论文摘要
单体机器人作业系统在星球探测等极限作业环境中存在着极大的风险,将机器人模块化、自重构和多机器人协作等概念应用于星球探测、军事侦察和救灾搜寻等领域是当前移动机器人研究的一个重要方向。但目前国内外已提出的重构机器人大部分是通过群体的构形变化来实现特定功能,其各单元模块自身不能独立作业或作业能力有限。本文在两轮并列式移动机构基础上,研究了一种新型具有独立作业能力的,即具有操作模式和运动模式的轮-臂式可重构移动机器人,该机器人具有重要的理论研究意义和实际应用价值。根据机器人所要实现的基本功能和运动,对其总体方案进行了分析,设计了一种新型的两驱动轮式移动机器人。该机器人具有一个4自由度机械臂和一个单自由度手爪,手臂末端与手爪之间装有辅助轮。针对该机器人,以越障性能为目标函数,以操作模式的稳定性和工作模式转换条件为约束,建立了该机器人结构优化设计模型。通过优化计算,确定了单体机器人的结构参数,设计了机器人机械本体,在机器人的手与手爪之间,以及手爪与车体之间设计有组合重构接口。同时以AVR单片机为主控芯片,对控制系统的硬件进行了设计,能够实现车轮与机械手的伺服控制。对单体机器人进行了运动学正、逆问题建模和求解,分别对运动模式和操作模式进行了运动学仿真,验证了模型和求解的正确性;对机器人运动模式和操作模式这两种工作模式的转换和运动模式下的轮臂结合越障运动进行了规划和仿真。研究了一种基于矩阵向量,包含由各子机器人在空间中的位姿、相互之间的关系以及重构状态的多机器人群体构型表达方式。同时,以该表达式为基础,结合机器人性能,建立了任务和构型性能之间匹配的模糊规则集,提出了选择适合任务的最佳构型的方法,并以两个单体机器人的组合重构构型的选择为例,进行了分析。