模块化群体机器人构型分析与自组装控制

2018-09-19孙绍荣

数码设计 2018年3期

孙绍荣

（辽宁省抚顺市四方高级中学，辽宁抚顺，113000）

引言

当前，机器人自组装的研究相对较多，并在模块化方面取得了较好的成绩，实现了自重构机器人的自主对接，解决了两个模块之间的快速分离和连接。不仅如此，为了支持机器人的整体运动，还需要保证这一过程中的连接强度。在两个机器人移动到可对接的位置附近时，需要这个对接机构能够解决相对位置中出现的偏差，否则两个机器人就无法实现可靠对接。而本文将对这一过程进行相应的研究，明确模块化群体机器人的结构，并指出高效自组装控制的策略[1]。

1 Sambot机器人平台简介

Sambot机器人平台，是北京航天航空大学开发的一种新的自组装模块化机器人平台，在该平台中每一个Sambot机器人都都能够实现自主对接、自主移动，并在此基础上形成了多个机器人构成的机器人结构，这种结构具有类似自重构模块化机器人，且具有自重构与整体运动的功能。具体下下图1所示。Sambot机器人平台初步解决了群体机器人与自重构机器人结合的问题。相对来说，机器人结构的群体系统，需要通过个体机器人之间的相互连接、分离，并构建起多个机器人自动适应空间，以及其他的一些复杂非结构化环境的变化形态和神经。然而，当前我国群体机器人系统的研究，较少关注个体机器人的自主连接能力，已开发出的群体机器人的协同作业水平相对较低，不仅如此，初始构型过程中还存在手工构型的问题，这对于群体机器人自主运动、实际应用方面产生了较为不利的影响[2]。

图1 Sambot机器人产品展示

2 Sambot机器人平台的构型分析与自组装控制

基于上述对Sambot机器人平台的分析，本文将对该平台的额机器人进行构型分析与自组装分析。

2.1 Sambot机器人的构型分析

根据图1所示的Sambot机器人展示，本文将Sambot机器人进行相应的简化，具体来说，根据Sambot机器人的功能可以将其转化为由两个连杆组成的单自由度模块，在这个简化图中的中心圆点就表示Sambot的本体中心，在图2构型图是其旋转中心。

在起构型的过程中，可以将其分为两种，一是线性构型，另外一种就是多足构型，其中，线性构型的连接相对较为简单，只要有多个Sambot进行前后串行连接就可以实现构型，在这种线性构型中也可以呈现出直线型或者是环形两种形态。而在多足型构型则是由多个模块组合成足进而形成一种多足构型的形态。在起连接的过程中，如果是主动连接，则表示该面主动的与其他模块连接，设置初始状态为“1”。此时，该Sambot只能通过1、3两个面与其他的模块连接，具体如图3所示[3]。

图3 Sambot对接展示

当其采用被动连接的时候，其状态可以设置为“-1”，在这样的情况下，该模块的1、2、3、4面都是可以与其他的Sambot进行连接。值得注意的一点是，每一个Sambot只有一个主对接面，在进行主动连接的时候只能够与其他前方的Sambot或者是后方的Sambot进行连接[4]。

2.2 Sambot的自组装控制

对于Sambot的自组装，则是从给定构型的种子机器人开始，在与环境中的其他机器人进行对接时，其自组装规则则需要构型中的种子机器人与对接机器人执行，在当前Sambot平台上，每一个模块都是允许其他机器人从四个面进行对接，因此，在自组装规则可以表示 AR=(F,L,B,R)。在自组装的过程中，种子机器人与对接机器人需要对当前的连接状况进行分析，并与目标构型中的状态进行比较，并在此基础上做出相应的判断，自行做出决定执行具体的对接规则。由于对接机器人本身是没有任何的构型信息的，所以完成构型对接的过程中，需要根据其红外传感器的感知能力控制器行为。在对接机器人运行的过程中，包括漫游、导航或者是对接、连接过程中，需要基于其行为采取相应的控制方法。具体来说，在漫游的过程中，采取随机轨迹进行漫游时需自动避障传感器。在导航时需要确保连接机器人在种子机器人的红外探测传感器检测到的范围内，一旦进入对接状态需要作出相对位置的判断，并与种子机器人的电气触点接触，两者之间发送握手信号并进行总线通联。