【《模块机器人的发展研究国内外文献综述》1700字】

模块机器人的发展研究国内外文献综述模块机器人技术产生于20世纪80年代，主要特点表现在机器人的整体柔性、鲁棒性和自重构性。模块机器人系统的研究核心是模块单元设计，对模块机器人系统的主要研究问题集中在整体构型、形变方式、连接器设计和系统控制等方面。这些问题的研究难点在于如何在保证系统整体性能的基础上，平衡模块单元结构刚性、运动自由度、智能化程度和制造成本之间的关系。因为本文研究目的是使模块机器人系统具备满足任务需求的形变能力，故对国内外MRS研究现状进行分析，为后续自行设计模块机器人运动控制系统提供参考。模块机器人是由一定数量的相对独立的机械电子模块单元有机地连接组成的。每个模块单元都有连接、断开和越过相邻模块的功能，每个模块单元都能够输入动力和信息以控制单个模块，也可以通过该模块输送信息到相邻模块以控制相邻模块配合运动，经过模块单元之间的相互运动重新形成模块机器人的构型。一般根据各模块单元的功能和结构的异同，可以把模块机器人系统分为同构机器人（homogeneity）和异构机器人（heterogeneity）。同构机器人系统各模块功能和构造都相同，即整个系统中只存在一种模块单元，目前国内外主要研究模块机器人大多属于同构模块机器人。同构机器人系统又因为各模块单元在重新构型时所起作用的不同和目标系统的拓扑结构不同，可以细分为链式连接系统（ChainConnectionSystems）和点阵晶格系统（LatticeLatticeSystems），以及兼具两者特性的综合式系统（HybridSystems）。图1-1模块机器人分类链式连接系统的模块单元一般串联成具有分支的树状结构、开环的模块链或闭环的模块环。构成链式连接系统的模块单元一般较少，各模块单元也可自由组合分离成单独操作的数个小机器人系统。链式连接机器人系统的移动方式为模块单元之间有规律的相对运动形成整体机器人系统的步态。链式连接系统主要有Yim等人开发的Polybot机器人以及Shen等人开发的CONRO机器人。图1-2Polybot机器人图1-3CONRO机器人点阵晶格系统的模块单元都处在网络节点上，其拓扑结构是二维或三维的晶格状结构。因为根据模块单元所处网络位置的不同系统的形状也不同，所以必须有多个模块单元以满足系统目标的变化。点阵晶格系统通过模块单元间运动副改变模块单元间的相对位置形成新的目标构型。Rus等人提出的Crystal机器人、Kotay等人提出Molecule机器人，Yoshida等人提出的3D晶格式机器人、Chirikjion等人提出的六边形平面模块系统都属于点阵晶格系统。图1-4Crystal机器人图1-5Molecule机器人随着电子、通信、材料技术的发展，出现了兼具链式连接系统和点阵晶格系统特性的机器人系统，我们将其称为综合式系统。综合式系统的模块单元同时具有链式模块单元和晶格式模块单元的特性，即规则的机构外形，充足的连接器配置，以及灵活的自身形变能力。拥有着更多优点的综合式系统相比链式连接系统和点阵晶格系统适应各种工作环境的能力更强，但与之相对的，复杂的机械结构使综合式系统的模块单元设计和整体系统的运动控制要更为繁杂。综合式系统有日本产业技术综合研究所（AIST）开发的M-TRAN自主变结构模块机器人，Shen等人提出的SuperBot多模式运动模块机器人模型综合了Conro和M-TRAN模块的设计思想，还有YanMeng等人提出的Cross-Ball机器人、AlexanderSpröwitz等人提出的roombot机器人。图1-6M-TRAN自主变结构模块机器人图1-7SuperBot多模式运动模块机器人图1-8Cross-Ball机器人图1-9roombot机器人异构机器人系统中的模块功能和结构各不相同，因而工作任务的分配非常严格，针对不同任务需要使用针对的模块单元且其他模块单元需要配合整体构型发生相对形变以组成专门的工作状态。相比较而言，同构机器人系统更加灵活，但是同构系统针对专门任务时没有异构机器人的工作能力强。异构机器人含有各种针对不同任务需求的专用模块，同构机器人只有固定的一种模块单元。有些特殊任务，如救灾时探测生命活动，只能使用装备有生命信息探测设备的异构机器人系统；同构机器人可以同一个同构机器人系统完成数个不同的工作任务，如抓取石块，爬行通过缝隙，组成固定结构等。当考虑针对专门任务的工作效率，例如抓取石块，同构机器人系统只能通过变形成爪状抓取，而装备抓取模块的异构机器人系统可以通过抓取模块直接进行抓取工作。异构机器人系统主要有日