● 摘要
近年来深空探测随着航天科技的快速发展成为一项重要的研究领域，而在深空探测中，太空碎片抓捕、星球探测平台的自主作业等都具有十分重要的作用。但是，在例如月球、火星等星球探测中，星球表面的地形环境一般较为复杂、探测地域十分广泛，而且运载发射的周期长，很难实现人工建立建筑设施和作业工具。这类作业环境的特点是非结构化、难以提前预测，因此需要具有自组装功能的模块化群体机器人系统通过模块间的协同合作完成探测任务。
本文基于北航机器人研究所自主研发的具有自组装功能的Sambot模块化机器人平台，通过视觉检测技术获得机器人模块的位置信息及姿态，从而提出一种模块化机器人自组装规划算法，并进行实验验证。
本文提出的模块化机器人自组装过程为：首先，通过在Sambot机器人模块的顶部粘贴3X角点组合模板来实现对机器人模块的识别与定位，获得各个机器人模块的位置及姿态信息；其次，将整个机器人系统期望组装成的三维构型转换为平面二维构型，然后将该二维构型进行拆分，使得构型中的每个相邻位置间保持一定的对接距离，从而构成了自组装所需的目标构型；采用构型描述矩阵和连接状态表对目标构型进行描述，从而获得目标构型中各个目标位置的坐标信息及对接姿态，从而将自组装规划问题转换为目标位置与机器人模块间的1对1最优指派问题，并利用匈牙利算法对其进行求解，获得最优的自组装指派方案；再次，利用串口通信控制Sambot机器人模块移动到对应的目标位置并旋转到对接姿态；逐渐缩小对接距离并完成相邻Sambot机器人模块之间的对接，实现二维平面内的自组装；最后，利用Sambot机器人模块自身的特性，通过可旋转的关节运动实现三维构型的重建。
本文通过Sambot模块化机器人平台进行实物实验，验证了所提自组装算法的可行性，并由仿真实验结果得出，该自组装算法针对大量Sambot机器人模块的自组装任务，或者机器人模块在大活动区域范围内的自组装任务均具有更好的优化效果。