题目：模块化可重构移动机器人系统设计及关键技术研究

随着人类对自然界探索活动的深入，机器人的应用范围迅速扩大，基于未知、非结构化、极限环境下的特种移动机器人已逐渐成为智能机器人技术应用和发展的趋势。模块化可重构机器人可以根据环境和任务的不同组成结构和功能互异的机器人系统，使机器人获得良好的环境和任务适应性。将模块化可重构技术的这些特点应用在移动机器人上，实现移动机器人构型的多样性，增强机器人的机动性、鲁棒性、环境适应性和任务适应性，必将更大程度地扩展机器人的使用范围。本文以国内外现有模块化可重构机器人的研究成果为基础，结合北航“985教育振兴行动计划”——“小型野外移动机器人创新设计及协同作战实验平台”，研制开发了一种室外环境应用下的模块化可重构移动机器人（JL-I），并对与此相关的机器人系统设计原则、运动特性分析、构型控制方法、任务分配和冗余驱动等关键技术进行了深入地研究。论文的主要研究工作如下：第一、对模块化可重构移动机器人的系统构建原则进行了研究。针对室外复杂环境下移动机器人的应用要求，结合模块化可重构机器人在设计过程中的一些基本方法，提出了模块化可重构移动机器人在模块结构设计、控制系统硬件设计及控制系统软件设计上的指导原则。第二、研制了一种新颖的模块化可重构移动机器人（JL-I）。根据模块单元的功能需求，设计了履带式运动载体单元、三自由度主动姿态调节机构和具备误差补偿功能的对接/分离机构；并构建了基于802.11b无线网络的分布式人机交互控制系统。第三、分析了链式模块化可重构移动机器人的结构特点，对该类机器人的地形适应性、安全性、越障能力、任务执行效率和运动鲁棒性特点进行了研究；给出了机器人的基本运动模式，并通过基本运动模式的组合，构建了多种功能运动序列。第四、提出了紧耦合机器人系统和松耦合机器人系统的概念。针对紧耦合链式模块化可重构移动机器人系统，分析了基于三自由度主动球铰的构型控制方法；针对松耦合链式模块化可重构移动机器人系统，提出了一种模块数量可动态扩展、队形可根据任务或环境要求动态变化的队形控制方法，采用了基于Motor Schema的个体队形位置保持策略，并验证了由各基本行为组成的控制策略的速度和位置收敛性。第五、提出了一种基于广播通讯的分布式任务协同机制，实现了机器人组成模块的动态识别、基于优先级和FIFO算法的任务调度、选定任务的模块行为选择以及模块行为执行的同步。第六、分析了模块化可重构移动机器人在冗余驱动中存在的问题，提出了移动机器人冗余驱动控制器的性能评价指标，设计了一种结合PID控制和模糊控制的冗余驱动控制器以减小滑动现象，合理分配驱动力矩。在模糊控制的基础上，利用神经网络的学习能力实现控制器参数的自动调整。第七、对模块化可重构移动机器人JL-I进行了基本运动功能和组合运动功能的实验研究。最后，对取得的研究成果进行了总结，指出了更深层次研究的方向和内容。