机械工程学报

作者：安小康, 贾庆轩, 陈钢, 刘育强, 刘华伟

单位：1. 北京邮电大学智能工程与自动化学院 北京 100876;2. 北京空间飞行器总体设计部 北京 100094

关键词：自重构模块化机器人,形态设计,性态分析,空间多任务,桁架装配；

基金：国家自然科学基金(62173044)和北京邮电大学优秀博士生创新基金(CX20243079)资助项目。

模块化机器人的设计与应用是应对未来空间多任务的重要手段之一，而基础模块单元的形态又直接影响着模块化机器人任务适应性。面向从空间多任务需求到模块单元形态间的非线性映射难题，提出一种面向空间多任务的自重构模块化机器人形态设计与性态分析方法。首先，通过图论逆向映射并制定映射规则，构建了两类基础模块单元基础形态，引入体自由度以增强接口间姿态调节能力，并表征了形态参量。其次采用改进的自适应差分进化算法，以外形和体自由度夹角为优化变量，构建包含应力分布均匀性、运动灵活性及工作空间等性能的评价指标，优化评估并获得最优形态参数，即外观为球形、体自由度夹角为45°。然后分析两类模块单元的工作空间、运动灵活性及各向同性、外壳应力应变等性态在不同运动传递链路中的表达效应，证明了形态设计结果的优越性。最后，以桁架装配任务为例开展仿真分析，结果表明由模块单元组成的模块化机器人可自主重构为单臂到多分支等构型，可连续完成桁架抓取、搬运与装配等任务。该理论成果可为模块化机器人设计提供方案借鉴。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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