可重構機器人是一種可以根據任務或環境的變化而改變構形的機器人。通過對模組進行組合，可重構機器人能夠簡單快速的裝配成適合不同任務的幾何構形，這種組合不僅僅是簡單的機械重構，還包括控制系統的重構。重構後的機器人不但能適應新的工作環境和工作任務，而且具有很好的柔性。
基本介紹
- 中文名：可重構機器人
- 外文名：Reconfigurable Robot
- 組成材質：機械電子模組
- 組成部分分類：2個
- 優點：良好的運動能力
- 缺點：套用環境受制
- 標籤：機器人,模組
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可重構機器人
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引言
從理論上來講，機器人是一種柔性設備，它能通過編程來適應新的工作，然而實際套用中很少使用這種情況．但傳統的機器人都是根據特定的套用範圍來開發的，固然對那些任務明確的產業套用來講，這種機器人已經足夠滿足實際需要了，然而由於市場全球化的競爭，機器人的套用範圍要求越來越廣，而每種機器人的構形僅能適應一定的有限範圍，因此機器人的柔性不能滿足市場變化的要求，解決這一題目的方法就是開發可重構機器人系統，它是由一套具有各種尺寸和性能特徵的可交換的模組組成，能夠被裝配成各種不同構形的機器人，以適應不同的工作．因此可重構機器人系統的研究已引起越來越多的研究者和產業套用的愛好。當前國內外，主要是美、日的一些研究小組對可重構機器人的體系結構、變形策略和控制算法等進行了研究。可重構機器人因其在工業、科技、軍事等領域的重要作用而廣泛受到國內外特別是已開發國家的關注，可重構機器人的研究目前已經成為機器人研究的一個重要方向，並已取得一些重要的成果。尤其是可重構機器人融合了最新的機電、感測器及計算機控制技術，具有良好的自組織、自適應能力，能夠根據環境和任務最佳化自身的結構，快速、有效地的完成任務，因此可重構機器人的研究在軍事、航天、核工業等領域具有重大的意義。可重構機器人是一種能根據任務需要，重新組合構型的機器人，它是在模組化機器人基礎上發展起來的，可重構機器人就是利用一些不同尺寸和性能的可互換的連桿和模組，根據工作環境和任務裝配成不同構型的機器人。這種組合併不是簡單的機械裝配，參與重構機器人的各模組本身就是一種集通信、控制、驅動、傳動為一體的單元，重構後的機器人將能適應新的工作環境和工作任務，具有很好的柔性。比較常見的可重構機器人，例如，蛇形機器人。運動機理特殊的蛇形機器人有廣闊的套用情景，例如戰場上的掃雷，爆破，空間站的柔性機械手臂，通過能力很強的行星地表探測器等；且其模組化結構和高冗餘度非常適應於條件非常惡劣而又要求高可靠性的戰場、外層空間等環境。
結構
可重構機器人是由一系列相對獨立的機械電子模組有機連線而成的。每一個模組都有連線、開脫及越過相鄰模組的功能，每個模組允許動力和信息輸入並且可以通過該模組輸入到其他相鄰模組，通過機器人自主改變各模組間的相對幾何位置，來改變機器人的構型。根據各模組的功能和結構的異同，通常把可重構機器人分為同構系統（homogeneity）和異構系統( heterogeneity )。同構機器人系統中各模組的功能和構造相同，通過重構，各模組在新的單元中扮演不同的角色；異構機器人系統中各模組的功能和結構各異。
機器人優缺點
雖然可重構機器人已經表現出了良好的運動能力和適應環境的能力，但是與其它一切事物一樣，可重構機器人也不是十全十美的尤物，它具有很多優點，當然也存在很多不足。因此，可重構機器人的套用環境和場合也受到一定的限制。
優點
通過模組的製作而構成的可重構機器人，不僅具有機構簡單的特點，而且通過自身的變形組合使其能夠適應很多複雜的環境。可重構機器人的運動特點能夠完成以下功能：
1.可重構機器人的自由度使其身體具有很高的適應性，能夠充分的適應地形，完成在各種複雜地形上的移動，例如：地震過後的樓房地板，對搶險救災的套用十分有利。
2. 將可重構機器人的一端固定，使其成一串連線，它可以作為超冗餘機械手完成各種複雜的抓取動作。而且其本身的自由度就可以作為操作臂的夾持器來夾持物體，不用像傳統的工業機器人那樣配備相應的夾持器。
3.一般，可重構機器人採用模組化設計，每個模組都相同，方便安裝和維修。特別值得一提的是，近幾年可重構的蛇形機器人的研究也是機器人研究的一個重點和熱點領域。蛇形機器人可以作為可重構模組化機器人的一個基本體。如果在模組上設計合適的連線和斷開機構，蛇形機器人即可以變形成各種形式或者組成新的機器人，還可以分開成幾個可重構機器人，完成協同作業。也可以隨時甩掉自身的一個或者幾個模組，甩掉無法工作的模組有利於機器人的運動。
缺點
可重構機器人的優點眾多，但由於身體結構、動力驅動和運動形式的原因，它也存在很多的缺點:
1.可重構機器人的較多自由度是機器人能夠完成各種複雜的運動，組成各種構型。但在控制上，給完成這些自由度的軟硬體控制的實現帶來了巨大的壓力。而且太多的自由度給驅動單元運動的驅動帶來巨大壓力。實驗表明，可重構機器人完成三維運動需要單元具有很強的驅動能力，隨著自由度數量的增加，對單元驅動能力的要求也增加。即使再巧妙設計可重構機器人機構，解決效果也是有限的。
2. 在電源供應方面，由於外漏面積較小，無法有效地利用太陽能。
3. 與傳統的輪式機器人相比，可重構機器人的運動速度都很低。
套用
相對於傳統的移動機器人，可重構機器人具有很多優點，能夠套用到很多複雜和危險的環境中。雖然目前可重構機器人的研究尚處在實驗階段，但可重構機器人有廣泛的套用前景。
可重構機器人可以套用到，但不僅僅局限在以下領域：
1. 醫療:設計小型的移動機器人，進入人體器官(如腸道、血管)完成手術和定點給藥是機器人研究的一個新的熱門領域。如果將可重構機器人做得非常小，就可以進入人體的腸道完成作業。
2. 科學探險和狀況檢查：代替或部分代人去完成危險環境中的作業是研製機器人的主要目的之一。科學探索是科學家探索大自然奧秘和豐富地質資源的有利手段，但是常常因為環境和氣候惡劣，無法到達目的地完成指定的探險任務。非結構環境下的作業和運動對機器人的性能和運動形式提出了非常嚴格的要求。
3. 太空探索：探月工程的實施表明中國政府探索外星系的決心和信心。探月工程需要機器人來完成各種作業，正像美國的勇氣號和機遇號機器人在火星上執行作業一樣。目前可重構機器人已經在這方面得到套用。
4. 危險環境作業：較大的自由度以及自身結構可以替換、修整是可重構機器人有別於其它移動機器人的一大特性。它可以穿越狹小空間、進入危險環境，然後完成操作任務。安裝合適的感測器後，也可以套用可重構機器人來完成排雷任務。
綜上所述，可重構機器人的研究對很多重要領域有著極其重要的意義。但我國在蛇形機器人的研究還在發展階段，還需要進一步地發展。
