可重构模块化机器人
可重构模块化机器人
优装配构型完
旋量和
械结构、控制
成指定任务。
指数积
电路、机械与
考虑三个问题
电气的连接接
:构形的表达
口等方面
方法、构形的
评价标准、构
形的优化
有根树状拓
神经网络
扑结构图及
组合理论
遗传算法
系统运动学动
力学研究
系统控制策略、
软件重构研究
• 传统运动学及
动力学求解方
法不适合, 探
索新方法，与
构型无关, 在
化机器人产品
国内可重构模块化机器人研究现状
较高刚度，模
块化与重构思
想不彻底
上海未来伙
伴机器人
较好开放性，精
度、刚度不足，
电缆外走线
上海英集斯
模块化可重构机器人(MRR)特点
一套构件，多种构型，生产快速重组，面向用户，
按需定制
集控制、通信、驱动、传动、感知功能于一体系
统开放，易于修改、重构、添加配置功能
可以通过RS232或高速以太网等方
式数据通信
用分层管理
法任务管理
为便于分布式管理，各模块还需
具备一定单元自治能力，包括基
本通信功能、传感信息反馈功能
等自主管理能力
基于MAS的协同控制问题
动作输出
可直接运行
，对自己行
为有控制能
力
自治性
社会性
可与其他
Agent或人
通信交流
Agent
环境
预动性
Agen
t
工的串联机器
人构型
国外可重构模块化机器人研究现状
早期模块关节方形，有
多个表面可连接，构型
可重构的多自由度模块化机器人设计及问题探讨
可重构的多自由度模块化机器人设计及问题探讨发表时间：2020-05-08T08:40:57.881Z 来源：《科技新时代》2020年2期作者：李飞飞宋洁倪磊[导读] 模块化的设计可提高系统的柔性、可扩展性、可维护性和可交换性，在模块化机器人设计中受到广泛重视［1,2］。
迈赫机器人自动化股份有限公司摘要：可重构的多自由度模块化机器人采用模块化、标准化的关节设计，控制系统采用分布式控制方式。
模块化机器人柔性更好，可重构、柔性高。
模块化结构标准化，各模块能互相替换，组装快捷简便。
关键词：可重构机器人、模块化关节、自主建模。
0引言随着科技的进步，各种新型机器人产品研制成功并应用到实际的场景中去，模块化机器人得到了长足的发展，特别是机器人十三五产业规划的出台，已经将模块化机器人作为一个重点发展领域。
模块化的设计可提高系统的柔性、可扩展性、可维护性和可交换性，在模块化机器人设计中受到广泛重视［1,2］。
可重构模块化机器人系统由一系列不同功能和尺寸特征的、具有一定装配结构的模块以搭积木的方式构成，能构成不同自由度和构型的机器人系统，适用不同的任务需求，模块系统设计和基于模块的构型设计是达到这一目标的关键。
国内外纷纷展开可重构性的模块化机器人研究，卡内基梅隆（Carnegie Mellon）大学的可重构模块化机器臂系统RMMS［3］，转动关节由直流伺服电机加谐波驱动组成，采用快速连接机构进行模块之间的连接。
中国科学院沈阳自动化研究所的刘明尧、李斌等研究了基于多Agent可重构机器人的控制方法［4］，将集中式的机器人控制分配到一组关节Agent中，每个Agent控制机器人的一个关节，即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制。
1模块化机器人设计中的问题1.1模块化机器人运动学、动力学自主快速建模机器人运动学与动力学的模型是实现机器人控制的前提，重构的机器人，其运动学与动力学模型也必须快速重建，才能完成所有的控制任务。
变形金刚般的可重构机器人
变形金刚般的可重构机器人近年来，科学技术飞快发展，各种先进机器人不断涌现。
其中，最近几年备受关注的可重构机器人（reconfigurable robot）越来越引起人们的瞩目。
这种机器人具有变形金刚般的可变形态，在改变自身结构的同时还拥有较强的适应性和智能化程度，其应用范围十分广泛。
本文将从可重构机器人技术的基本概念、应用领域和未来发展等方面展开探讨。
**一、可重构机器人技术的基本概念**可重构机器人是指一种可以改变自身形态和结构，以适应特定环境或任务要求的机器人系统。
其形态可包括机器人的大小、形状、结构等方面，完全可以根据不同应用环境和任务的需要进行灵活的变形。
可重构机器人的核心技术主要有机构和控制两个方面。
机构方面，可重构的机器人需要有可调节的结构和机构，使机器人可以随时完成形态转变。
从机构上来看，可重构机器人常常采用元模块（meta-module）的思想，即将机器人分解为若干个模块化组成部分，组合和排列这些元模块即可实现机器人构形的快速变换。
控制方面，可重构机器人需要完成特定的变形映射，以及适应特定任务的运动规划和控制策略。
这就要求机器人的控制系统具有高度的智能化和适应性，能够根据环境变化和任务要求灵活进行结构和运动控制。
**二、可重构机器人的应用领域**随着机器人技术和人工智能技术的不断发展，可重构机器人越来越多的被应用于不同领域，并取得了一定的成果。
下面介绍几个典型的应用领域。
**1.太空探索**太空探索一直是科学家们十分关注的领域，而可重构机器人则可以为太空活动提供强有力的支持。
在太空探索中，机器人需要在狭小且危险的环境中完成任务，而可重构机器人正是能够适应这种环境的理想选择。
例如，可重构机器人可以根据任务需要调整自身形体，从而完成不同的太空操作。
此外，它还可以配备可重构附属设备，在完成任务的同时还能改变自身的结构，以适应更复杂的太空任务。
**2.救援和灾害应对**灾害和紧急情况经常需要进行救援和清理工作。
可重构机器人系统的设计与实现
可重构机器人系统的设计与实现随着科技的不断发展，人们对于机器人技术的需求也越来越大。
机器人在工业生产、医疗辅助、社区服务、消费市场等领域得到了广泛应用。
然而，机器人的高度特化和低适应性也成为了制约其发展的一个重要因素。
为了解决这个问题，可重构机器人系统应运而生。
可重构机器人系统是一种将机器人控制策略和行为策略分离，同时具有适应性和灵活性的机器人系统。
它能够根据不同任务和环境的需求，通过重新编程或者重组不同的模块，实现自主选择最优的控制策略和行为策略，从而最大化其性能。
一、可重构机器人系统的设计原则1. 分离控制策略和行为策略传统机器人系统的控制策略和行为策略是耦合在一起的，难以适应不同的环境和任务。
可重构机器人系统应该将控制策略和行为策略分离开来，形成多层次、多模型的控制体系结构，从而可以灵活地选择最优的策略。
2. 提高系统的模块化和可扩展性可重构机器人系统应该采用模块化设计和开放式接口，使得各个模块之间的通信和数据交换更加便捷。
同时，该系统应该具有可扩展性，可以根据实际需要添加或删除某些模块，而不会对整体系统造成影响。
3. 实现自主学习和自适应性可重构机器人系统应该具有自主学习和自适应性，可以通过学习和探索环境来改善其性能。
这需要系统具备感知、判断和决策的能力，能够根据环境的变化自主调整控制策略和行为策略，从而提高自身的适应性和灵活性。
二、可重构机器人系统的实现方法1. 基于模块化控制的方法该方法通过将机器人系统分解成多个模块，每个模块负责一个子任务或者一个功能，然后通过各个模块之间的通信和协作来完成整个系统的任务。
这种方法可以提高系统的模块化和可扩展性，但同时也可能造成系统的复杂性和运行效率的降低。
2. 基于行为特征的方法该方法通过将机器人的行为特征分析出来，然后将这些行为特征组合成不同的控制策略和行为策略，从而实现自主选择最优策略的功能。
这种方法可以灵活地适应不同场景和任务的需求，但同时对于行为特征的提取和组合也提出了较高的要求。
可重构模块化机器人系统关键技术研究共3篇
可重构模块化机器人系统关键技术研究共3篇可重构模块化机器人系统关键技术研究1可重构模块化机器人系统关键技术研究机器人技术是当今世界热门研究领域之一。
在工业、医疗、教育、服务等领域中，机器人技术正发挥着越来越重要的作用。
可重构模块化机器人系统是一种新型机器人系统，其具有模块化、可重构和自适应等特点，可以实现机器人的快速配置和灵活性控制。
本文将探讨可重构模块化机器人系统的关键技术及其应用。
一、模块化设计模块化设计是可重构模块化机器人系统的核心技术。
模块化设计实际上是系统工程的一种设计思想，即将整个系统划分为若干模块，通过模块间的接口进行耦合，从而实现系统的快速配置和灵活性控制。
在可重构模块化机器人系统中，模块化设计就是将机器人系统划分为若干功能模块，并通过模块接口进行耦合。
二、模块化控制模块化控制是可重构模块化机器人系统的另一关键技术。
模块化控制实际上是对各功能模块进行控制的过程，通过对控制器的设计和实现，实现各模块之间的交互和协作。
在可重构模块化机器人系统中，模块化控制就是控制器的设计和实现，使各个模块之间具有良好的交互和协作能力。
三、自适应控制自适应控制是可重构模块化机器人系统的另一关键技术。
自适应控制实际上是对系统进行实时控制并对其进行优化的过程，使系统能够自主地调整自身参数和控制策略，从而实现系统的稳定性和性能优化。
在可重构模块化机器人系统中，自适应控制就是通过对模块化系统进行在线监测和优化，使系统具有较高的稳定性和较优的性能。
四、应用研究可重构模块化机器人系统的应用研究正在逐步深入。
在工业领域，可重构模块化机器人系统广泛应用于生产线自动化和智能制造。
在医疗领域，可重构模块化机器人系统被应用于手术机器人和康复机器人。
在服务领域，可重构模块化机器人系统用于智能家居、智能餐厅和智能物流等方面。
可重构模块化机器人系统是机器人技术发展的重要方向之一。
随着人工智能、物联网、大数据和云计算等技术的不断发展和普及，可重构模块化机器人系统将会越来越重要。
可重构机器人手指关节的设计与优化
可重构机器人手指关节的设计与优化近年来，随着机器人技术的不断进步和应用领域的拓展，人们对可重构机器人的需求与日俱增。
可重构机器人具有模块化结构，能够根据任务需求进行灵活组合和调整。
在可重构机器人的构成部件中，手指关节起着至关重要的作用，其设计与优化具有重要的理论和实践意义。
首先，手指关节的设计需要兼顾机械结构和运动控制。
在机械结构方面，传统的手指关节采用单一的驱动方式，如电机驱动或气动驱动。
然而，这种设计存在一些局限性，如电机驱动的手指关节在运动过程中容易出现抖动现象，气动驱动的手指关节受到压力控制的限制。
为了解决这些问题，一种可行的设计方案是采用多关节驱动的机械结构，通过合理配置关节和实现关节之间的协调运动，提高手指关节的稳定性和精确性。
其次，手指关节的优化需要考虑运动学模型和力学性能。
运动学模型是描述手指关节运动规律的数学模型，通过研究手指关节的转动轴、位移和速度等参数，可以实现对手指关节运动的精确控制。
力学性能涉及手指关节的承载能力和抗冲击性能等方面，既要保证手指关节能够承受较大的载荷，又要保证在受到冲击时不易损坏。
为了实现手指关节的优化设计，可以借助仿生学的原理和方法，模拟人体手指的结构和运动特点，从而提高机器人手指关节的性能。
此外，手指关节的设计和优化还需要考虑与人工智能的集成。
当前，人工智能技术在机器人领域得到了广泛应用，能够实现机器人的自主感知、决策和行动能力。
将人工智能技术与机器人手指关节的设计和优化相结合，可以实现更高水平的智能化操作。
例如，通过深度学习算法训练机器人手指关节的运动模式，使其能够自动适应不同的任务需求，并根据实时反馈信息进行调整和改进。
这种智能化设计可以大大提高机器人的生产效率和操作精度。
最后，可重构机器人手指关节的设计与优化还需要考虑工程实施的可行性和经济性。
在实际应用中，手指关节的设计和优化必须考虑到制造成本、维修成本和可持续性等因素。
因此，合理选择材料、采用成熟的制造工艺和优化的控制策略，对于提高手指关节的可靠性和经济性至关重要。
机器人可重构性设计及运动学控制
机器人可重构性设计及运动学控制随着机器人应用的不断扩大，其可重构性设计及运动学控制的研究也越来越受到关注。
机器人的可重构性是指机器人可以通过改变其结构以适应不同的任务和环境。
而运动学控制则是指控制机器人的运动学参数，使机器人能够完成特定的任务。
本文将介绍机器人的可重构性设计及运动学控制的相关研究进展。
一、机器人可重构性设计机器人可重构性设计是指机器人可以通过改变其结构以适应不同的任务和环境。
这种设计可以使机器人具有更大的灵活性和适应性，同时也可以降低机器人的使用成本。
目前，机器人的可重构性设计主要包括以下几种方式：1. 模块化设计模块化设计是指将机器人分成多个模块，每个模块都具有特定的功能，可以通过组合来实现不同的任务。
这种设计可以使机器人的结构更加灵活，同时也可以降低机器人的使用成本。
2. 可变形机器人可变形机器人是指机器人可以通过改变其形态来适应不同的任务和环境。
这种设计可以使机器人具有更大的适应性，同时也可以降低机器人的使用成本。
3. 变换机器人变换机器人是指机器人可以通过改变其结构和形态来适应不同的任务和环境。
这种设计可以使机器人具有更大的灵活性和适应性，同时也可以降低机器人的使用成本。
二、机器人运动学控制机器人运动学控制是指控制机器人的运动学参数，使机器人能够完成特定的任务。
机器人的运动学参数包括位置、速度、加速度和朝向等。
常用的机器人运动学控制方法包括以下几种：1. 逆运动学逆运动学是指通过已知的机器人末端的位置和朝向，来计算机器人各关节的角度。
这种方法适用于一些特定的机器人任务，比如对物体进行精确的定位。
2. 正运动学正运动学是指通过已知机器人各关节的角度，来计算机器人末端的位置和朝向。
这种方法适用于机器人进行自主导航、运动规划等任务。
3. 控制方法控制方法包括PID控制、模型预测控制等。
这些控制方法可以用来控制机器人的运动学参数，使机器人能够完成特定的任务。
三、机器人可重构性设计与运动学控制的应用机器人的可重构性设计和运动学控制可以应用于各种领域，比如机器人制造、航空航天、医疗卫生等。
可重构模块化机器人现状和发展
可重构模块化机器人现状和发展摘要：由于市场垒球化的竞争，机器人的应用范围要求越来越广．而每种机器人的构形仅船适应一定的有限范围，因此机器人的柔性不船满足市场变化的要求．解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统．本文介绍了可重构机器人的发展状况，分析了可重构机器人的研究内容和发展方向．关键词：重构性、机器人、摸块1 引言从理论上来讲，机器人是一种柔性设备，它能通过编程来适应新的工作，然而实际应用中很少使用这种情况．但传统的机器人都是根据特定的应用范围来开发的，虽然对那些任务明确的工业应用来讲，这种机器人已经足够满足实际需要了，然而由于市场全球化的竞争，机器人的应用范围要求越来越广，而每种机器人的构形仅能适应一定的有限范围，因此机器人的柔性不能满足市场变化的要求，解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统，它是由一套具有各种尺寸和性能特征的可交换的模块组成，能够被装配成各种不同构形的机器人，以适应不同的工作．因此可重构机器人系统的研究已引起越来越多的研究者和工业应用的兴趣，本文在分析了可重构模块化机器人的发展状况后提出了今后需要研究的方向。
2 国内外研究状况国外对可重构机器人系统已经进行了大量的研究，目前已经开发的模块化机器人系统或可重构机器人系统主要有两类：一类是动态可重构机器人系统，另一类是静态可重构机器人系统．动态可重构机器人系统有：Pamecha 和Chirikjian～“的构形变化机器人系统（MetamorphicRobotic System）．它是由一套独立的机电模块组成的，每个模块都有连接．脱开及越过相邻模块的功能，每个模块设有动力，但允许动力和信息输入且可通过它输到相邻模块，构形改变是通过每个模块在相邻模块上的移动来实现的，这种系统具有动态自重构的能力．KotayC21]等人提出了分子（Mo[ecu[e）的概念，自重构机器人的模块称为分子，分子是建立自重构机器人的基础，分子和其它分子相连接且分子能够在其它分子上运动形成任意的三维结构，是一种动态的自重构系统．YimE 研究了一种动态可重构移动机器人，不用轮子和履带．而是通过称为多边形杆结构的模块从尾部移到前端，实现重心移动，即机器人的移动，并能通过不同的构形适应不同的环境．Murata一等人提出了一种三维自重构结构．其模块为一种齐次结构且仅一种模块，通过一个模块在另一个模块上的运动来动态的组成各种结构．静态可重构机器人系统有：Benhabih0。
可重构模块化机器人
可重构模块化机器人在当今科技飞速发展的时代，机器人技术的进步可谓日新月异。
其中，可重构模块化机器人作为一个充满创新和潜力的领域，正逐渐引起人们的广泛关注。
什么是可重构模块化机器人呢？简单来说，它是由一系列具有特定功能的模块组成，这些模块可以根据不同的任务需求，像搭积木一样灵活地组合和重构，从而形成具有不同形态和功能的机器人。
想象一下，有一堆形状各异、功能不同的模块，有的可以移动，有的可以抓取物体，有的能够感知环境。
通过巧妙的组合和连接，它们可以瞬间变成一个能够在狭窄空间中穿梭的小型探测机器人；也可以重新组合成一个能够举起重物的大力士机器人；甚至还能变成一个外形酷似动物、能够适应复杂地形的仿生机器人。
这种灵活性和可重构性，正是可重构模块化机器人的魅力所在。
这种机器人的出现，带来了诸多优势。
首先，它具有极高的适应性。
面对各种各样复杂多变的任务环境和需求，传统机器人可能会因为其固定的结构和功能而显得力不从心。
但可重构模块化机器人却能够迅速调整自身的形态和功能，以最佳的方式去完成任务。
比如在灾难救援现场，它可以先以小巧灵活的形态进入废墟中进行探测，找到被困人员后，再重新组合成能够提供支撑和救援的结构。
其次，可重构模块化机器人的维护和升级也变得更加便捷。
由于其模块化的设计，如果某个模块出现故障，只需更换相应的模块即可，而不必对整个机器人进行大修。
而且，当有新的技术和功能出现时，也可以通过添加新的模块来实现机器人的升级，无需淘汰整个旧机型，大大降低了成本。
再者，它还为机器人的研发和创新提供了更广阔的空间。
不同的研究人员和团队可以专注于开发特定功能的模块，然后通过共享和组合这些模块，创造出更多新颖、实用的机器人应用。
然而，要实现可重构模块化机器人的广泛应用，还面临着不少挑战。
首先是模块之间的连接和通信问题。
为了确保机器人在重构过程中各个模块能够稳定、高效地协同工作，需要设计出可靠、快速的连接和通信机制。
这不仅涉及到机械结构的设计，还包括电子电路和软件算法的优化。
可重构模块化机器人正运动学建模
中图分 类号 ：Ｈ１２ 文献 标 识码 ： Ｔ １ Ａ
关键 词 ： 重构 ； 化机 器人 ； 可 模块 变换矩 阵 ； 正运 动学
【 ｂｔ ｃ］ｏｅ ａｌｈｔ ｉ ｍ ｔ ａ ｍ ｄｌ ｒｃ ｒ ｏ ｏｕ ｓ ｄ ｌ ｂｔ Ｗ Ｓ ｔ － Ａ ｓ ａｔＴ ｔ ｉ ｅ ｎ ａ ｃｌ ｏ ｅ， ｅ ｔ ｔ ｅ ｆｍ ｄｌ ｍ ｕ ｒ ｏｏ ａ ｓ ｄ ｒ ｓ ｂｓ ｈ ｋ ｅ ｉ ｔ ｓｕ ｕ ｅ ｏｏ ａ ｒ ｓ ｕ ｆ
ｆｒ ａｄｋｎ ｍａｉ ｑ ａｉ ｅ Ｔａｓｏｍａ ｏ ａｒ ｅｅｙｍ ｄ ｌ ｉ ｃ ａ ｇ ｄａ ｃｒｉｇｔ ｔ ｅｏ ｏｗ ｒ ｉ ｅ ｔ ｓｅ ｕｔ ｎｉ ｇ ｔ ｒｎ ｒ ｔ ｎｍ ｔ ｏ ｖ ｒ ｕｅ ｓ ｈ ｎ ｅ ｃ ｏｄｎ ｐ ｃ ｏ ｓ ． ｆ ｉ ｘ ｉｆ ｏ ｏｙ ｆ
可重构模块化机器人是 由一套具有各种尺寸和性能特征的 可交换的模块组成 ， 通过对模块进行不同的组合就能装配 出各 种
＝
ｚ ｇ ） （ … ， ｇ） （ ｇ） （
不同构形 的机器人来适应不同的工作需要 。 可重构模块化机器人
ｌｚ ｌ
ｉ ｌ ＝
的构形空 间的大小随着所设计的模块类型的数量和 自由度的增 加而成倍数增加 ，如何根据所设计的模块装 配成的可重 构模 块 化机器人建立运动学模型已引起许多研究者 的兴趣。 本文是针对 所设计 的七种模块装配出的可重构模块化 机器人建 立了正运 动 学分析的模型。 正运动学模 型的建立是采用运动旋量 的指数乘积
基于虚拟样机的可重构模块化机器人动力学分析
（ Ｓｈｏ ｏ Ｍ ｃａｉ ｌ ｎｉ ｅｎ ｄＡ ｔ ａｏ ， ｏ ｈａｔｎＵ ｉ ｒ ｔ， ｈｎａｇ ０ ４ Ｃ Ｎ ￣ ｃｏｌ ｆ ｅｈｎ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｎ ｕ ｍ ｔｎ Ｎ ｒ ｅｓ ｒ ｎ ｅ ｉ Ｓｅｙｎ １ ０ ， Ｈ ； ） ｃ ｎ ｉ ａ ｏ ｉ ｔ ｅ ｖ ｓｙ １０ （ Ｓ ｔ Ｋ ｙ ａｏ ｔｙｏ Ｒ ｂｔｓＳｅｙｎ １０４ Ｃ Ｎ） ￣ ｔ ｅ ｅ Ｌｂｒ ｏ ｏｏｃ ， ｎａｇ１００ ， Ｈ ）ａ ａｒ ｆ ｉ ｈ
的条 件下 ， 实现 以 Ｘ ＝４０ｍ Ｙ ：２０ｍ Ｚ ＝６０ ｏ ０ ｍ，ｏ ５ ｍ， ０ ５ ｍ ， ｍ 为圆心 ， Ｘ ＝ ０ ｍ， 在 ｏ ４０ｍ 的平面内以 １０ｍ ０ ｍ为半
径的圆形轨迹运动 ， 并且要求末端执行器的夹持器保
持水 平 ， 即末端 姿态矩 阵 Ｒ始终 为 ：
摘 要 ： 据给定 的工作 任务 分析确 定可 重构模块 化 机器 人 的构型 后 。 根 进行 机器 人 的轨 迹 规 划和 变量 求解 ； 然 后采 用牛顿 一 欧拉 方法 ， 并借助 ＭＡＴ ＡＢ软 件 设计 用 户界 面 计 算和 导 出各 个关 节 模块 的 实 时控 Ｌ
制变量 值的 文件 ， 将其 导入 Ａ Ａ 并 Ｄ ＭＳ软件 中进行 动 力学分析 和仿真 。 关键 词 ： 重构 可 模块化 机器 人 动力学 分析 中图分 类号 ： Ｈｌ ２ Ｔ ｌ 文献标 识码 ： Ａ
的系统动力学方程 ， 而且还能获得显式结构 ； 牛顿 一 欧 拉方 法是基 于运 动坐标 系和达 朗 贝尔 原理 建立 系统动
『ｏ ］ ０ Ｒ ｌｏ １ ＝ ０ Ｉ 】 ０ ０ｊ
一
（） １
力学方程的， 它没有多余的信息， 而且计算速度快 。本 文采用 牛顿 一 欧拉 方 法 ， 以使 可重 构 模 块 化 机 器 人 可
可重构模块化机器人
未来发展方向与展望
未来发展方向
研究内容和组织结构
研究内容
本文将围绕可重构模块化机器人的设计、控制、重构和感知等方面展开详细论述 ，同时探讨其在实际应用中的优势和局限性。
组织结构
本文将按照引言、相关工作、可重构模块化机器人的设计、控制、重构和感知、 实验验证和结论等章节进行组织。
CHAPTER 02
可重构模块化机器人概述
可重构模块化机器人概述
路径规划
根据任务需求，规划机器人的运 动路径，实现最优路径搜索。
运动优化
对机器人的运动进行优化，提高 机器人的运动效率和平稳性。
自主导航与遥控技术
自主导航技术
利用多种传感器和算法实现机 器人的自主导航，包括定位、
建图、路径规划等。
遥控技术
通过无线通信技术实现对机器人的 远程操控，包括指令发送、状态获 取等。
CHAPTER 06
结论与展望
研究成果总结与评价
要点一
研究成果总结
可重构模块化机器人是一种具有高度柔性和适应性的 机器人，通过模块化的设计，可以实现多种功能和应 用。在研究中，我们成功地开发出了一种基于微控制 器和蓝牙通信技术的可重构机器人平台，并对其进行 了实验验证。实验结果表明，该机器人平台具有良好 的稳定性和可扩展性，可以适应多种不同的任务需求 。
意义阐述
可重构模块化机器人的研究和应用，有助于提高机器人的适应能力和灵活性， 以更好地应对不断变化的工作环境和任务需求。
模块化重组机器人【范本模板】
1。
1 引言我们知道,对于任何一个机器人系统来说，机构是它的“躯体”，控制系统则是它的“大脑”和“神经系统”，一个设计合理的机器人机构加上一个有效的控制系统,机器人才能成为一个名副其实的、“活生生”的机器人，控制系统的性能直接决定着机器人整体功能的实现和性能的高低。
机构和控制系统是机器人不可分割的两个部分,在机器人设计过程中，它们始终相互影响，一个合理的机构才能将控制系统的性能完全发挥出来，同时，一个能与机构相匹配的良好合理的控制系统才能充分发挥机器人机构的特点，模块化可重组移动机器人是一种机制特点非常鲜明的机器人,它由多个一样的模块连接而成，每个模块都是完整的功能单元，能通过模块重组改变自身形态按照不同的步态进行移动.因此,控制系统的设计将要体现模块化机器人模块化、可重组的特点,这样才能发挥模块化机器人的性能。
本文基于国家高科技研究发展计划（863）计划课题“模块化可重组机器人技术研究”，其任务就是为模块化机器人设计一个合乎机器人特点的控制系统。
本文将在分析模块化可重组移动机器人特点的基础上，将提出一个“模块化分布式控制系统"（MDCS:Modular Distributed Control System)的概念,并完成机器人控制系统的设计。
1.2 模块化机器人模块化可重组移动机器人（Modular Reconfigurable Robot）（在下文中简称为模块化机器人)是指能够改变外形和运动方式的机器人系统。
模块化机器人的基本思想就是：一个机器人由若干个相同的简单模块组成,它能根据任务的需要或外界环境的变化而对模块进行重组，从而改变自身的形状和运动姿态以适应不同的任务或不同的环境。
1.2。
1 模块化机器人的提出从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个漫长缓慢的发展过程，到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术得到了飞速发展。
除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展.机器人技术已成为高科技应用领域中的重要组成部分，它正向着具有行走能力、对环境自主性强的智能机器人发展方向.作为新一代的智能机器人,不仅要有感知、推理、判断等能力，还要有强健的“四肢”——运动执行机构.现在的移动机器人大都是借助轮子或者机械腿作为运动执行机构，它们的共同缺点是运动方式比较单一，对地形（特别是未知环境)的适应性不强.例如,机械腿式机器人行走时，当碰到比较松软的地形（如沙地）时，它就无法很好地进行移动。
国家开放大学《机器人技术及应用》形考任务1-4参考答案
国家开放大学《机器人技术及应用》形考任务1-4参考答案形考任务1一、判断题1.1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。
（√）2.19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。
（×）3.20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的巧手人机器人。
（×）4.第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。
（√）5.对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。
（√）6.对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。
（×）7.感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的感知能力。
（√）8.刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。
（√）9.刚体在空间中只有4个独立运动。
（×）10.工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。
（×）11.构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。
（√）12.活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。
（√）13.机构自由度是机构具有独立运动的数目。
（√）14.机构自由度只取决于活动的构件数目。
（×）15.机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。
（×）16.机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。
一种可重构模块化机器人系统的运动学研究
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机 械 设 计 与 制 造
１ ２２
文 章 编 号 ：０ １ ３ ９ （ ０２）０ ０ ２ — ３ １０ — ９ ７ ２ １ １ — １ ２ ０
Ｍａ ｈｉｅ ｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ
＆
Ｍａ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ
第ｌ ０期 ２１ ０ ２年 １ ０月
一
种 可重构模 块化机 器人 系统的运动 学研 究 木
ｌ于空间坐 标系 的雅克比矩阵。 采用Ｎｗｏ—ａ ｓ 迭代方法， 雅克比 ｅｔ Ｒｐ ｏ ｎ ｈｎ 利用 矩阵的广义 逆实现了 运动学 ｛
》逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。 ； 关键词 ： 模块化机器人； 指数积； 运动学 《 ｛
》
【ｂｔ ｃ】 ｏｕｒｅ ｎｇｒ ｌｒ ｏｓ ｔ ｐｅ ｎｄ ｈ ｋ ｅａｃｏｔ ｄｌ ｂｔ Ａ ｓａｔＡｍｄｌ ｃ ｆ ｕｂ ｂｔｙｅ ｉ ｒｅｔ． ｅ ｉ ｍｔｓｆｈ ｍ ｕ ｒ ｏｉ ｒ ａｒ ｏ ａｅｏ ｓｍ ｓ ｓ ｅ Ｔ ｎ ｉ ｅ ｉ ｏ ａｏ ｒ ｓ｛
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可重构模块化工业机器人构形及其静力学分析
能分析 相 结合 的 方法 ， 完成 ５ｋ ０ ｇ负载 工业机 器人本体 的构建 ， 实现 了工业机 器人 的可重构化 。 关键 词 ： 可重构 ； 模块化 ； 机器 人 ；ｏｉｗ ｒｓＡ Ｓ ｓ ｌ ｏｋ ； Ｎ ＹＳ ｄ 【 ｂｔａｔ ｅｏ ｇｒｂｅｍ ｄ ｌ ｄｓｒ ｌ ｏｏ ｓａｎｗ ｒｓａｃ ｉ ｃｉ ｒ ｅ ｅｅｔ Ａ ｓ ｃ】Ｒ ｃｎ ｕａｌ ｏ ｕａ ｉ ｕｔａ ｒｂｔ ｉ ｅ ｙｎ
刘 爽 殷国富 李雪琴 周晓军 （四川大学 制造科学与工程学院 ， ’ 成都 ６０ ６ ） ｚ １０５ （成都广泰实业有限公司， 成都 ６０ ６ ） １１５
Ｃｏ ｆ ｒ ｔ ｎ ｏ ｎ ｕ ｔｉＩ ｏ ｏ ｓ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｅ Ｏ ｆ ｕ ａ Ｉ ｎ ｉ ａ ｉ ｆｉｄ ｓ ｒ ｂ ｔ ａ ｅ ｎ ｒ ｃ ｎ ｉ ｒ ｂｅ ｇｕ ｏ ａ ｒ ａ
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第 １ 期 １ ２１年 １ ０１ １月
文章编号 ：０ １３ ９ （０ ） ０ ０ — ２ １０ — ９ ７ ２ １ １－ ２５ ０ １ １
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅ ｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ２０ ５
可重构模块化机器人pptx
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引言可重构模块化机器人的基本原理可重构模块化机器人的实现方法可重构模块化机器人的应用场景和优势可重构模块化机器人的挑战和发展方向结论
contents
目录
引言
01
VS
随着科技的发展，机器人技术不断得到重视和普及，特别是在工业、医疗、军事等领域。然而，目前大多数机器人系统是固定和不可重新配置的，这限制了它们的应用范围和灵活性。因此，开发一种可重构、模块化的机器人系统，以提高其适应性和灵活性，成为当前研究的热点和挑战。
意义阐述
可重构模块化机器人的研究和应用，有助于解决传统机器人系统面临的固定性和不可重新配置的问题，提高机器人的适应性和灵活性，扩展机器人的应用范围。此外，这种机器人系统还有助于降低成本和提高效率，对于推动机器人技术的发展具有重要的理论和实践意义。
背景介绍
研究背景和意义
研究现状和发展趋势
目前，国内外对于可重构模块化机器人的研究尚处于初级阶段，主要的研究集中在理论研究和实验验证方面。虽然已经有一些研究成果的报道，但总体来说，可重构模块化机器人的技术还不够成熟，存在很多需要进一步研究和解决的问题。
1. 灵活高效：可重构模块化机器人能够根据生产需求快速调整和重组，实现不同功能，提高生产效率。
总结词：灵活高效、降低成本、适应性强
详细描述
总结词：医疗助手、手术支持、康复训练
详细描述
1. 医疗助手：可重构模块化机器人可以作为医生的助手，协助医生进行诊断和治疗，提高医疗效率和质量。
2. 手术支持：可重构模块化机器人能够在手术中发挥重要作用，减轻医生的工作负担，提高手术的精度和安全性。
通过使用可编程控制器，实现对机器人行为的灵活控制和调整。这种实现方法可以提高机器人的适应性和灵活性。
一种可重构模块化微型机器人及其制备方法[发明专利]
![一种可重构模块化微型机器人及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5fcc820d81c758f5f71f6704.png)
专利名称：一种可重构模块化微型机器人及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：廖萌,孙浩,叶蕾,彭慧胜
申请号：CN201711130410.8
申请日：20171115
公开号：CN107962548A
公开日：
20180427
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明为一种自驱动可重构模块化机器人及其制备方法。
本发明的可重构模块化机器人，以经过铂纳米颗粒不对称修饰的碳纳米材料纤维作为组装单元，通过模块化组装方式首尾连接构成；组装单元上铂纳米颗粒在化学溶剂过氧化氢溶液中催化分解反应产生气泡，使纤维状组装单元在液面上获得稳定的推力矩，从而形成稳定的类定轴旋转；多根纤维状自驱动单元经结构设计与定向受力分析，通过模块化组装的方式得到高度可定制化的微型制动系统，根据实际使用场景需要达到稳定可控的旋转或直线位移运动；所述的碳纳米材料纤维为取向碳纳米管纤维或石墨烯纤维。
这种可重构模块化微型机器人在更加智能化、运动模式更加高度可控的微型机器人领域具有巨大的应用潜力。
申请人：复旦大学
地址：200433 上海市杨浦区邯郸路220号
国籍：CN
代理机构：上海正旦专利代理有限公司
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构型的研究
组成模块研究
• 包括模块的形 • 目的：找到最 式、种类、机 优装配构型完 旋量和 械结构、控制 成指定任务。 指数积 电路、机械与 考虑三个问题 电气的连接接 :构形的表达 口等方面 方法、构形的 评价标准、构 形的优化 有根树状拓 神经网络
扑结构图及 组合理论 遗传算法
模块化关节构型
可重构模块化 机器人
目录
工业机器人发展趋势 传统工业机器人 可重构模块化机器人国外发展现状 可重构模块化机器人国内发展现状 可重构模块化机器人特点
模块化关节构型 模块化关节结构设计 可重构机器人关节集成组件软硬件体系结构 基于多Agent的分布式控制方法 多机器人系统
可重构模块化机器人
主要研究内容
工业机器人的国内外发展趋势
第一阶段：示教再现型机器人
第二阶段：离线编程机器人 第三阶段：智能机器人
第一阶段：示教再现型 机器人
Unimate工业机器人 和Versatra：最早的、 最著名的、至今仍 在应用。
示教再现型机器人，主要由机器人本体运动控制 器和示教盒组成。由运动控制器解析执行示教程 序，实现预定动作。操作过程不具反馈能力。
SCARA型工业 机器人主要用 于高精密的水 平作业
传统工业机器人 是基于给定工作 任务设计的
垂直关节型工 业机器人可绕 轴线俯仰摆动, 可绕轴线旋转
SCARA型工业机器人
垂直关节型工业机器人
可重构模块化机器人
• 传统工业机器人 结构造型一经设计就不可 改变,在工作环境和给定 任务发生改变的情况下, 固定构型显现出了很大的 局限性。 解决方法 模块化可重构机器人 (Modular reconfigurable robot, MRR) • 模块化可重构机器人 MRR由一系列不同功能 和尺寸特征的、具有一 定装配结构的关节模块、 连杆模块、末端执行器 模块以及相应的驱动、 控制、通信模块等以搭 积木的方式构成。
• 北京航空航天大学开发了用于完成复杂地形侦察作业的可重构履带机器人，研究了模块化 的机械电气结构和控制方法实现，采用实时嵌入式控制系统实现分布式控制
国内可重构模块化机器人研究现状
6-DOF构型是一 种典型机器人 的较复杂构型。 图由2个回转关 节、2个摆动关 节、2-DOF手腕、 夹持器、螺纹 连接模块以及 关连末基 辅助模块底座、 节杆端础 底板、支持架 模模件单 等。
由PowerCube模块构成的6 自由度构型的三种形式
国外可重构模块化 机器人研究现状
美国的Robotics Research 公司设 计了系列化的关 节模块，可组装 成不同尺寸，不 同载荷的7-DOF 灵巧机器人臂。 系统模块分为侧 滚和俯仰和末端 带执行器机械接 口的旋转关节。
模块系 列 不同尺 寸配置
0பைடு நூலகம்
0 90 -90
-119.7
94 94 0
0
90 0 0
模块化关节构型
模块化关节结构设计
关节模块中的伺服 电机、减速机、检 测系统三位一体化
传动路线：电机、行星减速 器、皇冠齿轮、空心传动轴、 谐波减速器、输出法兰盘
皇冠齿一般 用于90度变 向传动。若 采用锥齿轮， 需配对，也 不利于传动 比的调整。
第三阶段： 智能机器人
不但携带各种 传感器，具有 对外界环境的 感知能力，而 且具备一定程 度的独立判断、 记忆推理和决 策的能力，能 适应外部对象、 环境的变化， 完成更加复杂 的动作。
ABB的机器人智能3D 视觉系统通过视觉系 统引导机器人
安川DX100控制系统 可同步控制8个工业 机器人
传统工业机器人
皇冠齿轮
模块化关节结构设计
垂直式模块化关节
为便于分布式管理，各 模块需具备一定单元自 治能力，拟集成下位机 控制芯片
平行式模块化关节
自主研制垂直关节、平 行关节、十字交叉关节、 前驱动的两自由度机器 人关节等机构设计
可重构机器人关节集成组件体系
软件方面，将整个控制软件体系从上 到下划分为功能应用层（运动规划与 算法层）、控制功能层和功能构件管 理层，在建立完备的基于构件的模块 库的基础上，通过进行准确的构件匹 配实现组态结构的软件系统 硬件方面，将每个模块单元划分为 物理构件层、OS/驱动层、中间件 层和物理数据交换层，各模块之间 可以通过RS232或高速以太网等方 式数据通信 用分层管理 法任务管理 为便于分布式管理，各模块还需 具备一定单元自治能力，包括基 本通信功能、传感信息反馈功能 等自主管理能力
信息状态行 为；协商状 态行为；动 机状态行为
人的特征
基于MAS的协同控制问题
行政管理组织结构 (集中式)
完全自治式组织结构 (分布式)
问题求解组织结构 (混合式).
• 主从式层次结构，据 工作范围和职能
• 管理Agent
• 功能Agent • 应用Agent
Agent自主实现自 己目标. 灵活性、 社会性和自治性, 稳定性和可控性 较差
模块化可重构机器人研究内容
系统运动学动 力学研究 • 传统运动学及 动力学求解方 法不适合, 探 索新方法，与 构型无关, 在 构型改变后生 成新的运动学 和动力学模型 系统控制策略、 软件重构研究 • 满足实时控制 需要。随构型 变化, 控制软 件变化, 软件 的重构。 基于多Agent 的分布式控制
基于MAS的协同控制问题
动作输出
可直接运行 ，对自己行 为有控制能 力 可与其他 Agent或人 通信交流
自治性
社会性
Agent
预动性
可主动发起 表现目标引 导的行为
环境
Agen t
反应性
可感知环境 并作出反应
传感器输入 MAS是由多个Agent组成的集合, Agent之间以及Agent与环境之间 通讯、协商与协作。多个Agent 相互合作，广任务领域、高效率、 改良系统性能、错误容忍、鲁棒 性、分布式的感知与作用、内在 的并行性
静态可重构机器人 动态可重构机器人
国外可重构模块化机器人研究现状
MRR可重构模块化系统
构型数 量少， 自重大
国外可重构模块化机器人研究现状
多伦多大学的模 块机器人系统 （MRS）包括两 种1-DOF主关节模 块（转动和移 动），三种1-DOF 腕关节模块(Yaw, pitch, and roll type)。连杆模块 是中空的圆柱形。
较高刚度，模 块化与重构思 想不彻底
上海未来伙 伴机器人
较好开放性，精 度、刚度不足， 电缆外走线
上海英集斯
模块化可重构机器人(MRR)特点
一套构件，多种构型，生产快速重组，面向用户， 按需定制 集控制、通信、驱动、传动、感知功能于一体系 统开放，易于修改、重构、添加配置功能 分布式控制，控制任务分散给分布模块完成，减 轻主控负担 标准以太网，模块通过快速数据通讯系统信息传 递 标准化机械和电气接口，多方向与其他模块连接 受结构局限，刚度、精度和负载自重比等不足。 兼具较好重构能力和操作性能成为重要方向
机械臂 实体
国外可重构模块化机器人研究现状
美国 敏捷系统公司
瑞典
丹麦
ABB
Universal robot
国内可重构模块化机器人研究现状
• 上海交通大学的费燕琼在模块化的结构设计、运动学正逆解生成和动力学生成等方面做了 研究
• 清华大学的郑浩峻，汪劲松等将可重构单元划分为摆动单元、旋转单元和辅助单元三类， 利用组合数学理论对其组合装配特性进行了分析
美国敏捷系统工程公司机械臂
关节构型图
2+2+2
只能实现摆动 和同轴回转
3种关节模块 2种连杆模块
模块化关节构型
逻辑位形图 D-H参数表
模块化关节构型
模块化关节构型
丹麦UR机械臂 三维建模
2+1+3
模块两端连接面有快速 连接装置，相同尺寸系 列直接对接，不同尺寸 系列通过辅助模块
1种关节模块 1种连杆模块 1种连接模块
MRS模块及其组成的SCARA类型机器人
国外可重构模块化机器人研究现状
TOSHIBA公司的 TOMMS系统概 念图
Habibi等研究的 重构液压驱动 工业机器人
新加坡南洋理 工的串联机器 人构型
国外可重构模块化机器人研究现状
早期模块关节方形，有 多个表面可连接，构型 灵活，刚度精度不足
AMTEC公司生产的 PowerCube模块及应用实例
• 中国科学院沈阳自动化研究所的刘明尧，李斌等研究了基于多Agent可重构机器人的控制 方法，将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制 • 东北大学的李树军、张艳丽等对可重构模块化机器人模块的结构进行了研究，并归纳设计 出3 种1 自由度的关节模块，2 种连杆模块和2 种辅助模块共7 种功能模块 • 北京邮电大学和北京工业大学利用PowerCube模块，进行了可重构机器人系统的研究 • 中国科学院沈阳自动化研究所基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统 (Reconfigurable planetary robot system, RPRS)，还提出了一种模块可重构、自动变形的链式 可重构模块机器人平台
第二阶段：离 线编程机器人
机器人编程系统 是采用离线式计 算机实体模型仿 真技术，建立实 体模型，采用实 际的正逆解算法 在离线的情况路 径规划，编程三 维动画仿真，检 验正确性，代码 传递给控制柜， 运动控制。
FANUC离线编工 具ROBOGUIDE
ABB机器人离线 编程与仿真软 件RobotStudio
多机器人系统
多机器人 路径规划
基于环境模型
基于传感器信息
基于行为
完全已知环境
栅格法
自由空间法 可视图法和拓扑法 Voronoi图法
多机器人系统
• 分布式人工智能(DAI) 成为人工智能研究的一个重要分支