可重構(gòu)模塊化機(jī)器人通用接口研究.pdf

1、隨著機(jī)器人應(yīng)用的發(fā)展，在多任務(wù)和復(fù)雜環(huán)境下，為單一任務(wù)而設(shè)計(jì)的具有單一結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)機(jī)器人難以發(fā)揮其作用，可重構(gòu)模塊化機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它是當(dāng)前機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)前沿分支?？芍貥?gòu)模塊化機(jī)器人是由各種獨(dú)立的具有相同或不同結(jié)構(gòu)和性能特征的可互換的關(guān)節(jié)模塊和連接模塊組成，能夠根據(jù)作業(yè)的需要裝配成不同的機(jī)器人構(gòu)型?？芍貥?gòu)模塊化機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、軍事以及救援探險(xiǎn)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 可重構(gòu)模塊機(jī)器人設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于：使得功能各異、結(jié)

2、構(gòu)不同和任務(wù)多樣的模塊機(jī)器人能夠整合為一個(gè)整體，能夠快速拆裝、互換裝配、柔性組合、互相通訊、協(xié)調(diào)控制，達(dá)到即插即用的效果。本文就可重構(gòu)模塊化機(jī)器人以及通用接口技術(shù)作了初步的研究。 機(jī)器人模塊的設(shè)計(jì)是研究的重點(diǎn)，很大程度決定了機(jī)器人系統(tǒng)的性能，而可重構(gòu)模塊化機(jī)器人通用接口的研究和設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的均一陣列式機(jī)器人模塊的連接機(jī)構(gòu)大都采用了銷(xiāo)孔式連接方式。這種連接方式在分離操作時(shí)需要額外的分離空間，模塊不能夠在間隙比較小甚至沒(méi)有間隙的

3、情況下分開(kāi)，限制了模塊運(yùn)動(dòng)的靈活性。而采用電磁鐵加上形狀記憶合金(SMA)的連接方式增加了機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。我們?cè)O(shè)計(jì)的帶有機(jī)械連接鉤子的連接機(jī)構(gòu)兼有上述兩種連接方式的優(yōu)點(diǎn)，又能克服它們的缺點(diǎn)，能夠快速、靈活、穩(wěn)固的連接兩個(gè)模塊，同時(shí)節(jié)省了能量和空間。 為此，本文提出了一種新型的陣列式機(jī)器人模塊結(jié)構(gòu)，模塊單元具有的單轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，該模塊兼具陣列式和串聯(lián)式機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，通用性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易。設(shè)計(jì)了一種平面連接機(jī)構(gòu)和電

4、氣連接部件；建立了集中式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合分布式通訊方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人構(gòu)形信息的自動(dòng)采集。分別介紹了模塊單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)以及基于CAN總線的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 分析了機(jī)器人控制系統(tǒng)功能和要求，在此基礎(chǔ)上提出控制系統(tǒng)總體構(gòu)建；根據(jù)可重構(gòu)模塊化機(jī)器人設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，提出模塊子系統(tǒng)構(gòu)建的方案，并給出詳細(xì)的軟件流程圖。 最后，構(gòu)建了基于OpenGL技術(shù)和VC++開(kāi)發(fā)平臺(tái)的機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，仿真機(jī)器人構(gòu)形和運(yùn)動(dòng)