模块化弹复性机器人原型设计及其自主对接技术实现
发布时间：2021-06-30 12:57
机器人的弹复性是受生物自修复行为的启发而来。弹复性机器人是指机器人在系统发生部分故障而丧失功能时,能够通过自身改变来恢复原有的功能。机器人的弹复性能够提高机器人系统的生存能力。本课题旨在研究一种模块化的弹复性机器人系统,主要研究内容包括:（1）研发了一种双方块式的弹复性机器人模块Rebot。Rebot模块由一个公方块,一个母方块和一个连杆组成。公方块能够与其他模块的母方块通过一种钩式对接装置进行对接。Rebot模块还设有一种齿合式离合器,使机器人具有欠驱动,被动关节和被动连杆等特性。此外,还设计了 Rebot模块的驱动系统,控制系统和通讯系统。（2）研究了 Rebot模块组成机器人系统的正运动学和逆运动学。通过D-H参数法建立机器人模型,分别对模型进行正运动和逆运动分析。并使用MATLAB中的Robotic Tool Box对机器人系统的正运动学和逆运动学进行求解以及轨迹生成。（3）分析机器人通过自主对接方法实现自修复的方法。提出一种降维策略,使机器人借助环境帮助将三维空间的对接转换成二维平面内的对接。此外,还提出一种新颖的模块化机器人自主对接方案。该方法采用了基于目标检测算法对接目标...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１弹复性机器人修复策略：（Ａ）正常状态；（Ｂ）系统受损；（ｃ）修复方法一；（Ｃ２）修复方法二；（Ｃ３）??修复方法三??
６］。该机器人被构造成有四支大腿，四支小??腿和一个主体，如图１－１所示。机器人四条腿可以冗余的向前移动。当机器人的一只腿发??生故障之后，机器人便会进入自重构状态，一开始，机器人会随机的选择一种运动方式继??续爬行，并持续不断的改变运动方式，直到找到一种高效的爬行方法，从而实现弹复性。??Ｓｅｉｆ－Ｍｏｄｅｌ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｏｒｙ?＾ｔｉｏｎ?ｓ＾ｉｔｈｅｓｉｓ??８?ｃ??Ｆ?‘??Ａ＊?ｆ?Ｔａｒｇｅｔ?Ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ＼??图２．１弹复性四足机器人??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ?ｑｕａｄｒｕｐｅｄ?ｒｏｂｏｔ??Ａｎｔｏｉｎｅ?Ｃｕｌｌｙ和他的团体研发了一种基于强化学习的弹复性机器人［７］。科学家们为这??款机器人设计了一种智能算法，可以进行三维空间的地图的创建，同时，该机器人还配有??一个不同行走方式的数据库。当机器人的腿部发生故障时，机器人便会根据目前自身状态??从动作库中搜索一种运动方式来实现移动，即搜寻一种修复方案来恢复移动的功能。该机??器人采用一种智能试错法进行修复策略的搜索，这种智能试错方法使机器人在受损时，能??
机器人与论文［６］中所提出的机器人??的恢复方式类似。两者都是基于剩余的系统，通过改变运动方式，来恢复原有的功能，只??是两者搜寻新动作的策略不同。这种弹复性策略都可以归属于弹复性机器人三种恢复策略??中的第一种，即改变机器人的工作原理。??Ｇｏａｌ：?Ｆａｓｔ，?ｓｔｒａｉｇｈｔ?ｗａｌｋｉｎｇ??ｆ?Ｓｅｃｏｎｄ?ｔｒｉａｌ?．．．．＊？？＇＊＊＊??????Ｌｅａｒｎｉｎｇ?ｇｕｉｄｅｄ?ｂｙ?ｓｅｉｆ－ｋｍｗｌｅｄｇｅ?Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ?ｂｅｈａｖｉｏｕｒ??图２．２机器人智能试错算法??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｒｉａｌ?ａｎｄ?ｅｒｒｏｒ?ａｌｇｏｒｉｔｈｍ??加拿大章文俊教授和他的团体研发过一系列的弹复性机器人［ｉ’２‘％与上述所提到的两??种弹复性机器人不同的是，这种机器人是基于模块化的结构和欠驱动特性实现机器人的弹??复性。即能够通过弹复性机器人三种恢复策略中的第一种和第二种来实现机器人的自修复。??由该团队张坛等人设计的机器人Ｒ－Ｒ〇ｂｏｔ［５］如图２．３所示，该机器人由多个相同的模块组成，??每个模块上都有一个对接装置，该对接装置能够将两个模块链接成一体，也能将两个连接??的模块进行分离。当机器人的腿部发生故障时，机器人便会尝试将手臂上的模块连接到腿??部上，从而恢复机器人腿部的功能。??藝ｉ??图２．３?Ｒ－Ｒｏｂｏｔ的自修复过程??Ｆｉｇ．?２．３?Ｒ－Ｒｏｂｏｔ?ｓｅｌｆ－ｒｅｐａｉｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]《机器学习》[J]. 周志华. 航空港. 2018(02)
[2]一种利用标定板的机械臂DH参数标定方法[J]. 杨源,曹彤,刘达. 机械传动. 2017(06)
[3]基于超声波的自重构移动机器人自主对接方法[J]. 李雄峰,傅华蕾,李大寨,鲁明. 机械与电子. 2010(05)
硕士论文
[1]视频中运动目标检测与跟踪算法研究[D]. 田新.内蒙古大学 2018
[2]弹复性机器人模块设计与自修复动作规划[D]. 袁晨旺.东华大学 2017
[3]图像分类中的卷积神经网络方法研究[D]. 李明威.南京邮电大学 2016
[4]基于红外测距传感器的移动机器人路径规划系统设计[D]. 刘竞阳.东北大学 2012
[5]模块化机器人运动控制系统的研究与设计[D]. 赵伟.武汉科技大学 2007
本文编号：3257784
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１弹复性机器人修复策略：（Ａ）正常状态；（Ｂ）系统受损；（ｃ）修复方法一；（Ｃ２）修复方法二；（Ｃ３）??修复方法三??
６］。该机器人被构造成有四支大腿，四支小??腿和一个主体，如图１－１所示。机器人四条腿可以冗余的向前移动。当机器人的一只腿发??生故障之后，机器人便会进入自重构状态，一开始，机器人会随机的选择一种运动方式继??续爬行，并持续不断的改变运动方式，直到找到一种高效的爬行方法，从而实现弹复性。??Ｓｅｉｆ－Ｍｏｄｅｌ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｏｒｙ?＾ｔｉｏｎ?ｓ＾ｉｔｈｅｓｉｓ??８?ｃ??Ｆ?‘??Ａ＊?ｆ?Ｔａｒｇｅｔ?Ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ＼??图２．１弹复性四足机器人??Ｆｉｇ．?２．１?Ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ?ｑｕａｄｒｕｐｅｄ?ｒｏｂｏｔ??Ａｎｔｏｉｎｅ?Ｃｕｌｌｙ和他的团体研发了一种基于强化学习的弹复性机器人［７］。科学家们为这??款机器人设计了一种智能算法，可以进行三维空间的地图的创建，同时，该机器人还配有??一个不同行走方式的数据库。当机器人的腿部发生故障时，机器人便会根据目前自身状态??从动作库中搜索一种运动方式来实现移动，即搜寻一种修复方案来恢复移动的功能。该机??器人采用一种智能试错法进行修复策略的搜索，这种智能试错方法使机器人在受损时，能??
机器人与论文［６］中所提出的机器人??的恢复方式类似。两者都是基于剩余的系统，通过改变运动方式，来恢复原有的功能，只??是两者搜寻新动作的策略不同。这种弹复性策略都可以归属于弹复性机器人三种恢复策略??中的第一种，即改变机器人的工作原理。??Ｇｏａｌ：?Ｆａｓｔ，?ｓｔｒａｉｇｈｔ?ｗａｌｋｉｎｇ??ｆ?Ｓｅｃｏｎｄ?ｔｒｉａｌ?．．．．＊？？＇＊＊＊??????Ｌｅａｒｎｉｎｇ?ｇｕｉｄｅｄ?ｂｙ?ｓｅｉｆ－ｋｍｗｌｅｄｇｅ?Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ?ｂｅｈａｖｉｏｕｒ??图２．２机器人智能试错算法??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｒｉａｌ?ａｎｄ?ｅｒｒｏｒ?ａｌｇｏｒｉｔｈｍ??加拿大章文俊教授和他的团体研发过一系列的弹复性机器人［ｉ’２‘％与上述所提到的两??种弹复性机器人不同的是，这种机器人是基于模块化的结构和欠驱动特性实现机器人的弹??复性。即能够通过弹复性机器人三种恢复策略中的第一种和第二种来实现机器人的自修复。??由该团队张坛等人设计的机器人Ｒ－Ｒ〇ｂｏｔ［５］如图２．３所示，该机器人由多个相同的模块组成，??每个模块上都有一个对接装置，该对接装置能够将两个模块链接成一体，也能将两个连接??的模块进行分离。当机器人的腿部发生故障时，机器人便会尝试将手臂上的模块连接到腿??部上，从而恢复机器人腿部的功能。??藝ｉ??图２．３?Ｒ－Ｒｏｂｏｔ的自修复过程??Ｆｉｇ．?２．３?Ｒ－Ｒｏｂｏｔ?ｓｅｌｆ－ｒｅｐａｉｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]《机器学习》[J]. 周志华. 航空港. 2018(02)
[2]一种利用标定板的机械臂DH参数标定方法[J]. 杨源,曹彤,刘达. 机械传动. 2017(06)
[3]基于超声波的自重构移动机器人自主对接方法[J]. 李雄峰,傅华蕾,李大寨,鲁明. 机械与电子. 2010(05)
硕士论文
[1]视频中运动目标检测与跟踪算法研究[D]. 田新.内蒙古大学 2018
[2]弹复性机器人模块设计与自修复动作规划[D]. 袁晨旺.东华大学 2017
[3]图像分类中的卷积神经网络方法研究[D]. 李明威.南京邮电大学 2016
[4]基于红外测距传感器的移动机器人路径规划系统设计[D]. 刘竞阳.东北大学 2012
[5]模块化机器人运动控制系统的研究与设计[D]. 赵伟.武汉科技大学 2007
本文编号：3257784
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