可重構模塊化機器人通用接口研究.pdf

1、隨著機器人應用的發(fā)展，在多任務和復雜環(huán)境下，為單一任務而設計的具有單一結構的傳統(tǒng)機器人難以發(fā)揮其作用，可重構模塊化機器人應運而生，它是當前機器人發(fā)展的一個前沿分支。可重構模塊化機器人是由各種獨立的具有相同或不同結構和性能特征的可互換的關節(jié)模塊和連接模塊組成，能夠根據作業(yè)的需要裝配成不同的機器人構型?？芍貥嬆K化機器人在工業(yè)生產、航空航天、軍事以及救援探險等領域有著廣闊的應用前景。 可重構模塊機器人設計的難點在于：使得功能各異、結

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

3、情況下分開，限制了模塊運動的靈活性。而采用電磁鐵加上形狀記憶合金(SMA)的連接方式增加了機械和電氣結構的復雜性。我們設計的帶有機械連接鉤子的連接機構兼有上述兩種連接方式的優(yōu)點，又能克服它們的缺點，能夠快速、靈活、穩(wěn)固的連接兩個模塊，同時節(jié)省了能量和空間。 為此，本文提出了一種新型的陣列式機器人模塊結構，模塊單元具有的單轉動自由度，該模塊兼具陣列式和串聯(lián)式機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，通用性高，結構簡單，控制容易。設計了一種平面連接機構和電

4、氣連接部件；建立了集中式控制系統(tǒng)結構，結合分布式通訊方式實現了機器人構形信息的自動采集。分別介紹了模塊單元的機械結構設計、驅動機構、連接機構以及基于CAN總線的控制系統(tǒng)結構。 分析了機器人控制系統(tǒng)功能和要求，在此基礎上提出控制系統(tǒng)總體構建；根據可重構模塊化機器人設計的特點和要求，提出模塊子系統(tǒng)構建的方案，并給出詳細的軟件流程圖。 最后，構建了基于OpenGL技術和VC++開發(fā)平臺的機器人仿真實驗系統(tǒng)，仿真機器人構形和運動