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 可重构机器人系统的模块设计与构型分析# 刘玉斌，陈杰，王卫忠* （哈尔滨工业大学机器人研究所，哈尔滨 150080） 5 10 15 20 摘要：可重构模块化机器人系统的适应性和可重构性取决于模块本身的性能及模块之间的匹 配连接能力。在对机器人的模块进行合理划分的基础上，设计了一套由关节模块、连杆模块、 夹持器模块及快速连接模块等构成的实验模块系统。在智能设计系统开发工具上开发了构型 设计系统，以人机交互方式辅助实现构型的设计，采用层次分析法对构型设计方案进行评价 和决策。 关键词：可重构机器人系统；模块；构型 中图分类号：TP242 Modules design and configurations analysis of reconfigurable modular robot system LIU Yubin, CHEN Jie, WANG Weizhong (State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin institute of technology, Harbin 150080) Abstract: The reconfiguration and adaptability of RMRS are determined by the performance and matching ability of the connectors between the module systems. Based on a rational decomposition of manipulator structure, an experimental module system is designed and implemented, which comprises joint module, link module, gripper and quick coupling mechanism etc. A computer-aided configuration design is developed by means of an interactive environment based on intelligent design software DEST. Analytic hierarchy process (AHP) is used to evaluation and decision-making of configuration schemes. Key words: reconfigurable modular robot system; modules; configurations 25 0 引言 机电一体化产品设计的智能化、柔性化、个性化已成为当前产品开发的主要发展方向。 目前应用的工业机器人，大多根据任务需求和工作环境采用特定的、不可更改的结构形式， 虽然能有效地完成特定的任务，但当应用背景改变时，其拓扑结构，运动学、动力学性能不 30 35 能适应新环境的要求时，往往需要更换其他的机器人，造成生产成本的增加和设备的闲置。 可重构模块化机器人系统(Reconfigurable modular robot system, RMRS)由一系列不同功能和 尺寸特征的、具有一定装配结构的关节模块、连杆模块、末端执行器模块以及相应的驱动、 控制、通信模块等以搭积木的方式构成。RMRS 能根据用户需求构成不同自由度(Degree of freedom, DOF)和构型的机器人系统，以适应多种多样的任务需求和应用场合，提高整个系 统的工作能力和使用效率[1-2]。 1 可重构机器人的模块设计 RMRS 的适应性和可重构性取决于模块本身的性能及模块之间的匹配连接能力[3]。在分 析机器人的一般结构的基础上，提出了 RMRS 的模块划分方案，如图 1 所示。将设计的模 块分为关节模块、连杆模块、末端执行器模块和基础单元模块(辅助模块)，其中关节模块又 基金项目：国家自然科学基金；高等学校博士学科点专项科研基金（20070213087） 作者简介：刘玉斌（1976-），男，讲师，主要研究方向：机器人技术. E-mail: nature9966@163.com -1-  40  分为三种形式：单自由度转动关节、移动关节和多自由度腕关节[4]。 转动关节模块  回转关节 关节模块 移动关节模块 2DOF或3DOF腕关节 关节、连杆连接机构 摆动关节 可重 构机 器人 模块 系统 连杆模块 末端执行器模块 辅助模块 固定长度杆件 可变长度杆件 夹持器：夹持型、吸附型 功能性执行器：刀具、 磨具、焊枪、喷枪等 多