模块化Self-Reconfigurable机器人系统:硬件架构的调查

文摘

模块化self-reconfigurable机器人存在广泛而独特的解决方案空间探索领域的需求增长,自动化,消费产品,等等。越高利用系数和自愈能力是最要求特征在现实世界的机器人应用程序和模块化机器人提供更好的解决方案在这些观点与传统机器人。在机器人领域研究人员确定了各种应用程序和众多机器人原型模型同时解决约束等同质性、重构性、形式因素,和功耗。各种模块化机器人解决方案多样化的本质,提出了现实世界的应用和利用不同的传感器和致动器接口技术以及物理模型优化研究人员提出了隐式的挑战而识别和可视化的优点/缺点不同的解决方法。本文试图简化各种硬件原型的比较提供了一个简短的研究硬件架构的模块化机器人的自愈能力和重构设计技术采用建模机器人、接口技术等在过去25年。

1。介绍

模块化机器人提供了一个独特的优势传统的机器人技术重构性、可重用性、易于制造。传统的机械设计机械手臂和昆虫等。每个现实世界应用程序提供独特的解决方案和生成的原型通常不灵活的应用程序。大多数传统机器人解决方案是在受控环境和经营环境的任何变化常常使这些传统僵化的由于缺乏他们适应自然的解决方案。的修理和维护传统的设计通常需要单独为每个模型训练的人员,因此增加了行业的平均资源消耗。机器人设计的下一个阶段是开发的模块化单元组装的角度提高便于修理,更换,控制,等等。研究人员在以后的阶段发展自动化的概念,介绍了自愈,重新配置等等创建模块化self-reconfigurable机器人(MSRR)。许多应用程序管理等大型设施(1),太空探索2),监测在军事区域,灾害管理和假肢身体残疾通常需要适应和自我修复能力和MSRR通常被认为是作为一个可行的解决方案。MSRR设计的主要区别在模块化机器人设计的能力可以被可视化为设计从形成附加/分离/根据应用程序的要求以最少的人工干预。

可重用的日益增长的需求,空间的限制,多用途真实世界的应用程序是一个伟大的解决方案为研究MSRR领域的动力。MSRR领域的研究人员提供了许多解决方案通过各种原型设计,通信算法,协调,和分散技术使用选定的测试场景。小说的原型的开发MSRR通常是一个分析的过程,深深扎根于直觉和更好的水果来自经验基本运动和物理定律。大多数机器人模块开发迄今为止利用有限的资源可用时,由于技术进步缓慢发展和限制功能领域的传感器、硬件原型,致动器,通信接口,等等。研究人员采用的不同的方法来验证设计和原型机器人模块之间做相对比较一个相当困难的过程和现在挑战量化和理解各种设计的利和弊。

详细调查广泛的解决方案外结构的模块化设计,模块之间的物理接口,通信协议,传感器技术对接和对齐,协调运动算法、环境特征、等等提供了更好地理解小说研究者原先设计的优缺点,以便更好的解决方案可以提供最新技术的利用率。本文范围仅限于研究和总结了硬件架构以及各种MSRR传感器和接口技术。

2。模块化机器人的硬件架构

MSRR的硬件架构演进随着技术和分类机器人使用的范例。MSRR研究中所开发的第一个原型CEBOT组成的异构分离单元能够绑定在一起,从那时起,这项研究是针对开发的系统能够形成不同的结构模仿生物有机体。Yim et al。2,3]提出模块化机器人系统的两个分类:分类基于MSRR形成的结构和分类基于重构策略。吉尔平著和俄文4结构分类下添加更多的子分类包括微电子机械系统(MEMS)和其他的研究最新进展在MSRR刚出版的时候。Moubarak和Ben-Tzvi5)分类MSRR系统基于单个模块和协调运动的结构与形式因素。到目前为止提出的分类分为每最近MSRR技术最先进的研究,原型等等直到出版的数据可用。最近的研究在MSRR生成解决方案在早些时候下降分类和识别的类别和子类别MSRR机器人由于最近变得越来越困难复杂的机器人的设计和特点。

MSRR的分类根据不同的类别和子类别等物理特性,在图提供的能力,等等1。被广泛接受的分类是在可能的结构形成的角度独立MSRR集合和五个子类是公认的在结构按当前MSRR研究:晶格,链,混合动力,桁架,自由格式的。

晶格结构的MSRR设计灵感从原子结构为中心的立方晶格,四面体等等和配有致动器形式类似的结构。个人机器人单位占用离散位置在空间和缺乏能力达到随机位置/方向如果有必要将限制在致动器组件。晶格结构提供简单的控制机制和不经常需要闭环控制由于其定义执行机构位置在2 d和3 d空间。机械连锁单位类别通常是串行连接的机械单位和有能力形成复杂的结构像蛇、蜈蚣,等等。这些机器人的执行机构是在太空组装提供末端效应器的随机位置。链接的控制系统更复杂,常常需要反馈确认模块的位置重新配置的空间结构。混合设计提供更多的好处比点阵和链机器人结构由于其功能容易适应周围通过形成晶格,链接和两者的混合。MSRR基于桁架的设计支持形成的随机结构由于伸缩链接和异构的就业单位形成结构但需要复杂的算法来处理装配和结构的形成。自由范畴MSRR通常更灵活的角度从系统中添加和移除。他们通常可以形成任意的结构和维持脆弱的债券之间的邻居。 The chain and hybrid differ from the free-form structures generally in terms of rigidity in bonding.

MSRR的复杂的运动功能是合成许多个人的协调行动单位聚合在各种结构。功能(自动/半自治/手动)的聚合MSRR促进复杂的运动的重新配置依赖于actuator-sensor组件嵌入在个人机器人的设计。MSRR设计配有轮子能够形成晶格或链结构取决于设计,因此可以放在移动子类根据运动图1。大部分的晶格和链系统设计没有轮子个人单位,因此流动实现只有通过就业协调机器人。个别单位的聚合需要人工干预nonwheeled系统在某种程度上。可以放置在协调这些MSRR设计子类下运动类别如图1。运动在图下的外部子类别1指的是MSRR设计依赖于环境刺激/干扰运动以及重新配置。

最近贡献MSRR尝试采用干扰和振动的概念在组装机器人引入环境以及寻址重新配置结构的不确定性,因此创建两个子分类的基础上重新配置:确定的和随机。MSRR确定性重构类型的精确控制结构,装配,重新配置采用闭环控制或先进的传动装置总成。随机的MSRR大多没有控制单元的组装,但通常保留拆卸的能力。因此重新配置在完成一个特定的结构装配和所需的时间从环境因素主要贡献相同。

许多研究人员开发设计微观到宏观尺寸MSRR解决各种场景。完成形式扩展在权衡能力也增加依赖事件发生在周围的环境中。从今以后,MSRR机器人占据体积等于和超过5厘米的立方体被称为宏观结构,模型占据体积小于宏观设计,但肉眼可见被称为微型结构,和设计不容易肉眼可见被称为微观结构。在本文中,我们采用了被广泛接受的分类MSRR-classification基于结构广泛总结研究到目前为止。其他类别的含蓄,同时提供有关运动的细节,尺寸,和机动性。

2.1。晶格结构系统

变质机器人系统(6- - - - - -8)是第一个晶格结构类别机器人设计改变结构在二维环境的能力。作者探讨了六角和平方晶格结构使用变质的机器人系统。模仿机器人的六角形框架开发外结构6伺服电机在每个角落,男性和女性连接器替代双方对接如图2(一个)。成功对接后之间的细胞,每个细胞都可以围绕着周边邻近细胞逐渐改变他们的结构。广场的结构原型晶格结构采用滑动机制使用基于性别运动沿着晶格结构的连接。

村田等人开发了一个二维晶格类别MSRR叫Fracta [9]。个人机器人Fracta由顶部,底部与永久磁铁模块,和一个中间模块配备电磁铁。组装图所示2 (b)。对接过程始于中间层插入层顶部和底部之间的空间邻近模块通过激活电磁铁。使用模块的工作原理进行了测试摩擦少表面上配备了海狸香。

分子(10)是一个3 d结构支持设计由俄文d和每个单元由两个原子和一个直角的键绑定。连接器装有电磁铁存在每个原子的侧脸上。保税两个atom系统被称为“分子”,每个原子有两个自由度(自由度)和一个由电动机提供连接器的脸,另一个由于电机在债券如图2 (c)。整个分子提供了4自由度,可以用来创建任意的结构如墙壁。

Kurokawa等人设计了一个3 d单元(11,12在立方体结构连接器在所有的面孔。每个连接器可以独立沿着轴旋转提供3 d单元6自由度如图2 (d)。所有脸上的连接器连接到一个7 W汽车使用蜗轮机制由独立的电磁驱动切换控制技术为每个手臂。手臂连接使用连接袖能够沿着轴臂来回移动。手的连接安装在袖口关闭在一个极端的滑动位移并打开。

提出的I-Cubes Unsal等人在13,14)是另一个立方体结构机器人设计有两个单位:立方体和链接。立方体的面孔有女性连接器使用锁和钥匙挂载的链接机制。一个多维数据集在给定的时间可以有0到6个链接连接到它的脸。的链接是独立控制multijoint单元之间传输共享和多维数据集。链接构成的水平梁联合中心的两个水平横梁,可以旋转,如图2 (e)。多维数据集可以旋转对链接成功后自锁,因此系统中提供移动立方体礼物。

迷你外形设计称为Microunit [15,16]进一步由吉田et al . Microunit是在两个不同的模型和原型系统中每个模块有方形骨架结构,两个静态女性在对角线两端连接部分和旋转连接部件的其他男性对角如图2 (f)。第一个原型设计可以形成结构在2 d对接控制的扭力弹簧由形状记忆合金(SMA)。设计采用扭力弹簧和闭锁装置加上SMA生成旋转机制。作者还试图进一步小型化模块通过删除控制单元出现在早期的原型和设计第二款提供3 d功能形成结构。

垂直机器人发表在17)是90毫米的立方体结构独立单元。每个多维数据集配备两个手躺在平行的侧脸类似于人类的手,其余的脸是装有磁性表。的细胞能够延长手和旋转相同的只有表面沿轴正常安装。机器人的设计促进运动只有在垂直面和因此堆积是唯一支持的导航方法。两个机器人的手可以停靠起重和对接技术是通过无性的锁和钥匙被动连接器。手的扩展是使用滑动机制控制。

水晶(18)是一个长方体结构的机器人,一边脸上扩张和收缩功能。扩张和收缩的同时面临着各方执行使用齿条与齿轮机制。活动连接机制存在两个相邻一侧脸和被动连接器机制存在于人。由于系统不是为了对接在顶部和底部的面孔,水晶MSRR结构是有限的二维场景。telecubes模块(19)由Suh等人是一种即兴创作水晶设计支持3 d结构。每个模块可以上的六个面的扩张和收缩的方向正常面对类似于水晶。不像水晶,telecubes可以移动在纵轴,因此形成三维结构的能力。每个面对telecubes模块分为四个象限的磁极件奇怪和磁性金属与斜面甚至象限边界为被动对接。模块夫妇相互接近时自连接板是镜像和SMA弹簧出现在系统里面把磁极部件出坞。立方结构模块,EM-cubes发表在20.),还采用磁铁四脸上对接和运动。永久磁铁安装提供公司焊接和电磁铁促进运动。电磁铁被激活或者创建吸引力和排斥力同时生成两力在两端运动的多维数据集。

M-blocks Romanishin等人开发的是立方体MSRR原型在两个版本:M-blocks [21)和3 d M-blocks (22]。M-blocks和3 d M-blocks配有一个惯性执行机构在身体中心申请转矩控制模块的质量中心,因此旋转M-block MSRR顺时针和逆时针方向。个人运动的M-block细胞功能对接和协调运动。的脸和边缘模型嵌入永磁体如图3。快速加速和减速内部旋转机制源模块的运动和边缘磁铁控制运动其他机器人使用主行动。面对磁铁之间的对齐模块后运动的支持。M-blocks提供驱动单方向和3 d M-blocks可以开动六个方向通过改变惯性执行机构方向的三个正交轴的三维运动。一个迷你MSRR形式因素,偷窃[23),是专为形成晶格结构的3 d环境的援助。三面立方结构发牢骚配有可切换的磁铁和其余的脸钢板覆盖着。磁铁放置远离避免板材的几何中心之间的排斥力量磁铁的两个机器人在对接。磁铁开关是由内部控制微控制器通过红外收发器通信,因此提供的功能保留结构发牢骚MSRR。偷窃的MSRR属于随机一类的聚合和运动环境的依赖。鹅卵石(24)是另一个随机类立方结构设计形式在二维晶格结构。四方脸的机器人可以作为连接板由于其内部接触四个定制设计electropermanent磁铁。

白等人提出了随机机器人模块原型与一两个模型只支持2 d结构(25)和另一个支持3 d结构(26]。二维结构模块的设计在两个三角形和方形基础结构。双方一个模块的基本配备电磁耦合。固定或浮动是由电磁铁的驱动和deactuation通过H-bridges启用。随机的3 d版本模块立方结构的10厘米与永久磁铁放置径向从每个面中心和电磁铁的中心。自锁/拉开插栓是由电磁铁的极性。可编程的部分(27]MSRR是另一个随机类机器人三角底盘装有自锁机制。每一方都配有固定磁铁和一个旋转磁铁控制的直流电机放置彼此相邻。在闭锁过程中,模块的固定磁铁面临其他机器人模块的旋转磁铁。因此,模块可以通过缩回驶离码头旋转磁铁的自我和周边模块。红外传感器插入到处理模块之间的通信。X-BOT [28,29日]MSRR由“X”形长方体模块能够形成二维结构随机。每条腿的“X”形配备一双兼容的武器与磁铁提示如图4。手臂一起债券不同的模块,耦合/去耦过程由推拉控制过程由SMA电线框架和手臂受伤。

ATRON模块提出了(30.,31日)是一个晶格结构设计以及最小的灵活性形成链结构3 d如图5。模块由两个半球安装在平面上相互,每个半球能够独立旋转180°。两个钩子(活跃的男性)和两个被动女性连接器等距放置在外围每个半球的候补位置方便对接。钩子是由蜗杆齿轮和女性连接器是两个刚性酒吧坚定地连接到底盘的模块。半球对另一个提供的旋转运动的结构。

四足动物的结构化石油MSRR [32)由塞伦等人是一个自动的晶格类别设计提出了形成三维结构。中央枢纽和四条腿一起构成一个单元的四足动物的形状。腿的每个自由端连接到车轮提供一个景深沿着腿轴,另一个景深是添加在中央腿垂直于轴的旋转中心45°。车轮也提出了扮演一个角色在各种石油模块之间的连接板形成复杂的结构类似于宠物。红外传感器连接器脸上呈现艾滋病对齐的对接。槽针和削孔连接表面来校准和旋转后彼此相反,随着磁铁支持对接是成功完成。

2.2。链结构系统

CEBOT [33,34]MSRR属于移动类别包括异构模块和两个硬件原型称为系列I和II。设计促进3 d结构形成和包含三种类型的细胞:(一)轮移动细胞。(b)旋转接头单元。(c)弯曲关节细胞。细胞在底部装有海狸香摩擦少运动和配有男性和女性连接器对接。轮子移动单元如图6有移动功能启动对接与必要的细胞。活跃的细胞是装有SMA连接器闭锁的插头对接和位置传感器安装在细胞提供时间反馈对接过程。细胞系列我为对接需要精确的控制和调整。系列二中的细胞取代锥形女套接字与蜗轮活跃锁机制,而不是SMA,同时保持相同的对接过程。细胞的物理特性CEBOT列出表1。

Endo等人开发了ACM MSRR模仿蛇一样的链结构的2 d。ACM MSRR有三个不同版本:ACM (35],ACM-R2 [36],ACM-R3 [37]。每个单元在ACM轮式广场底盘机器人没有任何驱动器控制个人机动性。伺服电机是装备每个单位的背后机器人在关节轴旋转。这种个人的ACM MSRR结合齐次单位手工组装。ACM-R2是改善ACM MSRR,并形成三维结构的能力。的ACM-R2 MSRR配备俯仰和偏航马达之间的联合单位单位证明2自由度。ACM-R3设计使用自定义框架的身体和车轮提供强大支持的3 d结构的形成和促进手工组装的机器人90°抵消彼此。

小布朗等人原型称为Millibot双边履带式汽车(38)能够形成二维结构等应用运动不平坦的地形,爬楼梯,等等。的Millibot MSRR大约是一个椭圆结构机器人能够self-docking使用男性和女性连接器通过自锁机制由SMA驱动,如图7(一)。男性连接器安装在前面的垂直升降机能够解除对象的帮助下谐波驱动器。Amoeba-I [39,40)是另一个跟踪MSRR self-mobility刘等人提出的形成三维结构。每个单元是一个椭圆跟踪结构的本身和配备了俯仰关节和偏向一侧关节。机器人当手动连接使用物理链路提供不同的景深,如图7 (b)。的amoeba-I MSRR运动组合有很多根据定位模块之间的联系以及驱动相应的关节。李等人开发的简易版的Millibot, JL - 1 (41和JL - 242],景深每个机器人通过提供偏航和俯仰控制机制以及基于设备的对接机制为代价的机器人的重量。早些时候JL-1和JL-2之间的主要区别是采用自锁机制对接,后来采用夹持对接。夹在JL-2也可以利用机械臂持有对象的环境。Lyder等人发表的托尔(43]MSRR模块化块组成。块分析开发了汽车、齿轮、直角关节,齿轮和轮子,可以用于形成各种单一机器人结构类似于乐高的结构。可以在各种配置组装块由于对称块设计和托尔是一个机器人等夹具使用构建块。托尔机器人装有轮子的流动性和钳子码头与周边模块等等,因此使它成为MSRR。

Yim设计多足(44]MSRR属于链结构的类别和功能形成三维结构。多足包含两种类型的模块:段和节点。节点刚性模块每个脸上在立方体结构单一的连接器提供6个连接器从电池。使用条10段形成联系提供两个自由度系统,能够扩大或收缩的长度以及向左右倾斜。段和节点一起促进形成复杂结构的3 d如图8。

多足使用小型直流电机驱动和位置传感器用于测量角度的联系。控制架构中实现三个层次和最高水平决定的行为模式,执行行为模式的中间水平,低水平翻译命令执行机构关节空间。模块之间的连接板也便于电力和通讯的电气连接。尽管没有轮子的系统能够运动像蛇,卡特彼勒滚动轨迹转动,月球散步跳舞,等等。

Castano等人设计CONRO [45]MSSR形成3 d结构像蛇和昆虫。每个模块在CONRO由三个部分组成:(一)被动的连接器。(b)的身体。(c)活跃的连接器。两个伺服电机转动轴在垂直方向连接到身体,代表图9。场上运动活跃的连接器和身体之间的连接。偏航电机连接到身体和被动的连接器。对接机制和通信处理使用红外收发器的反馈目前的主动和被动的连接器。SMA装备锁定后系统出现在被动连接器锁存模块一起成功的对接。基于激素的集中和分散控制的协调运动模块化机器人研究CONRO机器人(46,47]。进一步的研究在CONRO机器人模块对接和对齐问题解决(详细48]。

莫德雷德(49]MSRR Dasgupta等人提出的类似于CONRO MSRR景深的修改。莫德雷德机器人由3长方体块2节汽车:在第一块和其他在最后一块。一个移动电机放置在距电机在最后一块债券伸长的水平面之间的中心和最后一块。一卷电机放置在中心块旋转块对中心块前面。第一个和最后一个块配有支架与凹槽和固定针连接器结构广场以及电磁闭锁控制机制。

Polybot [50,51]MSRR连锁结构启发机器人设计能够形成三维结构。多足是一个立方结构原型的三个主要版本:G1, G2和G3。Polybot的G1版本是一个快速原型与连接板在前后5厘米的立方体。连接板方向彼此可以改变与直流电机安装在立方体的旋转轴是正常的侧脸。G1原型没有自锁机制,拉开插栓,因此对接是手动完成的。自连接板配有槽销和孔对称,可以停靠两个polybot G1模块背靠背即使90°补偿。Polybot G2类似于G1和另外配备机电门闩和SMA由软件控制。对接机制指导下红外收发器安装在面板和机器人如图10。Polybot G3小型化模块与维度在50岁左右5050毫米³。G1和G2版本的外部可见直流电机是由内部通过改变直流盘式电动机的机制与谐波齿轮以及活跃的制动特性。

Transmote [52)模块设计类似于Polybot主要区别在闭锁机制和连接表面的数量。正面面对transmote配备一个锥形结构用于与女性插座对接出席的机器人。transmote捻便利和锁定机构由伺服电机控制机器人之间的对接。的transmote MSRR一侧连接提供面对连同前后面临提供一些3 d结构更稳定。的GZ-I MSRR机器人模块提出了(53)类似于transmote三个连接器脸和物理结构略有不同。GZ-I模块不配备对接传感器、致动器等等,因此手工组装。

YaMor [54]机器人是一种半圆柱形盒结构机器人能够形成二维链结构。三束形状”⊔“连接的半圆柱形盒免费在梁的两端。每个机器人模块有一个自由度,系统不支持自动对接。尼龙搭扣放在梁、侧脸,和后面的机器人用于手动对接与周边模块。YaMor机器人是一个完整的具有无线通信功能的集成解决方案和FPGA可重构计算的目的。

2.3。混合结构体系

Mondada等人开发了一个完全集成自主机器人叫S-BOT [55- - - - - -62年)能够形成晶格结构在3 d和2 d和链结构因此混合的一类机器人。机器人是一个圆柱形结构跟踪机器人为研究群机器人设计的。定位和导航的机器人能够在凹凸不平的地形。机器人采用夹持对接机制与环的外围机器人。自从在外围环存在,几乎可以从各个方向进行对接。光学传感器在夹持模块形成一个封闭的控制回路提供反馈对接过程。S-Bot采用相同的模块化机器人的功能,如模块化和重新配置。

米³MSRR研究由kutz等人能够形成三维链和晶格结构与流动特性和开发的两个版本:M³(63年)和M³表达(64年]。模块是“L”形模型与两个轮子两边平行的光束,一个全向轮外表面上短梁表面平行和垂直于常见的另外两个轮子转动轴,如图11。车轮扮演双重角色,使移动和连接板对接。M³车轮上的模块配备两个钩子隔开180°。单位是锁住一起当车轮两个模块来面对一个偏移量180°和360°。自定义设计的滑环救援机器人对接以及流动使用相同的车轮。在米³表达模块每个轮子配备两个磁铁的两端直径、轭和四个锁针。约克斯集团是连接到伺服电机滑动机制激活一个磁盘与金属螺丝。磁盘通常是由于内部弹簧和分离的驱动伺服电机挂载磁盘陷入车轮将车轮的金属螺丝在面对其他直径的两端对接。

Imobot [65年,66年)是另一个移动混合MSRR原型由哈利et al . iMobot MSRR是长方体结构由装配两个半圆柱形模块如图12。装备iMobot的侧脸削薄片能够不断旋转,因此提供移动机器人的能力。半圆柱形模块能够独立轴旋转180°。四个旋转机制共同援助iMobot模仿动作如爬行,滚,站和晶格链结构。iMobot模块可以手动组装所有的边,从而形成大量的实时应用程序所需的各种复杂的结构。

上(67年]MSRR设计类似于iMobot组成的一个单一的半圆柱形立方结构三的四方脸上的立方体配有圆形盘。两个圆形盘平行脸上运动中扮演双重角色和对接和第三后滚动相邻模块对接。另一个内部电机提供俯仰运动能力系统提升第三轮。使用正交放置齿轮运动设计。每个面设有四个磁铁极性相同的磁铁占据替代位置,因此一次八磁铁参与对接当连接板脸互相抵消的90°和270°。对接键选择器目前在内部通过所有面临的中心可以扩展为驶离码头创造必要的差距。

Trimobot [68年)是一个完全集成的移动类别六角MSRR能够形成晶格结构的2 d和3 d链结构。机器人是内部装备三全向轮交替的六角结构在二维平面上运动。双方trimobot是固定的5被动连接的脸和一个活动连接在外面。音高与积极共同嵌入连接器脸的一侧六角形结构,以促进提升的模块在垂直平面上,因此形成链结构在3 d。活动连接器的脸也配备了照相机用于对接。启用了对接使用四个钩子在积极使用旋转连接器的脸和控制机制。钩子被激活在对接时的被动和主动连接器面临各个模块彼此的脸。

M-Tran混合配置模块化机器人能够形成三维结构晶格和链配置和有三个版本:M-Tran我69年,70年],M-Tran II [71年,72年第三,M-Tran (73年]。M-Tran机器人系统包括主动和被动半圆柱形的模块结构和链接永久固定在活动单元,如图13。主动和被动模块和链接配有四个永久磁铁在一个方形结构外脸上提供三个连接表面每一个模块和两个连接表面上链接。被动单元可以在活跃的耦合单元在两个不同的角方向,0°、360°和90°和270°,由于磁铁的对齐。连接表面也旨在援助模块之间的电气连接。伺服电机出现在活动单元启用链接的旋转和单位之间的连接建立后的链接出现在主动单位进入被动单元。闭锁过程由SMA控制线圈通过扩展或收回磁铁被动与磁铁单位对接链接。M-Tran II门闩/拉开插栓与被动部分在89更高的效率与M-Tran我权衡观察的时间提高了扭矩和硬件用于传感和控制目的。M-Tran III是一个简易的设计相对于以前的版本。链接之间的闭锁/拉开插栓和被动控制的部分是钩子取代汽车,因此提供更稳定的连接。

Superbot模块提出了(74年,75年)是由永久粘合两个半圆柱形细胞使用链接类似iMobot MSRR。旋转180°的细胞能够沿着各自的轴,也可以对债券绑定它们。的superbot MSRR连接器在脸上做总共6个连接器用于每个superbot模块。旋转债券和两个细胞一起提供3自由度superbot模块:180°偏航,球场180°和270°。superbot能够形成晶格和链接结构,从而使其混合的一类机器人。CKbot [76年]MSRR严等人提出的设计类似于上MSRR self-mobility和轧制能力减少个人单位。的CKbot MSRR autodocking /解锁功能通过磁脸也通过螺丝是否需要手工组装等等。的CKbot MSRR旨在测试机器人系统的自我修复的能力,借助视觉后突然爆炸等事件。

发达Molecubes Zykov等人[77年),一个基于立方结构混合MSRR类别。多维数据集是两部分的组装由分裂立方结构沿平面垂直于10厘米最长的对角线,如图14。立方体的一半可以旋转对另一个的倍数120°的帮助下内部伺服电机加上蜗轮。系统能够形成链接和晶格结构。中心周围的永久磁铁极现在面临着促进耦合和电磁铁的极性中心可以用于切断或加强债券。

UBot [78年- - - - - -80年]MSRR系统由立方结构的细胞能够旋转的离散步骤最长对角Molecubes相似。内部面临的是促进旋转削。UBot机器人细胞分为主动和被动与主动模块提供四个主动连接接口模块和被动模块提供4个被动连接接口。主动和被动模块有相同的外部结构和旋转机制。钩子上活跃的连接接口使公司与被动对接连接器。主动和被动模块使用钩锁住和滑动机制指导下位置传感器形成晶格和链结构在3 d UBot混合的一类机器人。

Roombots [81年,82年]MSRR是另一个混合架构设计在3 d从链接和晶格结构。每个roombot机器人有两个细胞的球形结构结合在一起,每个细胞都是一个组合的两个半球安装在面临着如图15。运动是通过三个齿轮马达:一个细胞之间的纽带,一个存在于每个细胞对另一半球旋转。每个roombot机器人可以配备10活跃连接相邻模块1主动连接从半球体和8被动连接。各种roombots之间的连接机制是实现机械门闩举行相邻模块在洞出现在表面。

Soldercubes [83年,84年)由Neubert等人是一个混合类别MSRR形状的单个Soldercube roombots的类似于双cell细胞结构。六个无性的连接器的每个细胞促进模块之间的对接和协调运动。连接器的面孔都是专门定制的对称设计PCB板焊接触。连接器脸上的联系人可以在低温熔体在传输电流,因此使债券模块之间形成结构以及机械和电气连接。债券可以被融化的联系人使用相同的机制。Soldercubes模块嵌入机制为单一旋转连接器模块提供单自由度但促进各种与类似的模块对接后景深。

2.4。桁架结构系统

哈姆林等人设计了一个基于桁架MSRR-tetrobot [85年,86年)形成随机结构使用异构单元:链接和关节。中的链接tetrobot圆柱棒固定长度和重新配置只在关节的支持。三轴同心多链路球形关节的能力扩张和收缩在3 d设计三个链接在一起。关节之间的装配和链接以及重新配置执行通过控制关节使用汽车。Ramchurn等人提出了概念桁架设计MSRR-ORTHO-BOT [87年]伸缩连接有环形线圈两端和分裂与一个环形线圈连接链接通过转动关节。split-toroid联合艾滋病在模块间的互连提供2自由度旋转。协调系统的运动模拟昆虫等结构。

奥丁(88年]MSRR包括异构单位:立方封闭包装(CCP)关节和伸缩链接功能以3 d形式结构如图16。中国共产党内部有十二个女性连接器插座,每个女性PCB连接器。伸缩链接是可扩展的圆柱形结构灵活连接器两端配有男性PCB连接器。模块不能自主对接和手动安装。关节作为权力分享和控制器之间的通信接口在链接。大闪蝶(89年]桁架系统由玉等人由活动链接、被动的链接和关节。活动链接可以扩张和收缩由于内部驱动的汽车和被动扩张和收缩由于外力的链接。链接是连在一起的手动使用立方结构连接单元与每个脸上一个连接器。表面膜覆盖在3 d-skeleton结构形成使用链接和关节实现结构像传送带适应拓扑。Hjelle和利普森发达铰链MSRR [90年重新配置桁架结构。桁架系统作为试验台的设计类似于奥丁MSRR。关节有18个女性连接器和struts被动气缸固定线程插入。而不是提供运动在struts或关节,铰链的机器人动作从一个支柱到另一个,直到它到达目的地和旋转伺服系统的struts的帮助下坚定持有,因此重新配置结构。

变形材料的概念(91年),修改和利普森推出了可编程结构。链接和节点的系统包括通用桁架系统。颗粒材料的链接是梁而不是静态的金属结构。梁之间的节点是连接器支持束粒状材料的转移从一个到另一个地方。节点能够干扰运动,因此修改梁的刚度变化的结构。加洛韦等人开发了一个可重构桁架系统称为工厂(92年)来演示autoassembly桁架结构系统的想法。CKBots配备机械手用于组装的自定义结构通过将各种元素在一起。关节与被动因素地板MSRR立方体结构连接器在每个脸和struts是空心长方体棒触手两端对接。迫切的行动由机械手的中心支柱内部创建几个力导致的触手。

3所示。自由格式的结构系统

Tokashiki et al。93年]原型MSRR形成自由格式的结构在二维的能力。圆柱形结构化MSRR(称为今后变换)是在顶部和底部装有齿轮缸驱动的汽车,如图17。周围的机器人也配备了六极磁铁外围提供焊接机器人之间的吸引力。机器人可以移动的齿轮相邻模块与磁铁相互锁维护系统的结构完整性。戈尔茨坦等人开发了圆柱结构MSRR名叫Claytronics [94年- - - - - -96年44毫米直径的2 d展示各种结构。圆柱结构的外围设有24球下面的两个环呈现一个电磁铁。机器人本身是不动的,需要支持邻国机器人形成的结构以及运动(少摩擦表面)。模块接触点由于电磁铁的形状,因此可以实现各种结构以更快的速度比其他锁定和旋转结构。粘液(97年,98年)是另一个圆柱设计能够形成自由格式的结构类似于Claytronics MSRR。黏液MSRR配备6螺线管控制一个60°360°的外围部分。每个气缸部分配有尼龙搭扣与邻近的机器人。空气弹簧作用受气动缸可以扩展和收缩的气缸部分和机器人之间打破债券。额外的电磁向下放置控件的位置对地面摩擦板的附件/分离过程中增加/减少摩擦。迷你外形MSRR, Catoms [99年),是另一个圆柱结构利用静电力运动。的Catoms MSRR由一个1毫米直径的圆柱晶片和电极条放置垂直圆柱体的外围地区。电极是采购,这样每一个备用电极持有相反极性的指控。结构的稳定性是由静态字段和运动机制是通过改变电极的极性控制模块。

刮开MSRR微观形式因素,MEMS (One hundred.,101年),是由唐纳德等人形成自由格式的结构。模块由一只手臂和一个刮开形成一个“L”形结构,其结构是由电压控制的应用模块。长束作为抓把驱动和短梁结构用于运动。底面的脉动电压应用于系统创建各种结构的胳膊,抓开不同的摩擦效应导致了运动。作者研究了各种控制算法和运动策略调整机器人的结构需要使用脉动电压。

MSRR模块总结到目前为止设计等各种形状的正方形和三角形2 d场景和立方体,长方体、圆柱体,为3 d场景等等这样的模块可以有最大的接触表面的对接与邻国,同时提供稳定协调结构环境中采用。个人MSRR模块之间的接口机制对接还在重组系统中扮演着至关重要的作用。许多研究人员提倡对齐问题在搬迁的模块和接口的稳定性来处理负载增加。大量的传感器和致动器组件加上自主交会对接的精确对接算法试图MSRR模块。模式采用连接接口可以列为男,女,主动和被动接口。活动连接接口通常使用机械/电气驱动总成进行对接和同样的缺席被动连接接口。被动连接接口仍然导致对接由于存在被动永久磁铁等材料,套接字螺丝,尼龙搭扣,等等。主动和被动的术语是广泛应用于无性的对接机制和基于性别区分接口对接设计使用男性和女性连接的面孔。

表2提供了一个广泛的比较各种MSRR机器人设计在前面的小节解释道。按类别列出的比较中提到的人物1。因为形状通常定义了结构的鲁棒性和致动器的数量以及类型的致动器定义了参数形式因素和功耗等,致动器的细节和结构也上市。连接的面孔、结构和数量的连接在每个MSRR模块帮助识别可能的结构可能当可视化与机器人模块的形状。自连接的脸是使用广泛的技术,实现各种术语采用分类。连接的数量列在表2列表MSRR单个机器人模块的设计细节,并分为两个subcolumns:主动和被动类型时提供更好的可视化解释运动的能力。机器人模块的条目连接面临列列为男(M),女(F)和双重角色(DL,主动和被动接口存在相同的脸上)。对于存在异构模块MSRR设计、上市数量是主动和被动的总接口在不同的单位。

4所示。结论

研究MSRR也扩展到机器人开发环境的发展,通信协议(有线和无线)、中间件开发(106年,107年),改善人机界面等等,通常加上MSRR机器人模块提供一个完整的平台快速发展MSRR算法研究,原型验证,等等。在这样的平台上和协议细节不在本文的范围之内,因此不总结。

本文总结各种模块化self-reconfigurable机器人结构形式而言,提供流动性,结构功能,和重构策略。研究MSRR可以可视化的总结是一个深深创作过程采用技术从力学和电子产品,还需要深入了解各种传感器和驱动技术的利和弊。研究涉及到密集的原型和许多MSRR模型在过去的研究开发有限的自治能力可以再研究将微型传感器和致动器组件的可用性。本文打算为未来的研究提供初步研究通过提供各种创新、策略和技术用于MSRR研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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