[发明专利]自组装模块化机器人单元、机器人、组装及控制方法

说明书

本发明涉及一种自组装模块化机器人单元、机器人、组装及控制方法，通过提供的自组装模块化机器人单元可以自组装，通过感知、控制自主完成与其它机器人与物体的对接，对接后形成的组合体不仅具备整体移动能力还具备关节运动与操作能力，实现从轮式/履带到关节式的复合运动特性。从而可以克服群体机器人之间无连接或者连接弱的特点，实现跨模式的运动，也增加了组合体机器人的结构多样性，如构建成蛇形、多足等机器人形态，组装方式灵活多样，让单个机器人通过组合完成越障、搬运等高于自身能力的任务。

技术领域

本发明涉及模块化机器人技术领域，尤其涉及一种自组装模块化机器人单元、机器人、组装及控制方法。

背景技术

在工业等传统应用领域中，机器人的任务及环境相对固定，多采用构型结构相对固定的移动机器人、关节式机器人，这些机器人在特定工作场景和已知结构信息中可完成特定任务。而在深空探测、灾难救援和家用服务等新兴领域中通常存在多样化、非结构化的任务。例如在星球深空探测、应急救援中，存在表面地形复杂，如高度障碍、楼梯、洞穴等，作业地域广泛，需要完成多种任务，适应不同的工作环境，因此，需要机器人完全自主构建具备强通过能力、多任务适应能力的平台，并在必要时进行结构变换，满足不同需求。以往固定结构机器人受到其单一形态的限制，很难满足多样化和变结构的任务需求。而模块化机器人系统能够利用自组装、自重构等特性在离散或者连接的情况下改变自身构型以适应多种任务，对解决特殊环境下的复杂任务具有重要意义。

模块化机器人主要是通过个体与个体之间、个体与环境之间的局部交互，进行结构重组，产生系统行为，从而具有自重构、自组装等特性。目前，包括(1)晶格式自重构机器人，如MetaMorphic、Catoms、Crystalline、Fraca和M-BLOCK等机器人，模块的自主移动主要依赖组合后模块的运动能力，不具备独立自主移动能力或者连接后不具备关节运动能力；(2)关节式自重构机器人，如PolyBot、CKBot、YaMoR、M-TRAN、Superbot、UBot、Sporiwutz和Roombot等机器人，每个模块一般具有旋转自由度，具有多关节机器人的优势，可形成如机械臂、抓手或者腿等结构，但模块不具备独立自主移动能力；(3)自组装机器人，如S-bot、E-puck和Oung的自组装飞行阵列等，一群模块可通过移动、相互连接，自动从离散状态组装成设定结构。

目前晶格式机器人适用于自重构特性的研究，自重构规划也多数基于此类机器人。关节式机器人适合于执行任务，比如运动行走、抓取物体等，但由于局限的形态扩展能力，在自重构方面较晶格式少，但在任务环境中的应用场景较多。而模块化机器人自组装的维度受到本身自由度的限制，多局限在二维平面内。

因此，为实现关节式结构作业强、群体结构移动强的组合优势，提出具备关节与移动能力的群体移动自组装模块化机器人，离散机器人群体通过局部简单行为组装成系统结构，将自组装与自重构有效结合，使模块化机器人具有目标构形自组装、自重构且具有关节运动和作业的能力，从而通过结构变化提升任务自适应性。

发明内容

针对群体机器人形成的可变结构少、自动对接能力弱以及连接后不具备关节运动能力的问题，本发明提供一种自组装模块化机器人单元、机器人、组装及控制方法,通过局部简单行为组装成系统结构，将自组装与自重构有效结合，使模块化机器人具有目标构形自组装、自重构且具有关节运动和作业的能力，从而通过结构变化提升任务自适应性。

为达到上述目的，本发明提供了一种自组装模块化机器人单元，包括主动对接模块和被动对接模块、定位模块、控制模块以及车架；

所述主动对接模块固定在所述车架上，具有间距可调节的夹持部；所述被动对接模块固定在所述车架上，具有突出部；

所述定位模块确定模块化机器人单元的位置；