模塊化自重構(gòu)機(jī)器人HIT-MSRⅡ的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、模塊化自重構(gòu)機(jī)器人能夠利用模塊之間的連接性和互換性，以及模塊傳感器感知到的周圍環(huán)境信息，通過大量模塊之間的相互操作和運(yùn)動(dòng)來改變整體構(gòu)型，擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)形式，完成多種運(yùn)動(dòng)及操作任務(wù)，體現(xiàn)了優(yōu)良的任務(wù)適應(yīng)性、可靠性、擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性。
　　本文首先提出并研制了一種新型的正立方體類均一陣列式模塊結(jié)構(gòu)，根據(jù)模塊中連接機(jī)構(gòu)的不同分為主動(dòng)模塊和被動(dòng)模塊兩種。每個(gè)模塊具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和四個(gè)相同的連接面。設(shè)計(jì)了一種由SMA驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式連接機(jī)構(gòu)；在

2、主動(dòng)模塊和被動(dòng)模塊上分別使用了固定式觸點(diǎn)和彈簧觸點(diǎn)作為線路連接部件。該設(shè)計(jì)方案兼具陣列式和串聯(lián)式機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，不但擴(kuò)大了模塊的通用性，提高了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性，而且模塊體積小、重量輕、連接可靠。
　　然后，進(jìn)行了模塊化自重構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)由上位機(jī)、中繼單元和模塊單元構(gòu)成。上位機(jī)和中繼單元之間采用串行口通信，中繼單元和模塊單元之間采用無線網(wǎng)路進(jìn)行通信。以PIC16F877A單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了中繼單元和模塊單元控制

3、電路；詳細(xì)分析了無線通信模塊的工作原理、控制方式，并計(jì)算了無線模塊的通信距離；在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了包括上位機(jī)、中繼單元和模塊單元在內(nèi)的軟件系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠很好地完成集中式和分布式相結(jié)合的控制任務(wù)。
　　最后，通過對(duì)三維自重構(gòu)機(jī)器人模塊、模塊周圍環(huán)境和模塊運(yùn)動(dòng)規(guī)則的描述，建立了機(jī)器人模塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)則庫，提出了一種對(duì)三維自重構(gòu)機(jī)器人的重構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃的啟發(fā)式搜索和有限范圍搜索結(jié)合的搜索算法。仿真結(jié)果表明，該算法能夠針對(duì)任意給定的初始