移动式微小型自重构机器人系统研究
【摘要】:
移动式自重构机器人由若干单元机器人组成,各单元独立作业在离散状态时构成分布式机器人系统,所有单元彼此连接为组合状态时构成形状可变的自重构机器人。移动式自重构机器人兼备了分布式机器人移动范围大、作业效率高与自重构机器人构形多样、环境适应能力强的优点,从而可执行固定构形机器人无法完成的复杂任务及操作,特别适用于环境变化较大、任务序列较多的场合,如未知空间探索、灾难搜救、泄漏源检测等,也可应用于教育和服务机器人领域,开展该方面的研究对于拓展机器人的应用背景具有重要的理论及现实意义。
单元机器人的结构对于系统自重构实现以及独立作业时的环境适应能力具有重要影响,于微小型机器人而言,要求其既便于实现相邻单元的自动对接,亦能独自克服较小的障碍。为此,提出并研制了一种新型的变结构移动式微小型单元机器人,利用具有自校正能力的“销—孔”式对接装置提高了系统自重构成功率与容错能力;采用双履带包络结构增强了机体防倾覆性能与地面适应能力;通过控制两个履带模块相对夹角的变化实现变结构机体,增强了单元机器人的越障能力,从而使得单元机器人在外廓尺寸、对接能力、环境适应能力三者间取得良好平衡。
由于移动式自重构机器人的自重构功能(宏观集结与微观对接)建立在实时准确的位置姿态检测基础上,且微小型单元机器人对于体积和功耗有严苛要求,为此进行基于低成本MEMS惯性器件、民用级GPS、机器人光电码盘的微小型机器人组合导航方法研究。结合双履带驱动方式以及系统自重构功能要求,建立微小型单元机器人的系统导航模型,利用扩展卡尔曼滤波算法进行多传感器信息融合,实现了航位推算与绝对位置修正相结合的组合导航,为机器人自重构功能的实现以及作业范围的拓展奠定了基础。
实现离散状态到组合状态的自主、可逆变化过程是移动机器人自重构技术的核心问题,针对“离散→组合”状态变化过程这一难点,进行多移动机器人的动态自重构策略研究。将其有机分解为集结、对齐、对接三个步骤,以时间消耗、能量剩余、系统最优为指导,分别对应提出了基于系统均衡的动态集结优化模型、基于预测追赶的调整对齐算法、基于视觉伺服的自动对接策略。针对系统的高效控制与算法的准确执行,建立基于多智能体系统(MAS)的控制体系,并结合机器人系统的特点构建了基于黑板模型的信息交换与求解方式。
最后,完成变结构单元机器人的系统集成、上位机控制程序及人机界面,建立了移动式自重构微小型机器人实验系统。进行了系统实验规划,对单元机器人及组合机器人的机动性、通过性、导航定位能力进行了验证;对相邻单元机器人的自动对接、多机器人从离散状态到组合状态的自主重构过程进行了实验验证,结果证明了变结构单元机器人设计的合理性,组合导航方法的有效性,以及多移动机器人动态自重构策略的正确性。
|
|
|
|
1 |
罗学明;机器人机构学基础[J];机器人;1985年05期 |
2 |
王楠;;小型工业机器人的设计状况与前景[J];广西轻工业;2008年03期 |
3 |
于殿勇,郑钢铁,孙序梁;蠕动式管内移动机构的一种模型[J];机器人;1994年05期 |
4 |
罗杨宇;李金泉;王健美;杨向东;陈恳;;人机合作机器人重力平衡设计[J];机器人;2006年05期 |
5 |
周学才,谢存禧;机器人理论关节参数的标定方法及软件设计[J];机器人;1991年04期 |
6 |
金万敏;姜剑虹;;机器人系统的KED方程及其求解[J];东南大学学报(自然科学版);1993年02期 |
7 |
王中双,陆念力,徐长顺;机器人机构动力学正问题的回转键合图法[J];中国机械工程;2004年12期 |
8 |
沈孝芹;于复生;张健;;一种砌砖机器人的结构设计[J];机电产品开发与创新;2007年02期 |
9 |
刘达;王田苗;;一种解析和数值相结合的机器人逆解算法[J];北京航空航天大学学报;2007年06期 |
10 |
陈安军,黄学玉;双臂机器人机构运动学分析[J];信阳师范学院学报(自然科学版);1995年02期 |
11 |
于靖军,毕树生,宗光华,刘继钢;全柔性机器人机构结构动力学分析方法研究[J];机械工程学报;2004年08期 |
12 |
杜海涛,褚金奎,渡边克己,郭晓宁;空间七杆机构位置解析与空间六杆机器人机构位置逆解[J];西安理工大学学报;2000年04期 |
13 |
龙宇峰,吕江清;机器人结构参数最优公差及关节最佳运动误差[J];机器人;1989年06期 |
14 |
徐卫良;;机器人精度的概率优化综合[J];东南大学学报(自然科学版);1989年01期 |
15 |
楚中毅;崔晶;孙立宁;孙富春;;双重驱动平面并联机器人的振动控制[J];清华大学学报(自然科学版);2006年01期 |
16 |
庞淑娟;倪受东;;五自由度教学机器人的运动学分析及仿真[J];现代制造工程;2007年06期 |
17 |
王峰;洪津;乔延利;宋志平;;专用偏振成像智能遥感器设计研究[J];传感技术学报;2007年06期 |
18 |
陈安军;马学文;;一类新的冗余度机器人关节运动优化方法[J];机械设计与研究;2007年06期 |
19 |
陈安军;马学文;;基于速度方向可操作度的冗余机器人关节轨迹优化[J];机械传动;2008年02期 |
20 |
徐祯祥,刘荣,衡进,石龙;面向复杂曲面的爬壁机器人机构及运动学分析[J];北京航空航天大学学报;2005年07期 |
|