[发明专利]一种可重构机器人对接机构的控制系统及其控制方法

说明书

一种可重构机器人对接机构的控制系统及其控制方法，所述控制系统包括上位机、控制器、驱动器、红外检测装置和编码器，控制器与上位机连接，编码器和驱动器连接后与控制器连接，红外检测装置和控制器连接，编码器固定在机械臂的关节处；所述控制方法包括靠近、定位检测、对接锁紧和共同运动，将主动移动模块与被动移动模块靠近，红外检测装置测量被动连接器与主动连接器的距离并传递信号给控制器，控制器控制驱动器驱动机械臂运动，当被动连接器伸入主动对接器之后，主动连接器上锁紧机构转动，完成对被动连接器的锁紧。本发明对接准确可靠，可以实现多个移动模块之间的主动对接，且主动移动模块与被动移动模块具有较强的负载能力。

技术领域

本发明涉及一种用于可重构机器人对接机构的控制系统及其控制方法，属于可重构机器人对接技术领域。

背景技术

自重构模块化机器人是指在无人参与的情况下，一群结构相同的智能体单元能够根据变化的工作环境自主改变自身的构型以适应新的工作环境。在模块化多机器人研究领域，机器人之间分工协作及对接组合的实现方式，与模块化机器人作业范围及构形能力直接相关。其中，连接机构的设计又是该问题的关键所在。在自重构的过程中需要实现自重构模块之间的自主对接，锁紧，松开，分离等一系列动作。在自重构模块化机器人研究领域，自动对接技术是一个最具挑战性的研究方向。

针对野外补充给养、设备投送、人员随行等任务需求，需要机器人具有很强的适应性以及自主性。传统机器人由于结构功能单一，很难满足这些要求，因此需要设计模块机器人的概念。机器人模块间的不同连接能构成不同结构的机器人系统，可以适应不同的工作环境，增加了系统的适应性，同时模块化的思想使机器人的机械结构更加简单，制造成本更加低廉，增强了机器人系统的功能多样性和鲁棒性。模块机器人根据环境要求自主地变换构型，这就产生了自重构模块机器人。

自重构模块化机器人是由一系列的可以相互连接的具有互换能力的智能化模块组成，这些模块在不同的环境、不同的任务中可以通过模块间的断开和连接来变换构型。单元模块连接机构的可靠性直接关系到整个机器人系统的鲁棒性，因此单元模块的连接机构设计至关重要。自重构模块机器人的重构规划研究对更快更有效地实现机器人的自主重构意义重大。自重构性要求模块之间具有统一的连接端口，保证模块间连接可靠，不同的连接顺序可以组装成具有不同功能的机器人，扩大了其工作范围；模块化要求机器人的组成构件都是一系列结构和功能相同的智能化单元，提高了机器人系统的容错能力和自动修复能力，同时降低了生产成本。设计的模块要具有可靠的对接系统，并配有对应的检测识别系统以便机器人自动识别，从而根据任务要求控制机器人的运动。

机器人自重构的研究主要集中于模块化机器人与多移动机器人自主对接领域。其中自重构机器人的自主对接主要依赖模块之间的协作，将需要重构的模块搬运到指定位置实现对接，这种自主对接方式要求对接机构能够实现两个模块之间快速连接和分离，保证连接强度，以支持整体运动。而多移动机器人之间的自主对接除需要定位、引导的传感系统外，当两个机器人移动到可对接的接近位置时，还要求对接机构必须能够克服两个机器人之间的相对位置偏差，实现两个机器人的可靠对接。其中，连接机构的设计是该问题的关键所在。在自重构的过程中需要实现自重构模块之间的自主对接，锁紧，松开，分离等一系列动作。在自重构模块化机器人研究领域，自动对接技术是一个最具挑战性的研究方向。

自重构模块机器人的重构能力主要体现在自主重构与自主对接上，而模块间的自主对接又涉及到连接可靠的连接机构。自重构模块机器人系统能够根据环境、任务的不同来改变模块间的连接关系从而变换构型，在此过程中，模块的连接机构是否能实现可靠连接是至关重要的。在自重构模块化机器人的构型变换和运动过程中，连接机构要保证模块间连接关系的可靠性并起着传递力和力矩的作用，是机器人的重要组成部分。

对于目前的对接机构研究，还面临着以下问题：1)连接机构不能大角度抓持物体，功能范围具有局限性；2)连接机构与抓持机构彼此干涉，造成附加载荷以及结构臃肿；3)对位姿偏差的适应能力尚有不足，尤其在机器人本体相互位姿偏差较大的情况下，连接机构难以实现刚性对接。

发明内容