一種具有增強(qiáng)單體運(yùn)動(dòng)能力的模塊化自重構(gòu)機(jī)器人.pdf

1、模塊化自重構(gòu)機(jī)器人是由多個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模塊相互對(duì)接組成，這些模塊通常具有一定的運(yùn)動(dòng)和感知能力，模塊間可以相互對(duì)接、分離和通信。模塊化自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)任務(wù)和環(huán)境的不同快速組裝成不同的機(jī)器人聯(lián)體，同時(shí)在執(zhí)行任務(wù)的過程中也可以通過模塊間的對(duì)接和分離改變模塊化自重構(gòu)機(jī)器人聯(lián)體的構(gòu)型，使之能更穩(wěn)定地穿越崎嶇地形和更有效地完成任務(wù)。在模塊化自重構(gòu)機(jī)器人組裝的過程中，機(jī)器人單體的運(yùn)動(dòng)能力決定了模塊組裝的效率，同時(shí)在進(jìn)行分布式探測(cè)任務(wù)時(shí)，單體的運(yùn)

2、動(dòng)能力也決定了系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的大小。因此，提高模塊化機(jī)器人單體的運(yùn)動(dòng)能力對(duì)于增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)型的自組裝和自拆分能力以及拓寬模塊化自重構(gòu)機(jī)器人的應(yīng)用范圍都有重要的意義。
　　本文設(shè)計(jì)的模塊化自重構(gòu)機(jī)器人單體樣機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，具有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)能力。機(jī)器人單體為六面體結(jié)構(gòu)，大小為160mm×140mm×60mm，重約405g，包含機(jī)身、俯仰關(guān)節(jié)、對(duì)接裝置和運(yùn)動(dòng)輪裝置四個(gè)部分。機(jī)器人單體的三個(gè)運(yùn)動(dòng)輪均采用單排全向輪設(shè)計(jì)，它們與機(jī)身固定且呈正三角形

3、分布，增強(qiáng)了機(jī)器人單體的靈活性;俯仰關(guān)節(jié)通過舵盤和軸承與機(jī)身連接;一個(gè)主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)安裝在俯仰關(guān)節(jié)前端，五個(gè)被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)分布于機(jī)身六面體的被動(dòng)對(duì)接面。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人單體上下結(jié)構(gòu)對(duì)稱，翻覆后機(jī)器人依然能正常工作。機(jī)器人控制系統(tǒng)由機(jī)器人控制板、無線通信模塊、網(wǎng)關(guān)和上位機(jī)組成。機(jī)器人通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)通信，網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)通過串口通信。機(jī)器人控制板完成機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集等任務(wù);網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)和無線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換;上位機(jī)實(shí)

4、現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。
　　本文最后部分對(duì)機(jī)器人單體、聯(lián)體進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和相關(guān)性能的測(cè)試，主要有:利用ADAMS對(duì)單體的基本輪式運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真;測(cè)試機(jī)器人單體樣機(jī)自轉(zhuǎn)和直線的運(yùn)動(dòng)特性，單體可實(shí)現(xiàn)360°正反自轉(zhuǎn)，機(jī)器人單體最大直線速度為25.1cm/s;比較本文設(shè)計(jì)的模塊化自重構(gòu)機(jī)器人單體和其他模塊化自重構(gòu)機(jī)器人單體的運(yùn)動(dòng)性能，驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)輪裝置設(shè)計(jì)的有效性;在俯仰關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)部分完成了對(duì)舵機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控;對(duì)接裝置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了對(duì)接裝置