国外的研究现状

1988年美国卡纳基梅隆大学机器人研究所研制出一种可重构的模块化机械手系统 (简称RMMS)。 RMMS是第一台可重构机器人的原理性样机[1]，因为RMMS在系统设计上扩展了当时模块化机械手的概念[2]，不仅实现了机械结构的可重构， 而且在电子硬件、 控制算法、 软件等方面实现了可重构。

南洋理工大学[3]以AMTEC公司的MORSE模块为基础构建了多种可重构模块化机器人系统， 并对模块化机器人的运动学、 动力学、 标定、 构型设计等多方面作了深入的研究。 MORSE有三种基本模块， 分别是转动关节模块、 移动关节模块和连杆模块。

随着现代电子、 通信和控制技术的发展， 可重构机器人系统的自重构技术变得更加成熟，其中最典型的是东京工业大学提出的M-TRAN可重构机器人[4，5]，如图1.1所示。M-TRAN可重构机器人运用双层运动规划方式， 实现对多种步态的运动控制及各种构形间的转换。

图1.1 M-TRAN可重构机器人

美国的Robotics Research Corporation设计了多种不同尺寸、 不同载荷的灵巧操作臂， 在工业、 航空、 航天， 国防、科研等领域得到了广泛应用。 该机器人系统的关节模块分为侧滚、 俯仰和带执行器机械接口的末端旋转关节三种。 图1.2所示为用这些模块构成的一种7-DOF灵巧机器人系统。 其控制系统采用分布式开放架构， 提供了有效的运动学冗余算法、 奇异性判断算法、 位置/力混合控制的阻抗控制和柔顺控制算法等。

德国宇航中心[6]的LWR-Ⅲ是模块化柔性机器人中的杰出代表，如图1.3所示。LWR-Ⅲ具有轻型结构、高负载、高性能、安全等特点。

图1.2 7-DOF灵巧机器人

图1.3 LWR-Ⅲ

德国AMTEC公司生产的Power Cube模块， 包括转动、 移动关节， 夹持器， 连杆等系列模块， 以及Schunk公司后来推出的PRC系列关节模块，其所构成的模块化机器人可用于工厂、 实验室自动化、 检测等方面。 图1.4 (a) 所示为由Power Cube模块组成的6-DOF操作臂， 图1.4 (b) 所示为Schunk模块及其操作臂。

图1.4 Power Cube6-DOF操作臂及Schunk模块及其操作臂

(a)Power Cube6-DOF操作臂；(b)Schunk模块及其操作臂

近年来， 可重构机器人在医疗、 工业生产、 家庭生活等领域均具有一定的应用。图1.5所示为消化道内部诊断可重构机器人[7]，其单体机器人模块具有2个自由度， 直径为15.4mm， 长度为36.5mm， 重5.6g， 包含一个锂电池、 两个直流电机和一个具有无线通信功能的电路板。 单体模块可通过口腔直接吞咽， 在胃部进行机器人系统的组装， 重组后的系统可根据不同诊断任务改变其整体构形。 机器人的装配、 构形变化和诊断任务均是通过双向无线通信来进行信号传输的。

图1.5 消化道内部诊断可重构机器人

图1.6所示为零件运输可重构机器人[8]，其模块封装体积为1cm3，设有矩阵微电机、 电子元器件和微型控制器。 通过电磁装置实现模块间的自动对接。 模块上表面的矩阵微电机可以支撑并传递工件， 并可随时改变整个传送系统的结构， 在柔性制造系统中具有广阔的应用前景。 Sprowitz A等则研究了一套家用可重构机器人[9]，如图1.7所示，它可根据实际需要变换成多种形式的家具， 还可方便地实现家具的整体移动。

图1.6 零件运输可重构机器人

图1.7 家用可重构机器人