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水下自重构机器人工程样机

庄广胶  
【摘要】:模块化自重构机器人(Modular Self-Reconfigurable robot简称MSR机器人)是一种全新的机器人概念,它由若干个功能相似或者完全相同的模块构成,这些模块可以根据机器人工作的外部环境或者工作任务的不同来自主的改变自身的拓补构型,通过不断改变的空间状态结构来最好地完成工作。模块化自重构机器人由若干相同的模块组成,一旦自重构机器人系统中某个模块出现故障,系统检测该模块在整个自重构机器人系统中的位置,由系统中的其他备用或者冗余模块通过构型变换替代该模块继续工作,以其具备的自修复能力提高了模块化自重构机器人的可靠性。 水下模块化自重构机器人隶属于模块化自重构机器人,是特种的模块化自重构机器人,继承了模块化自重构机器人的大部分优点。水下环境充满了未知性,通过对自身工作环境的分析,水下模块化自重构机器人会自动的变换为一种合适的构型来执行其它ROV、AUV以及其它水下机器人或潜水器不能完成的任务。 由于水下自重构机器人由若干功能完全相同的模块构成,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。因此非常适合复杂未知的以及非结构环境的海底探测等,具有广阔的应用前景和重大的研究意义。 自重构机器人最根本的特点体现在其分散的总体系统结构,这种特点使自重构系统具有与常规潜水器明显不同的总体技术体系。对于水下自重构机器人工程样机,必须从环境适应性和应用有效性角度出发,研究其总体技术。本文立足于水下自重构机器人工程样机U-TRAN(Underwater Transformers)的设计目标,详细讨论了U-TRAN机器人总体方案的确定。文章的相关章节分别给出了U-TRAN的各个关键技术的分析、设计,重点讲述如何在水下实现构型转换,研究了对接过程、对接卡爪的设计、浮力调节机构的设计、水下湿插拔连接以及光电导引技术,最后通过实验的方式验证了方案的可行性和有效性。


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