模块化自重构多指手自组织变形规划研究

论文摘要

多指手作为机器人的执行器,实现在复杂环境下对物体抓取和操作,引起了人们的广大兴趣。本文在综合分析国内外模块化自重构机器人和多指手研究现状、发展水平的基础上,提出了模块化自重构多指手的概念,深入讨论和研究了模块化自重构多指手构形拓扑转换的智能算法,自组织变形方法,并实现了可视化仿真。首先,在分析典型模块化自重构机器人模块结构的基础上,构建正六面体、晶格型的模块模型,运用特征向量法对其进行描述。建立了模块化自重构多指手模型,给出了邻接矩阵描述法和特征向量矩阵描述法,并建立对应的数学模型。其次,描述了模块化自重构多指手构形的拓扑结构。针对构形拓扑转换进行了规划,并采用遗传模拟退火和蚁群算法进行优化。结果表明,构形拓扑转换的连接变化操作次数被有效地降低,提高了模块化自重构多指手的自重构效率。接着,结合模块的基本运动,采用基于全离散的、智能的变形规划方法,运用简单的纯逻辑的规则来产生分布式的控制算法,从而大大简化了变形的复杂性和变形步骤,实现了模块化自重构多指手的自组织变形。最后,利用VC++/OpenGL开发软件,实现了三维可视化仿真平台,形象地演示了模块化自重构多指手移动、翻越障碍和抓取物体的全过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题提出的背景
• 1.2 多指灵巧手研究现状
• 1.3 模块化自重构机器人研究现状
• 1.3.1 模块化自重构机器人分类
• 1.3.2 模块设计研究现状
• 1.3.3 运动规划研究现状
• 1.4 论文研究意义和主要内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 模块化自重构多指手模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于Agent 结构的模块化自重构多指手的模块模型
• 2.2.1 Agent 原理
• 2.2.2 Agent 的基本结构
• 2.2.3 模块模型构成
• 2.3 模块模型描述
• 2.4 模块化自重构多指手的模型
• 2.5 模型描述
• 2.5.1 模块化自重构机器人模型描述方法
• 2.5.2 模块化自重构多指手模型描述
• 2.6 本章小结
• 第三章 模块化自重构多指手智能变形规划算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 构形拓扑描述
• 3.3 构形拓扑转换规律和过程
• 3.4 构形拓扑转换优化算法
• 3.4.1 基于遗传模拟退火的构形转换算法
• 3.4.2 基于蚁群算法的构形转换算法
• 3.4.3 两种寻优算法比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 模块化自重构多指手变形策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 模块化自重构多指手的变形策略
• 4.2.1 模块的基本运动
• 4.2.2 模块的运动规则
• 4.2.3 建立运动规则集
• 4.3 自组织变形实现
• 4.3.1 模块的运动规划
• 4.3.2 仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 模块化自重构多指手三维可视化仿真
• 5.1 引言
• 5.2 基于OpenGL的模块化自重构多指手几何建模
• 5.2.1 OpenGL技术特点及其工作原理
• 5.2.2 模块化自重构多指手几何建模
• 5.3 三维可视化仿真平台的建立
• 5.3.1 窗口及主菜单的实现
• 5.3.2 平台功能
• 5.4 可视化仿真
• 5.4.1 六模块二指手仿真
• 5.4.2 十二模块三指手仿真
• 5.4.3 结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文