談細(xì)胞機器人轉(zhuǎn)動與連接單元結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要：本文主要研究的是一種基于齒輪齒條傳動的空間細(xì)胞機器人，它是由滑塊、十字導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支桿、支撐板、導(dǎo)軌組件、帶溝槽的錐齒輪、不完全錐齒輪、伺服電機、齒條、殼體端蓋、傳動軸和不完全圓柱齒輪等組成。伺服電機帶動不完全圓柱齒輪和不完全錐齒輪進行同步轉(zhuǎn)動，同時帶動齒條移動，進而推動與齒條相連的十字導(dǎo)軌與導(dǎo)軌組件向前移動，完成直線驅(qū)動工作；當(dāng)不完全錐齒輪的有齒部分與溝槽錐齒輪相互嚙合時，四組導(dǎo)軌組件沿殼體端蓋的溝槽徑向移動，完成轉(zhuǎn)動驅(qū)動工作；當(dāng)兩個相連接的空間細(xì)胞機器人斷開時，伺服電機反轉(zhuǎn)，不完全圓柱齒輪和與齒條共同作用，四組導(dǎo)軌組件開始縮回，回到初始位置，完成空間細(xì)胞機器人的分離斷開工作。

關(guān)鍵詞：空間細(xì)胞機器人；模塊；齒輪；齒條

1研究意義

傳統(tǒng)機器人生產(chǎn)制造理念在于對某一事物的制造生產(chǎn)用途具有針對性的要求而制造，而對于其相應(yīng)的制造性成本偏高，功能性單一兼容性差但是如果通過自重機器人的改裝就可以實現(xiàn)機器人的復(fù)合型工作，雖然單體的自主工作實現(xiàn)能力差，但是合在一起可以實現(xiàn)最大程度的功能化，相對更加復(fù)雜的任務(wù)，復(fù)合型機器人具有更加強大的能力來實現(xiàn)工作完成收益，加強其相對實用性并且空間細(xì)胞機器人較于傳統(tǒng)的機器人來說具有更加無法比擬的優(yōu)勢：

1.1自重構(gòu)功能

細(xì)胞機器人針對于相關(guān)的環(huán)境與對應(yīng)的任務(wù)選擇可提供出不同的模式選擇模式，針對于相應(yīng)的環(huán)境與任務(wù)選擇做出對應(yīng)配置目標(biāo)重構(gòu)功能，針對不同環(huán)境可作出相應(yīng)的最合理選擇，加強對不可確定性的任務(wù)完成加大保障，并且更好的完成相應(yīng)任務(wù)。

1.2自修復(fù)功能

對于工作的機器人構(gòu)建模塊發(fā)生問題時其其他相應(yīng)的構(gòu)建模塊可以對其進行修復(fù)，并相應(yīng)的構(gòu)建模塊可以保證其進行有效的替換，從而保證任務(wù)合理有效地進行。

1.3功能擴展性

因為其構(gòu)成相應(yīng)模塊的機器人具有不同的機械與電氣性接口，通過不同的相應(yīng)功能模塊可以實現(xiàn)對應(yīng)的機器配置與相應(yīng)功能。

1.4自我適應(yīng)性

機器人的相對應(yīng)修復(fù)以及重建功能決定了機器人具有相應(yīng)的良好適應(yīng)性，從而使其具有良好的自我環(huán)境適應(yīng)性與結(jié)構(gòu)化的環(huán)境適應(yīng)性，用來適應(yīng)環(huán)境。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前，針對于自重構(gòu)機器人模塊設(shè)計，現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在兩個方面：其一為模塊單元的功能結(jié)構(gòu)，其二為連接與組合方式。機器人的模塊單元結(jié)構(gòu)是具有相同與不同的結(jié)構(gòu)與功能是否相同，其可認(rèn)為同構(gòu)與異構(gòu)的兩種類型，并且異構(gòu)的在設(shè)計之時便具有相應(yīng)的針對性，適應(yīng)于某些特定功能的場景但是由于某些異類模塊的構(gòu)成使其具有了特定功能犧牲了其具有的互換性和通用性。因此，在已有的典型自重構(gòu)機器人原型中，大多數(shù)采用了同構(gòu)方式。

2.1單元模塊的連接和組合方式

根據(jù)重構(gòu)方式的不同，自重構(gòu)機器人主要可以分為點陣式、串聯(lián)式、移動式三種。其中針對點陣式的機器人構(gòu)成主要特點就在整個構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)空間上擁有詳細(xì)合理的位置，通過相應(yīng)的組成和構(gòu)成具有不同的系統(tǒng)性形狀，成為具有相應(yīng)性質(zhì)的整體構(gòu)成，串聯(lián)式自重構(gòu)機器人利用模塊串聯(lián)成為串聯(lián)式或分支的樹狀結(jié)構(gòu)，通過模塊間的相對運動形成整體機器人的宏觀移動，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的各種運動模式。相應(yīng)模塊進行部分運動機器的相關(guān)副關(guān)節(jié)運動，通過相應(yīng)的整體控制進行其對于整個移動獨立的進行從而實現(xiàn)其整體獨立自主完成任務(wù)的可能。

2.2連接機構(gòu)是自重構(gòu)機器人細(xì)胞模塊的關(guān)鍵組成

細(xì)胞是自重構(gòu)機器人的最小組成單元，細(xì)胞的功能直接決定所組成機器人的重構(gòu)能力、運動能力，進而影響機器人所采用的控制系統(tǒng)、重構(gòu)算法以及運動規(guī)劃的復(fù)雜性。其中對于自我重構(gòu)的機器人自身情況出發(fā)，通過其相應(yīng)的對比分析來看其對應(yīng)的相對靈活性與控制性出發(fā)從而搭配最簡單的構(gòu)成關(guān)鍵。從提高控制系統(tǒng)的靈活性及細(xì)胞單元運動的穩(wěn)定性角度出發(fā)，確定細(xì)胞單元的外形及自由度搭配方案；進而根據(jù)模塊的功能組成，對模塊的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、連接機構(gòu)進行詳細(xì)設(shè)計。對機器人的塑造與構(gòu)成之間其機器人細(xì)胞模塊均具有重要的作用。針對連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，以能夠?qū)崿F(xiàn)直線驅(qū)動部分和轉(zhuǎn)動驅(qū)動部分相配合為目標(biāo)，通過理論計算確定連接機構(gòu)的尺寸。在尺寸確定的基礎(chǔ)上，對連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)設(shè)計，為減輕細(xì)胞單元的質(zhì)量，設(shè)計過程中考慮一些零部件的輕量化問題。

3結(jié)論

空間細(xì)胞機器人作為一種自重構(gòu)模塊化機器人具有一般模塊化機器人的共性——其能夠?qū)τ谙鄳?yīng)的環(huán)境做出自己相應(yīng)的反映，根據(jù)其相應(yīng)的任務(wù)以及環(huán)境做出相應(yīng)的反映，針對不同的任務(wù)與相應(yīng)的自身結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的基本模型反映。根據(jù)相應(yīng)的某塊特點以及其相應(yīng)的建構(gòu)模型，因此其構(gòu)型描述、自重構(gòu)規(guī)劃更加復(fù)雜。針對細(xì)胞機器人特點，本文主要研究內(nèi)容有：細(xì)胞機器人的構(gòu)建情況類型以及其構(gòu)型數(shù)學(xué)描述、自重構(gòu)過程規(guī)劃、自重構(gòu)過程細(xì)胞（組織）自主連接研究。針對于對空間細(xì)胞機器人的相應(yīng)構(gòu)建情況可以進行對應(yīng)的過程進行部分動作仿真從而加強其對于相應(yīng)的自主策略以及自我驗證的可行性。通過不同模塊的進行組合拆分從未達到其對應(yīng)自主鏈接策略的可行性。對于自主細(xì)胞機器人的優(yōu)化與模塊的自重構(gòu)成以及其自我完善與自我重構(gòu)能力進行相應(yīng)的分析，通過最合理的情況解析從而達到最優(yōu)解對其相應(yīng)的解決達到最優(yōu)程序，其中現(xiàn)階段對于自主優(yōu)化模塊型機器人具有詳細(xì)的廣泛的模式結(jié)構(gòu)，其相對于自身涉及到的方面也相當(dāng)廣泛，本文只對空間細(xì)胞機器人的從初始構(gòu)型到目標(biāo)構(gòu)型的自重構(gòu)過程以及自主連接進行研究，因此還有許多問題需要進一步研究與解決。

參考文獻

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作者：唐聰 單位：黑龍江工商學(xué)院