北方民族大學 左啟鑫 彭 琴 馬 強

隨著科技的進一步發(fā)展，各類企業(yè)自動化水平不斷提高。由于對工作效率、生活環(huán)境、安全保障等一系列的要求，機器人逐步發(fā)展與應(yīng)用起來，已經(jīng)代替了部分工作。逐步取代了傳統(tǒng)、機械的手工力，增強了效率，為人類的科技發(fā)展帶來了新的創(chuàng)新。

1 機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置

它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。它可以說是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產(chǎn)物。目前在工業(yè)、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，像微電子、控制、機械、人工智能等機器人相關(guān)領(lǐng)域猛速發(fā)展，橫向上，應(yīng)用面越來越寬，縱向上，機器人的種類也越來越多。而為了改變傳統(tǒng)機器人的結(jié)構(gòu)單一，實現(xiàn)的功能過于獨立，人們開始研發(fā)可重構(gòu)、可變性、成本低、自修復(fù)能力高的模塊化機器人。

2 機器人模塊化

模塊化是指解決一個復(fù)雜問題時自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分為若干模塊的過程，有多種屬性，分別反應(yīng)其內(nèi)部特性。模塊化的實現(xiàn)大大減小了其應(yīng)用成本，提高效率。它把對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析后，劃分出一系列模塊對應(yīng)的作出合理的分工，以增強效率，部分模塊的損壞也不會影響整個產(chǎn)品的崩潰，使其大大降低了成本。同時，相應(yīng)的廠家還能針對某個模塊進行批量的生產(chǎn)，以尋求市場效應(yīng)。

模塊化機器人是當今時代發(fā)展的需要，因為傳統(tǒng)機器人往往是針對具體任務(wù)設(shè)計的，柔性不高，容錯能力和自修復(fù)能力差，且使用成本較高，為了克服傳統(tǒng)機器人的這些不足，因而采用模塊化平臺化方法設(shè)計了模塊化機器人。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

模塊化機器人平臺的設(shè)計包括3個層次：總體設(shè)計、模塊設(shè)計及模塊化產(chǎn)品設(shè)計，其中總體設(shè)計包括模塊以及模塊連接兩個方面。如圖1所示。

圖1 機器人軟件設(shè)計框架圖

2.1.1 模塊分解

根據(jù)模塊的定義，模塊是具有某種確定功能的獨立單元。功能是模塊的依據(jù)，也是進行系統(tǒng)分解的依據(jù)。通常，模塊化的構(gòu)成模式可用一個簡單的公式表達：系統(tǒng)＝通用模塊（不變部分）＋專用模塊（變動部分）。

圖2 機器人檢測裝置框架圖

2.1.2 模塊連接

通常，一個模塊化機器人系統(tǒng)是由多個模塊組成，因此必須設(shè)計各個模塊之間的連接方式。模塊間的連接又包括兩個層面，一個是機械結(jié)構(gòu)層面的連接，另一個是模塊間的通信。

2.2 硬件設(shè)計

根據(jù)模塊化設(shè)計的一般原則以及模塊化機器人的特點，需設(shè)計兩種關(guān)節(jié)模塊：回轉(zhuǎn)模塊和擺動模塊，兩者都具有一個自有度，機械安裝接口相同且可以相互替換。其中回轉(zhuǎn)模塊其轉(zhuǎn)軸與模塊自身中心軸線重合或平行，稱之為I模塊；擺動模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊連接軸線垂直，稱之為T型模塊。

2.3 軟件設(shè)計

由于硬件的可重構(gòu)設(shè)計，不同構(gòu)型的機器人可以實現(xiàn)不同的功能，所以需要對其進行相應(yīng)軟件設(shè)計，以實現(xiàn)模塊化機器人快速、靈活的特點，如圖2所示。

模塊化機器人以獨有的優(yōu)點將實現(xiàn)未來人們對機器人各種猜測，人們研制出的機器人，會代替人們?nèi)ネ瓿赡切﹩握{(diào)、枯燥或是危險的工作。機器人的模塊化更能實現(xiàn)機器人猶如現(xiàn)在電腦一樣普及全球的。

[1]劉璇.面向特種機器人的模塊化設(shè)計方法研究[D].河北工業(yè)大學,2010.

[2]舒暢.服務(wù)機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].浙江大學,2010.

[3]鄭志芳.模塊化主機器人的研制[D].華南理工大學,2013.