孫紹榮

（遼寧省撫順市四方高級中學(xué)，遼寧撫順，113000）

引言

當(dāng)前，機(jī)器人自組裝的研究相對較多，并在模塊化方面取得了較好的成績，實(shí)現(xiàn)了自重構(gòu)機(jī)器人的自主對接，解決了兩個(gè)模塊之間的快速分離和連接。不僅如此，為了支持機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)，還需要保證這一過程中的連接強(qiáng)度。在兩個(gè)機(jī)器人移動(dòng)到可對接的位置附近時(shí)，需要這個(gè)對接機(jī)構(gòu)能夠解決相對位置中出現(xiàn)的偏差，否則兩個(gè)機(jī)器人就無法實(shí)現(xiàn)可靠對接。而本文將對這一過程進(jìn)行相應(yīng)的研究，明確模塊化群體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，并指出高效自組裝控制的策略[1]。

1 Sambot機(jī)器人平臺(tái)簡介

Sambot機(jī)器人平臺(tái)，是北京航天航空大學(xué)開發(fā)的一種新的自組裝模塊化機(jī)器人平臺(tái)，在該平臺(tái)中每一個(gè)Sambot機(jī)器人都都能夠?qū)崿F(xiàn)自主對接、自主移動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上形成了多個(gè)機(jī)器人構(gòu)成的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有類似自重構(gòu)模塊化機(jī)器人，且具有自重構(gòu)與整體運(yùn)動(dòng)的功能。具體下下圖1所示。Sambot機(jī)器人平臺(tái)初步解決了群體機(jī)器人與自重構(gòu)機(jī)器人結(jié)合的問題。相對來說，機(jī)器人結(jié)構(gòu)的群體系統(tǒng)，需要通過個(gè)體機(jī)器人之間的相互連接、分離，并構(gòu)建起多個(gè)機(jī)器人自動(dòng)適應(yīng)空間，以及其他的一些復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的變化形態(tài)和神經(jīng)。然而，當(dāng)前我國群體機(jī)器人系統(tǒng)的研究，較少關(guān)注個(gè)體機(jī)器人的自主連接能力，已開發(fā)出的群體機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)水平相對較低，不僅如此，初始構(gòu)型過程中還存在手工構(gòu)型的問題，這對于群體機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)、實(shí)際應(yīng)用方面產(chǎn)生了較為不利的影響[2]。

圖1 Sambot機(jī)器人產(chǎn)品展示

2 Sambot機(jī)器人平臺(tái)的構(gòu)型分析與自組裝控制

基于上述對Sambot機(jī)器人平臺(tái)的分析，本文將對該平臺(tái)的額機(jī)器人進(jìn)行構(gòu)型分析與自組裝分析。

2.1 Sambot機(jī)器人的構(gòu)型分析

根據(jù)圖1所示的Sambot機(jī)器人展示，本文將Sambot機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的簡化，具體來說，根據(jù)Sambot機(jī)器人的功能可以將其轉(zhuǎn)化為由兩個(gè)連桿組成的單自由度模塊，在這個(gè)簡化圖中的中心圓點(diǎn)就表示Sambot的本體中心，在圖2構(gòu)型圖是其旋轉(zhuǎn)中心。

在起構(gòu)型的過程中，可以將其分為兩種，一是線性構(gòu)型，另外一種就是多足構(gòu)型，其中，線性構(gòu)型的連接相對較為簡單，只要有多個(gè)Sambot進(jìn)行前后串行連接就可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)型，在這種線性構(gòu)型中也可以呈現(xiàn)出直線型或者是環(huán)形兩種形態(tài)。而在多足型構(gòu)型則是由多個(gè)模塊組合成足進(jìn)而形成一種多足構(gòu)型的形態(tài)。在起連接的過程中，如果是主動(dòng)連接，則表示該面主動(dòng)的與其他模塊連接，設(shè)置初始狀態(tài)為“1”。此時(shí)，該Sambot只能通過1、3兩個(gè)面與其他的模塊連接，具體如圖3所示[3]。

圖3 Sambot對接展示

當(dāng)其采用被動(dòng)連接的時(shí)候，其狀態(tài)可以設(shè)置為“-1”，在這樣的情況下，該模塊的1、2、3、4面都是可以與其他的Sambot進(jìn)行連接。值得注意的一點(diǎn)是，每一個(gè)Sambot只有一個(gè)主對接面，在進(jìn)行主動(dòng)連接的時(shí)候只能夠與其他前方的Sambot或者是后方的Sambot進(jìn)行連接[4]。

2.2 Sambot的自組裝控制

對于Sambot的自組裝，則是從給定構(gòu)型的種子機(jī)器人開始，在與環(huán)境中的其他機(jī)器人進(jìn)行對接時(shí)，其自組裝規(guī)則則需要構(gòu)型中的種子機(jī)器人與對接機(jī)器人執(zhí)行，在當(dāng)前Sambot平臺(tái)上，每一個(gè)模塊都是允許其他機(jī)器人從四個(gè)面進(jìn)行對接，因此，在自組裝規(guī)則可以表示 AR=(F,L,B,R)。在自組裝的過程中，種子機(jī)器人與對接機(jī)器人需要對當(dāng)前的連接狀況進(jìn)行分析，并與目標(biāo)構(gòu)型中的狀態(tài)進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的判斷，自行做出決定執(zhí)行具體的對接規(guī)則。由于對接機(jī)器人本身是沒有任何的構(gòu)型信息的，所以完成構(gòu)型對接的過程中，需要根據(jù)其紅外傳感器的感知能力控制器行為。在對接機(jī)器人運(yùn)行的過程中，包括漫游、導(dǎo)航或者是對接、連接過程中，需要基于其行為采取相應(yīng)的控制方法。具體來說，在漫游的過程中，采取隨機(jī)軌跡進(jìn)行漫游時(shí)需自動(dòng)避障傳感器。在導(dǎo)航時(shí)需要確保連接機(jī)器人在種子機(jī)器人的紅外探測傳感器檢測到的范圍內(nèi)，一旦進(jìn)入對接狀態(tài)需要作出相對位置的判斷，并與種子機(jī)器人的電氣觸點(diǎn)接觸，兩者之間發(fā)送握手信號并進(jìn)行總線通聯(lián)。

3 結(jié)束語

本文針對于Sambot機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行了簡單的分析，并在此基礎(chǔ)上指出了Sambot機(jī)器人的構(gòu)型與自組裝過程。由于該模塊在實(shí)際操作中具有較高的難度，因此，本文將其中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并以一種較為簡單的形式進(jìn)行了闡述，旨在為提升模塊化群體機(jī)器人構(gòu)型教育教學(xué)的效率[5]。

[1]付慶科.中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)支持環(huán)境研究[J].華南師范大學(xué),2007.

[2]魏洪興, 李海源.空間探測自組裝群體模塊化機(jī)器人[J].航天器工程,2011, (07): 72-78.

[3]林義忠, 劉慶國, 徐俊, 等.機(jī)器人離線編程系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機(jī)電一體化, 2015, (11): 8.

[4]鄭榮.機(jī)器人編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].產(chǎn)品與技術(shù), 2010, (05): 90.

[5]劉極峰, 易際明.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京: 高等教育出版社, 2006:78.