可重构模块化机器人 共38页
一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构共3篇
一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构共3篇一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构1一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构随着人类科技的不断进步，机器人的应用越来越广泛。
在未来的社会中，机器人将成为人类的重要工具之一。
而柔体机器人作为机器人中的一种，优点在于灵活、柔性，能够在较为复杂的环境中实现各种任务。
并且，由于其柔软的外观，柔体机器人更容易接近复杂的物体，拥有更大的接触面，更能将物体“握紧”，减少发生错误的概率。
然而，现有柔体机器人的缺陷在于结构单一，无法根据不同需要进行灵活组装。
为了解决这个问题，我们提出了一种新型的柔性智能模块化结构。
这种结构由多个模块组成，每个模块可拆卸，可互相组合。
这样的结构能够为机器人提供更多的灵活性，以适应多样的环境和任务。
我们采用的是软体材料加上的力传感器，以此来实现强度和灵活性。
软体材料具有优异的柔韧性和弹性，能够让机器人在变幻多端的环境中自如移动，不易被损坏。
而加上力传感器，机器人能够感知周围环境的变化，更好地完成当前任务，避免出现不必要的错误。
此外，我们还引入了人工智能技术，使机器人具有更高的智能化水平。
我们利用深度学习技术训练机器人，使其能够识别不同的物体、障碍等；同时，我们还使用机器学习算法对机器人的控制系统进行了优化，从而可以更好地掌控机器人，降低误差和失误的概率。
本次研究的创新点主要关注模块化和智能化。
模块化让机器人更加灵活，即便出现问题，也可以通过更换模块来尽快修复问题。
而智能化使机器人更能适应各种复杂环境下的变化，避免出现不必要的错误，提高机器人的效率和准确性。
在未来，这种柔性智能模块化结构的柔体机器人将会成为重要的助手，为我们的生产、生活等领域带来更多便利。
同时，这种结构也可以应用于其它机器人中，使其更加灵活和智能。
但需要注意的是，机器人在操作上仍然需要人类的指导和协助，避免出现意外和危险通过本研究，我们成功开发了一种柔性智能模块化结构的柔体机器人，该机器人具有优异的柔性和弹性，能够适应各种复杂环境和任务，并通过采用人工智能技术，实现了更高的智能化水平。
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。
可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现
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。 中 国科 学 院 研 究 生 院 （ 北京
摘要
本 文提 出 了一 种 适 用 于新 型 可 重 构 星 球 机 器 人 的 模 块 化 控 制 系 统 ， 据 机 构 和 运 动 特 性 ， 于 Ｃ 根 基 ＡＮ 总线 和 分 布 式 控 制
器 技 术 ， 系 统 结 构 和 功 能 分 解 成 不 同 模 块 由各 自的 控 制 器 独 立 执 行 ， 立 具 有 任 务 层 和 运 动层 的 分 层 次 控 制 结 构 ， 现 了组 将 建 实
Ｗ ａ ｉ ｈｕ 。 ｎｇ Ｍ ｎｇ ｉ・ Ｍ ａ Ｓｈｕｇ ｎ ・ ｅ ＬｉＢｉ ｎ Ｗ ａ ｅ ｈａ ｎｇ Ｙｕ ｃ ｏ
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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。
国家开放大学形成性考核答案
形考任务11.同学们，在学习了“任务一”的相关内容后，请将你认为适合描述为国家开放大学特色的选项选择出来?正确答案是：国家开放大学是一所在教与学的方式上有别与普通高校的新型大学,国家开放大学是基于信息技术的特殊的大学,国家开放大学是为没有条件参与全日制校园学习的人群提供学习资源的大学, 国家开放大学可以为学习者提供多终端数字化的学习资源2.请将下列适用于国家开放大学学习的方式选择出来?正确答案是：在网络上阅读和学习学习资源,在课程平台上进行与老师与同学们的交流讨论,在集中面授课堂上向老师请教问题,利用pad、手机等设备随时随地学习3制定时间计划，评估计划的执行情况，并根据需要实时地调整计划，是管理学习时间的有效策略。
(对)4在国家开放大学的学习中，有课程知识内容请教老师，可以通过发email、QQ群、课程论坛等方式来与老师联络。
(对)5远程学习的方法和技能比传统的课堂学习简单，学习方法并不重要。
(错)6纸质教材、音像教材、课堂讲授的学习策略都是一样的。
(错)7在网络环境下，同学之间、师生之间无法协作完成课程讨论。
(错)形考任务21开放大学学制特色是注册后（）年内取得的学分均有效。
正确答案是：82请问以下是专业学习后期需要完成的环节？正确答案是：专业综合实践3请问以下不是专业学位授予的必备条件？正确答案是：被评为优秀毕业生4学生本人要在学期开学后（）内向学籍所在教学点提出申请，并填写《国家开放大学学生转专业审批表》，经国开分部审核批准后，即可办理转专业手续。
正确答案是：3周5转专业后，学籍有效期仍从（）开始计算。
正确答案是：入学注册时6办理转专业相关事宜时，拟转入专业与转出专业应属于同等学历层次，本科转专业还应是同科类相近专业（）。
正确的答案是“对”。
7入学后第一个学期可以转专业（）。
正确的答案是“错”。
8自愿退学的学生可重新报名参加国开学习，学生原来获得的学分，可按免修免考的有关规定进行课程或学分替换（）。
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
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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
可重构模块化机器人
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 主要研究内容
工业机器人的国内外发展趋势
ABB的机器人智能3D 视觉系统通过视觉系 统引导机器人
传统工业机器人 传统工业机器人 是基于给定工作 任务设计的
SCARA型工业 机器人主要用 于高精密的水 平作业
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。
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
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。
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。
实例
国外可重构
模块化机器 人• 美研国的究现状
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。
国外可重构模块化机器人研究现状
国内可重构模块化机器人研究现状
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、 通静态信可重模构机块器人 等以搭积木 的动态方可重式构机构器人 成。
国外可重构模块化机器人研究现状
构型数 量少， 自重大
国外可重构模块化机器人研究现状
国外可重构模块化机器人研究现状
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
• 由PowerCube模块构成的6
PowerCube模块及应用 自由度构型的三种形式
4
393
0
94
90
5
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6
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
模块化关节结构设计
• 垂直式模块化为关便于节分布式管理，各• 平行式模块化关自节主研制垂直关节、平
基于多Agent 的分布式控制
模块化关节构型
• 关节构型图
只能实现摆动 和同轴回转
•美国敏 捷系统
2+2+2
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
2+1+3
•三维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 建模1种关节模块 1种连杆模块 1种连接模块
FANUC离线编工 具ROBOGUIDE
ABB机器人离线
编程与仿真软 件RobotStudio
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。
安川DX100控制系统 可同步控制8个工业 机器人
• 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
• 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
国内可重构模块化机器人研究现状
关 连 末基 节 杆 端础 模 模 件单 块 块 模元
块模 块
国内代表性商业产品：
上海未来伙伴机器人 有限公司的模块化机 械臂，设计基于 SCHUNK的PowerCube。 上海英集斯自动化技 术有限公司生产的模 块化机械手臂。上海 广茂达公司研制的AS 一MRobotE系列模块 化机器人产品
模块需具备一定单元自
行关节、十字交叉关节、
治能力，拟集成下位机
前驱动的两自由度机器
控制芯片
人关节等机构设计
可重构机器人关节集成组件体 系
用分层管理 法任务管理
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
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
模块化可重构机器人研究内容
旋量和 指数积
有根树状拓
扑结构图及 组合理论
神经网络 遗传算法
模块化关节构型
2+2+2
改变关节组合方式 改变构型
增加摆动关节 增加构型
移动关节将电机 的转动用螺旋副 转化为沿其自身 轴线的往复移动
改变连接件形 状 改变关节构型
标准 构型
模块化关节构型
• 逻辑位形图
d i1
• D-H参数表
i1Biblioteka 0000
2
0
-90 137.5 -90
3
425
0 -119.7 0