文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
模块化自重构机器人结构设计及自变形方法的研究
姓名:夏振兴
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:费燕琼
20070210
上海交通大学硕士学位论文摘要
模块化自重构机器人结构设计及自变形方法的研究
摘要
模块化自重构机器人是一种由许多智能模块组成的多机器人系
统。它利用模块之间的相互运动来改变自身的结构形状以适应不同
的工作环境,能胜任普通机器人无法完成的任务。其涉及的科学领
域广泛,具有很高的理论研究价值和广阔的应用前景。
本文首先提出并研制了一种新型的三维阵列式同构自重构机器
人,其基本模块外形为立方体,在它的 6 个面上对称的安装了圆盘
形的对接面,模块内部利用全齿轮的传动方式实现了 6 个连接面的
自由转动,每个连接面上都安装了一套轴孔锁定装置用来实现相邻
模块的对接。整个模块结构简单,紧凑,易于控制。
然后对该自重构机器人的对接过程进行了研究,分析了两个连
接面在对接时可能存在的位姿偏差问题,利用空间几何的原理将此
偏差通过易于测得的距离量来表示,并设计了一套红外测距系统采
集此距离量,从而最终得出两连接面之间的位姿误差量,将其反馈
给电机进行补偿后,便可实现连接面的完全对中。
模块化自重构机器人利用模块之间的相互对接和分离能够实现
许多不同的静态构型。为了区别这些不同的构型,本文结合图论的
相关知识提出了用特征向量矩阵来描述系统构型以及单个模块状态
的方法。在此基础上对模块的基本运动形式进行了分类以及归纳整
I
上海交通大学硕士学位论文摘要
理,为研究自重构系统的变形算法提供了方便。
最后总结了每个模块在变形运动中每一步能到达的所有可能空
间,并提出了一种用模块的可能运动空间向目标空间逐步填充的变
形算法,同时结合模块运动的特点对此算法进行了优化,并且利用
J AVA 3 D 语言建立了仿真平台,对一个简单的系统的自变形过程进
行了仿真实验。
关键词:模块化自重构机器人,模块对接,特征向量矩阵,运动规
划
II
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
RESEARCH ON STRUCTURE DESIGN AND SELF-
MORPHING METHOD OF THE MODULAR SELF-
RECONFIGURABLE ROBOT
ABSTRACT
Modular Self-Reconfigurable Robot(MSR) is a multi-robot system
posited by many intelligent modules. It can change its geometric
structures plete difficult tasks that cannot be handled by normal
robots in different environment by the motion of its modules. The
research of MSR system has important theory value and vast application
prospect.
At first, we propose and design a novel, three-dimensional, lattice and
homogenous modular self-reconfigurable robot. The basic modular like
cube shape and have a connection plane on every face. It use cone gear to
transmit motions and makes the six planes rotate independently. The
planes of neighboring modules can connect to each other by the axis-hole
locking system on each connection plane.
After research of connecting process, we found the two connection
plane may have post error when they are docking. This error can be
calculated by the distance between two points on each plane. Then we
des