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自重构机器人结构设计及其自修复算法的研究

张鑫  
【摘要】: 自重构模块化机器人是一种由若干个具有感知能力和一定智能的基本模块组成的新型机器人。它可以灵活地改变自身的形状,具有基本模块简单、系统结构多样、适应性和鲁棒性强、容错性和自修复等突出优点。因此,可应用于航天探索、深海探测、核电站检测、未知和非结构环境等,具有广阔的应用前景和重大的研究意义。 本文首先设计了三维网格式自重构机器人系统M-Cubes,它的基本模块由中心立方体和分布于立方体六个面上的旋转臂组成。为了对该系统结构进行完善以满足自修复的要求,本文对M-Cubes基本模块进行了受力分析。 然后,本文根据自修复的要求和受力分析的结论,对M-Cubes基本模块的连接机构进行了重新设计。接着,对该新连接机构进行了受力分析,并和原连接机构进行了比较。 自重构机器人能够改变自身的整体构型,本文结合图论提出了一种利用相对坐标系描述自重构机器人系统构型的方法。然后对M-Cubes模块的基本运动规则进行了分析和总结,从而为研究自修复算法打下理论基础。 自重构机器人能检测和分离故障模块,并用备用模块代替,即具有自修复能力。本文提出了一种基于几何特征的分布式自修复算法,它能搜索一种通用的有效运动路径,实现三维自重构机器人的自修复功能。最后利用Java 3D技术对自重构机器人的自修复过程进行了仿真实验。


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