改进型A^(*)算法的可重构机器人路径规划研究

路径规划是保证可重构机器人快速完成任务的关键技术之一。为提高可重构机器人的行驶效率,缩短行驶路径,首先,提出一种基于Bresenham直线算法思想的改进型A^(*)路径规划算法,实现可重构机器人路径点数消减、拐点消除,提高路径平滑度。在此基础上,考虑可重构机器人本身体积以及机器人可重构的特性,建立可重构机器人构型库,讨论了可重构机器人体积与周围障碍物的关系,减少机器人行走过程中与障碍物的碰撞几率。利用MATLAB仿真平台对改进型A^(*)路径规划算法进行仿真实验,验证了算法的有效性,可应用于复杂环境的机器人路径规划;分析了机器人重构后路径规划问题,利用可重构特性可缩短机器人运行路程,体现了可重构机器人的优越性。

基于改进RRT^(*)算法的可重构机器人路径规划

针对可重构机器人在复杂环境中的路径规划问题,设计了一种基于改进RRT^(*)算法的可重构机器人路径规划方法。首先,针对RRT^(*)算法规划时间过长问题,提出缩小节点采样空间法,并在迭代过程中优化采样区域,避免了资源的浪费。此外,设计了路径点冗余裁剪法,使得可重构机器人路径点数减少,拐点消减,总体规划路径缩短。在此基础上,建立多足可重构机器人的基本运动状态库,能够根据不同的环境改变自身构型来完成路径规划。采用MATLAB软件在障碍物数目和环境不同的状况下进行路径规划仿真实验,实验结果表明改进后的RRT^(*)算法减少了规划时间,缩短了规划路径,验证了算法的有效性。

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等.模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇.本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法.本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.

模块化可重构机器人的构形在线自主辨识

针对模块化可重构机器人(Modular reconfigurable robot,MRR)构形复杂多变的特点,提出一种基于上层数据库和底层接口电路相结合的构形在线自主辨识方法。以所研制的MRR系统样机为研究对象,介绍关节、连杆、基座和夹爪等四类基本功能模块的结构及特殊接口电路设计;考虑多模块组合运动形式的等效性,以及同类型关节模块在输出力/力矩方面的差异,改进MRR构形空间的计算方法。利用图论中树的相关理论,在定义同类构形生成树和同序构形树枝的基础上,建立MRR构形辨识的总体研究模型,包括同类构形生成树辨识、同序构形树枝辨识和边约束条件辨识三个部分。根据模型中各部分的具体辨识对象,通过构建基本功能模块的上层数据库,并结合底层接口电路的特殊设计,实现机器人在无人参与情况下的构形在线自主辨识。以MRR系统样机为试验平台,通过多次构形辨识试验证明该方法的可行性和有效性。

可重构机器人封闭形式的运动学逆解计算

由于可重构机器人构型的多样性,其运动学逆解的自动生成是应用中的关键问题。采用旋量和指数积公式建立可重构机器人的运动学模型,系统地分析了指数积公式的化简方法、子问题的分类和计算方法并加以实现,为可重构机器人封闭形式的运动学逆解提供了一种通用的可分解的计算方法,降低了求解的复杂性。通过一个典型实例验证了算法的有效性与可重用性。

模块化可重构机器人标定方法研究

针对模块化可重构机器人模块级参数标定问题开展相关研究。采用旋量的指数形式对关节模块、连杆模块、模块间装配方位及由关节模块和连杆模块组成的子装配体进行数学描述,分别给出基于模块和子装配体的模块化机器人运动学模型,并对关节模块、连杆模块、子装配体及机械臂进行误差分析。建立子装配体和机械臂间的误差模型,给出一种用子装配体标定的可考虑多个机械臂装配结构信息的联合标定模型及标定流程。建立模块和子装配体间的误差模型,给出一种用于模块参数标定的可考虑多个子装配体装配结构信息的联合标定模型及标定流程。结合两种联合标定模型,提出一种可用于补偿多个模块化机械臂位姿误差的模块参数的两层式迭代标定方法。仿真试验表明标定方法是稳定的,标定结果可有效地实现多个机械臂位姿精度的补偿。

基于多Agent可重构机器人控制方法的研究

根据多 Agent理论中的协商、合作机制和可重构机器人结构的分布性 ,将集中式的机器人控制分配到一组关节 Agent中 ,每个 Agent控制机器人的一个关节 ,使用这种分布式方法 ,得到了一种新的通用机器人控制方法 ,即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制 ,该方法可应用于具有不同构型的机器人系统 ,特别适用于可重构模块化机器人的控制。利用微分运动理论提出了一种新的决策方法 ,便于 Agent之间的合作与协商。

可重构机器人工作空间的自动计算方法

由于可重构机器人的自由度和工作空间可以灵活定制,工作空间的自动计算是设计和校核中的一个重要问题．为此,讨论了基于旋量和Jacobian矩阵计算运动学逆解的通用方法、采用降维搜索和二分法计算工作空间边界点的计算方法以及采用双向链表确定工作空间多连域截面封闭曲线的算法．由此,工作空间的各个截面的形状、面积以及整个工作空间的形状、体积可以方便地确定,算法具有很好的通用性,实现了可重构串联机器人工作空间的自动计算．通过一个典型工业机器人的实例验证了算法的有效性．

一种模块化可重构机器人系统的研制

在教育和科研领域中,为使机器人兼有较好的重构能力与操作性能,研制了一种模块化可重构机器人系统MRRES.提出了一种机器人模块划分及重构的方法,构建出机器人模块库,研制出集成传动、控制及传感于一体的系列化关节模块.基于Open GL和VC++开发了具有建模、仿真和运动控制功能的应用软件MRR-SIM.给出了一个基于任务和模块库的机器人设计实例,进行了实验测试.实验结果表明,MRRES系统模块划分和设计合理,机器人在保证重构能力的同时具有较好的操作性能,可应用于教育和科研等领域.

基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析

由于可重构机器人构型的多样性,其动力学的分析方法要求建模方便,并且具有通用性。基于此,讨论在运动螺旋和力螺旋的基础上采用拉格朗日方程建立机器人动力学方程的方法。采用运动螺旋和力螺旋表示,可以对机器人各杆件建立统一的坐标系,方程可表示成简洁的形式;可方便地实现力/力矩在不同坐标系之间的转换及末端执行器上的力/力矩与各关节力矩之间的转换,适合分析复杂的受力情况。动力学拉格朗日方程为封闭显式状态方程,便于进行构型的设计和校验、运动仿真以及控制系统的分析与综合,适应可重构机器人构型多变的特点。最后给出动力学分析的具体方法和步骤,并对一个典型的可重构机器人构型进行仿真计算。

可重构机器人技术的探讨

本文概述了可重构机器人研究和发展现状 ,对基于多 Agent的可重构机器人的控制方法的研究作了较详细的介绍 ,根据可重构机器人的应用背景 。

一种可重构机器人运动学求解方法

针对可重构机器人没有统一的运动学求解形式问题,提出通过构形平面匹配方法求解可重构机器人的运动学.采用改进形式的D-H建模方法,可自动形成可重构机器人运动学模型;将机器人在目标点的位形分解成若干个构形平面,通过三级构形平面的匹配,可求得具有单一串连形式可重构机器人运动学逆解;对搭建的6自由度机器人和8自由度机器人构形的运动学进行实例仿真.仿真结果表明,采用有限个构形平面匹配方法能够求解出可重构机器人运动学,验证了算法的正确性和实用性.

可重构机器人动力学自动建模研究

针对可重构机器人单元模块结构及对接机构的局限性,提出了一种可移动重构机器人模块单元,该单元具有12种连接方式,设计了一种独特的正弦加速度传动槽与插销组合的对接锁紧机构。针对可重构机器人几何构型参数的不确定性问题,构建双模块空间方位变换表,基于递归牛顿-欧拉方法提出多支链机器人系统的动力学方程自动生成方法,并给出自动生成的算法流程。最后以6个模块组成的双支链构型为例,进行了自动生成动力学方程的计算与仿真分析,验证了该自动建模方法的可行性和有效性。

可重构机器人构形平面的工作空间研究

采用构形平面匹配的方法进行可重构机器人运动学求解时,构形平面的工作空间求解是一个关键问题.为此,提出了一种基于构形平面的工作空间表示方法.首先建立可重构机器人基本模块的运动学模型,根据基本模块的运动学模型按照构形平面划分规则划分可重构机器人工作构形,然后研究典型构形平面的工作空间,找到快速、相对简洁的工作空间表示方法.最后,通过实例进行验证工作空间表示方法的有效性和可行性.

一种新的树型可重构机器人

本文提出一种新的具有树型结构的可重构机器人模型.首先研究了这种树型可重构机器人的模型及结构变化.接着研究了树型机器人的结构表征及运动学、动力学关系,这是研究树型可重构机器人的基础.然后研究了树型可重构机器人结构变化的表征,给出了一个结构变化阵和一个辅助的结构变化阵来表征其结构变化.最后建立了树型可重构机器人的运动学和动力学方程.

可重构机器人研究的现状和展望

介绍了可重构机器人的概念及分类方法 ,总结了可重构机器人的发展和目前国内外对可重构机器人进行研究的现状 ,展望了可重构机器人研究的发展方向 .

新型可重构机器人分布式控制方法的研究

基于可重构机器人的机械、电气、驱动的模块化特点,建立机器人分布式控制系统.提出了分布式控制算法,采用变步距的方法,提高算法的迭代速度和精度;通过微分凑整的方法,解决模块运动抖动问题;提高模块的智能判断力,减少迭代的时间,提高控制的效率.基于算法规划控制的工作过程,最后进行仿真试验,验证可重构机器人分布式控制的实用性和可行性.

可重构机器人模块间装配误差识别方法研究

基于对可重构机器人配对接口间位姿误差的分析划分,研制模块间装配误差在线测量识别接口,建立配对接口位姿误差与接口几何结构偏差之间的关系模型,进而建立配对接口位姿误差与配对接口内部测距传感器测量值之间的映射关系模型,提出一种基于内部测距传感器位移量的模块间装配误差在线识别、补偿方法。为验证方法的正确性,研制单关节-连杆试验平台。试验结果表明装配误差经在线识别、补偿后,连杆末端的位置误差平均值减少7倍多。

可重构机器人技术专利分析

文章从可重构机器人领域的全球专利申请趋势、申请地域、申请人、主要技术构成等角度,对相关专利申请进行分析。分析结果表明,可重构机器人技术已经开始从理论研究阶段,逐步转移到产业应用阶段。中国申请量虽处于领先地位,研究方向涉及多个技术分支,但申请人主要为大专院校,技术市场转化率需要进一步提高。

可重构机器人构形容错性分析及控制的研究

首先对可重构机器人工作构形的容错性进行了研究,以相对可操作度和容错空间作为评价指标,分析了各关节对当前工作构形容错性的影响.在满足任务对构形性能要求下,通过增加较少数量的关节补偿容错性能较差的关节,进而提高工作构形的容错性能.然后对形成的容错构形的控制方法进行研究.最后进行实例仿真,验证构形容错控制方法的可行性和通用性.