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可重构机器人 - Coggle Diagram
可重构机器人
设计中的权衡
手动重新配置与自重新配置。
自重构算法
MRR系统中
硬件和软件
设计问题是高度交织在一起的
MRR系统硬件设计
传感
内部
用于本地监测每个模块的状态
外部
涉及观察机器人系统外部的环境
总线式
无线式
蓝牙,WiFi
结构和连接
接口类别:(公母)
串联(强度较弱)
并联(强调较强)
接近方式(旋转与平移)
零旋转可接受区域
致动器
主执行器,用于相对于其他模块或环境移动模块;
主执行器的无量纲测量是特征强度被定义为在重力作用下可以以悬臂方式支撑的模块数量。
远程驱动源
形状记忆合金执行器
键驱动
较小的闩锁执行器,用于启用或禁用模块之间的连接。
模块数量增加带来的强度损失
软件设计与控制
任务形状匹配
MRR系统区别于普通机器人系统的一个关键能力是确定和执行一个动作过程,包括从一个起始配置切换到另一个配置的连接更改。这个问题被称为重构规划和控制。
重新配置计划和控制
n个模块的乘法效应
集成公理
:一个机器人应该只包含足够的功能,以促进期望的集成功能。他们的最终目标是以非常小的尺寸(一面小于1毫米)创建和编程大量的模块(数百万)。
紧凑性
缩小结构体积,增加模块数量,增加解决方案的空间
单元的几何排列分类
点阵重构体系结构
点阵重构体系结构具有以规则的三维模式排列的单元,例如立方晶体点阵。这些系统利用这种规律性来简化重新配置的计算方面。
链式架构
链式架构的特点是形成串行链的单元。
这些链通常连接在一起形成一个树状或闭合的链环。通过铰接,链结构可以潜在地到达空间中的任何点或方向,因此它们更加通用。然而,一般来说,它们对表示和计算分析的要求更高,并且更难以控制
移动架构
移动架构具有利用环境进行机动的单元,并且可以连接起来形成复杂的链、格或许多可以执行群体行为的二级机器人
eg:ModQuad的系统展示了空中自组装。在这种情况下,机械对接是通过立方体角上的磁铁实现的.任意平面形状的空中装配已经得到了证明,但尚未提出能够进行拆卸的分离机制。
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可重构桁架
适合棱柱形构件形成平行桁架结构,可以重新配置,改变网络的拓扑结构。
此外,混合系统通常可以利用多种不同体系结构的最佳特性。
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模块化分类
总线体系结构
存在一个公共总线,其他物理组件通过相同类型的接口连接到该总线。带有USB接口的笔记本电脑形成一个通用接口,可以在其中添加或重新排列模块元素。
插槽架构
机械物理连接
分段架构
所有的接口都是相同的类型,组装是通过相同的接口将组件相互连接而成的。
分段模块化大大增强了系统的可变性
第四类模块化
通过将一组不相连的移动机器人(蜂群)中的每个机器人视为一个模块来添加。这些系统共享一些任务分配问题,但它们没有物理连接,这极大地改变了对环境施加力的能力,并改变了控制的约束
发展前景
通用性
系统通常具有许多冗余自由度(dof),并且可以调整其配置以适应广泛的任务。
低成本
重复模块意味着可以使用规模经济来降低这些模块的成本
鲁棒性
冗余和自重构可用于自修复,增加鲁棒性。