模块化机器人设计
摘要
如今，机器人的发展突飞猛进，机器人服务已经覆盖了人们生活、工作、娱乐的方方方面。随着人类的需求的不断增加，对机器人领域的探索也越走越远，机器人模块化技术已在各个领域的产品研究和开发中广泛应用。于传统机器人相对比，模块化机器人柔性更好，自修复能力强柔性高，且容错性强、成本较低。模块化结构较简单，便于加工，各模块能互相替换，组装快捷简便。由于模块化机器人结构和功能的可重组性，对任务和环境有很强的适应能力。采用模块化技术，有利于机器人的维护和保养，缩短了机器人设计的时间。因此，本文将采用模块化的方法开发一种新机器人系统，希望有利于改善目前机器人控制复杂、通用性差和操作繁琐等问题。本文一共分为六个部分，第一部分绪论主要概括模块化机器人的研究背景、意义和国内外模块化机器人研究现状，第二部分探讨了机器人模块化的设计原理和方法，第三部分主要讨论了机器人控制系统设计，第四部分分析机器人主从控制策略。第五部分概述了机器人构型，最后进行了小结。
关键词：机器人；模块化；系统设计；构型
Abstract
模块化设计的产品举例Nowadays, the development of robots is advancing by leaps and bounds. Robot service has covered all aspects of people's life, work and entertainment. With the increasing demand of human beings, the exploration of robot field is more and more far away. Robot modularization technology has been widely used in product research and development in various fields. Compared with the traditional robot, modular robot is more flexible, self repairing ability, high flexibility, and good fault tolerance and low cost. The modular structure is simple, easy to process, each module can replace each other, and the assembly is quick and easy. Because of the reconfiguration of modular robot structure and function, it has a strong adaptability to task and environment. Modular technology is beneficial to the maintenance and maintenance of robots, and shortens the time of robot design. Therefore, this paper will use modular method to develop a new robot system, in the hope of improving the complexity of robot control, low universality and tedious operation. This paper is divided into six parts, the first part is the introduction mainly summarizes the modular robot research background, significance and research status quo
of inside and outside of the modular robot, the second part discusses the design principle and method of modular robot, the third part mainly discusses the design of robot control system, the fourth part of the analysis of the master-slave robot control strategy. In the fifth part, the configuration of robot is summarized, and finally a brief summary is made.
Key words: robot; modularization; system design; configuration
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
    机器人结构不同，通用性也不一样。研究模块化机器人的意义，主要是为了改善机器人的通用性，因此要设计出改变构型后能完成任务的机器人。模块化机器人可以在不同的任务要求、工作环境下，通过改变自身仅有的几种模块的连接顺序或方式而获得多种不同构型的机器人系统。这些不同的构型之间可以通过简单地改变模块之间连接顺序就可以相互转化。这种组合并不是简单的机械装配，参与的各个模块都是一种集通信、控制、驱动和传动为一体的单元，使组合成的系统满足不同的工作环境或不同的任务要求。相比传统机器人，模块化
机器人具有柔性高、容错性强和自修复能力强、成本低等优点。模块化结构简单，易于加工，各模块之间可以相互替换，实现快速组装。因此，本文将采用模块化的方法研究开发一种新型主机器人系统，以解决目前主机器人通用性差、控制复杂和操作不直观等主要问题。
1.2国内外研究现状
国内外学者在模块化机器人方面的研究成果较丰富，尤其是国外，很多机器人系统已经商业化了，如瑞士的Omega 7.0机器人，法国的MPB Techn机器人，美国研发出的phantom Desktop，以及gies公司生产出的Freedom6S机器人和Haptic Technologies公司开发的Excalibur机器人等。早先研发出的这些机器人在构型上都是固定的，比较死板，无法按照任务要求在构型上作出相应的变化;机器人的自由度完全是固定的，不利于保证主从控制的实时性与稳定性;当实际任务发生改变时，由于主机器人无法胜任工作，必须重新研发其他机器人，造成成本和工作量的增加。可见，主机器人的通用性问题是研发机器人要解决的重要问题。
21世纪以来，国内一些机器人研发部门对模块化机器人展开了深入研究，其中工业机器人的研究最多。张玉华（哈尔滨工业大学机器人研究所）认为可以研发一种模块化可重构的机器
人系统，有利于模块迅速组成多种阵列网格式的整体构型，使模块化机器人整体结构既有阵列式特点，又有串联式的特点;张玉华采用相对方位矩阵来阐释模块间的相对关系以及模块的周围环境，建立了模块化机器人各个模块的运动规则库。

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