来,全面的表达了机器人的空间结构。机器人可通过SCM矩阵自动识别整个构型中包含的运动支链并生成各支链运动学方程,为重构规划提供判断依据。根据单元模块的运动特点和模块间的连接限制提出了一种无编号的分布式重构策略,去除初始和目标构型中的共有结构,提高了重构的效率。针对机器人模块间的自主对接研究,文章提出了三维空间对接算法,将基于罗德里格矩阵的公共点法与基于能量函数的爬山算法相结合来调整对接过程中的运动误差,从而实现模块间的自主对接。该算法求偏移量时至少3组传感器收到信号,扩大了偏移角的搜索范围。同时文章还分析了模块相距较远时的对接策略,并在仿真中验证了对接算法及策略的有效性。最后,在一种初始构型向目标构型转换的仿真中,分别对过程中的重构规划以及自主对接进行分析,进一步验证了重构策略与对接策略的适用性。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP242.6

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【参考文献】
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