晶格式模块机器人系统自修复研究与仿真.pdf

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1、第33卷第11期计算机仿真2016年11月文章编号：1006—9348(2016)11一0384—06晶格式模块机器人系统自修复研究与仿真俞港，付庄。管恩广(上海交通大学．上海200240)摘要：模块机器人系统由多个自主的智能模块机器人(以下简称“模块”)组成。当模块出现故障时，会被系统移除并在原位置留下“空穴”。通过模块间的运动协作改变系统内部结构，可将“空穴”移至位于系统边缘的备用模块处。以实现自修复。自修复在保证系统的可靠性和鲁棒性上起到了关键的作用。模块机器人系统自修复的难点在于。空穴”路径规划。由于系统动态的故障情况和模块机器人特殊的运动特性，路径规划算法不仅需要具有动态性，

2、且相比予自由体路径规划算法具有更多的约束。基于数字激素模型，提出一种晶格式模块机器人系统自修复算法。上述算法参考生物的激素作用机理．引入活化激素和抑制激素的概念，模块通过其周围激素浓度进行动态路径规划。仿真结果表明，对于晶格式模块机器人系统自修复问题，改进算法表现出可行的、良好的结果，可适用于大规模、多故障模块、故障动态变化的系统。关键词：模块机器人；自修复；数字激素中国分类号：TP242文献标识码：BResearchandSimulationofLatticeModularRobotSerf-RepairingYUGang，FUZhuang，GUANEn-guang(Schoolof

3、MechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)ABSTRACT：Modularrobotsystemconsistsofmanyindependentandintelligentmodules．Serf-repairingmean8thesystemcanreplacethefaultmodulewiththegoodonebycooperativemotionbetweenmodules；itmakesthesystem／／lorereliableandrobust．Thekeyofmodu

4、larrobotsystemself-repairingispathplanningalgorithm．Itisdifferentfromthetraditionalone，becauseofthedynamicfailuresituationsandthespecialkinematicscharacteristicofmodularrobot．Aserf-repairingalgorithmbasedonDigitalHormoneModel(DHM)WaSpresented，andplanningpathWasconductedwiththesurroundingconcentr

5、ationofhormone．SimulationresultsshowthatthealgorithmCanguidetheself-repairingpathplanningoflatticemodularrobotsystem，especiallyforthelarge-scale，multi-faultmodule，dy·namicchangingsystem．KEYWORDS：Modularrobot；Self-repairing；Digitalhormone1引言模块机器人系统由若干个具有感知能力、通讯能力、决策能力和行动能力的模块组成。模块之间可以进行组合拼接形成模块机器

6、人系统，整个系统就拥有较高的冗余自由度．相比于传统的固定结构的机器人，模块机器人具有更强的适应性、容错性和自修复特性。适用于环境复杂恶劣、可变因素不可预知的场景【l】。对于模块机器人系统而言。自修复功能是其最基本也是最重要的功能之一。它可以保证系统的鲁棒性和可靠性[2]。当系统中的某个模块出现故障时。其相邻的模块可以检测到故障模块，并将其从系统中剔除，然后用备用模块替换以保持系统的完整性。自修复算法将直接决定系统是否能稳定、基金项目：国家自然科学基金资助项目(61473192)收稿日期：2015—12—16惨回13期：2016一Ol—14---——384·--——高效地完成自修复任务。

7、模块机器人的自修复算法最早由Yoshida等人提出．此算法是基于模拟退火法算法提出的【引。该算法属于集中式算法．对于小规模系统该算法可以较好的完成任务；当系统规模变大时，该算法的效率较低。Wei—MinShen提出的数字激素模型(DigitalHormoneModel，DHM)，该模型多用于大规模多自由体自重构系统的路径规划。特别是应用于动态变化系统时表现出较好的鲁棒性【4]。该模型主要用于多自由体的自重构问题，由于模块机器人相比于自由体存在诸