水下模块化自重构机器人模块碰撞快速检测算法.docVIP

 水下模块化自重构机器人模块碰撞快速检 测算法# 徐雪松* 5 10 15 20 25 30 35 40 （上海交通大学船建学院） 摘要：USS 机器人是一种水下模块化自重构机器人，该机器人系统在运动和自重构过程中 需要快速的模块碰撞检测方法，以提高其运动效率。针对这个问题，提出一种“自相似分 割”的快速检测方法，它的计算速度要比通常的模块碰撞算法快得多，适用于 USS 机器人 的模块碰撞快速检测中。 关键词：海洋工程；自重构机器人；模块化自重构机器人；碰撞检测；碰撞快速检测算法 中图分类号：TP242.3 Fast modular collision detection algorithm of underwater modular self-reconfigurable robots XU Xuesong (School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University) Abstract: USS was a kind of underwater modular self-reconfigurable robots, which could locomote and reconfigure in the underwater environment. But the robotic system needs a kind of fast modular collision detection because the modular mutual movements occur continually in the locomotion and reconfiguration. For the problem of fast collision detection, a ‘self-resembled division’ algorithm is presented, which can detect the collision faster than the traditional algorithm. Though this fast algorithm has small amounts of error, it can be fit for modular collision detection in the locomotion and reconfiguration of USS admirably. Key words: self-reconfigurable robot; modular self-reconfigurable robot; collision detection; fast collision detection algorithm 0 引言 水下模块化自重构机器人（Underwater Modular Self-Reconfigurable Robot,简称 UMSR 机器人）是一种新型的水下机器人，它由若干个相互可替换的模块组成，可根据水下环境和 作业任务的变化，自主地调整自身构形拓扑来满足水下自生存要求[1,2]。相对于其它类型的 水下机器人，它的显著优势在于自身的模块化和自重构性[2,3]。模块化使其局部损坏的模块 可由系统中冗余的备用模块替换，这样系统局部模块的损坏不会影响整个机器人系统的作业 运动。自重构性使其能实现构形拓扑之间的转换，从而自主地适应各种环境和作业任务变化 的需求，这使其能用于那些普通水下机器人无法适应的复杂场合。 本文所要讲述的是一种称为 USS 的水下模块化自重构机器人系统，它的每个模块由两 类子模块的任意组合构成。这两类子模块分别为转动模块和对接模块，如图 1 所示，转动模 块有两个对接面和一个旋转自由度，它的主要目的是为组合模块提供转动自由度，其实物原 型和虚拟模型如图 1(a)、(b)所示。对接模块目前正在测试中，它的虚拟模型如图 1(c)所示， 它只提供 6 个对接面，主要对接作用。由这两类子模块可组成多种样式的组合模块，如图 2 基金项目：博士点基金青年基金（20090073120013） 作者简介：徐雪松，男，1977 年 1 月出生，2006 年 3 月在上海交通大学船舶海洋结构物设计与制造获博士 学位。2006 年 4 月到 2008 年 3 月在日本九州大学做研究员工作，从事水下工程方面的研究。2008 年 6 月 至今，在上海交通大学船建学院船舶海洋工程系任教. E-mail: xsxu@sjtu.edu.cn -1-  所示，2(a)中的组合模块能提供 6 个对接面和 2 个相互垂直的旋转自由度，2(b)中