ROBOT Vol.34, No.3 May, 2012 DOI /SP.J Vortex+OSG 52 Vortex TP242 A (2012) Structure
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1 ROBOT Vol.34, No.3 May, 2012 DOI /SP.J Vortex+OSG 52 Vortex TP242 A (2012) Structure Design and Kinematical Analysis of Lattice Distortion Actuating Self-reconfigurable Robots YIN BoXU WeiWANG ShigangLIANG ZhenningWANG Xianlong (School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai , China) Abstract: For the difficulty of the large-scale lattice self-reconfigurable robot system moving as an ensemble, a novel method to achieve the whole motion through local lattice distortion is proposed. One of lattice distortion rules is given, a module structure is designed according to this rule, and the reconfiguration features of this module are analyzed with discrete substitution groups. Through a physical distortion experiment with 2 lattices consisted of 6 modules, it is validated that the lattice distortion can be achieved by the lattice composed of these modules. Through the high-fidelity virtual simulation platform based on Vortex+OSG, snake-like motion computer simulation of a lattice robot system consisted of 52 modules is conducted, and the results show that the proposed method can yield global motion through local lattice distortion. Keywords: self-reconfigurable robot; lattice distortion; structure design; Vortex; motion simulation 1 Introduction PolyBot [1] CONRO [2] Molecube [3] CKBot [4] Metamorphicsystem [5] Crystal [6] Catom [7] M-Cubes [8] Shen SuperBot [9] Sambot Sambot [10] Wolfe [11] 3 AMOEBA-I wangshigang@sjtu.edu.cn / /
2 [12] Funiak 1 [13] Vortex OSG 2 Introduction to lattice distortion actuating method [14] [15] Bravais Bravais 14 [15] P I F 1 2(b)(c) 2 Fig.2 Graph of lattice distortion rule 2(a) 2(b) θ ϕ θ = 2ϕ (1) 1 Fig.1 Structure of cube lattice (c)
3 Structure design of the module 3.1 2(c) 3 (1) 2 (2) 4 2 (3) Fig.3 Module structure Fig.5 Sketch map of connector face SMA 6 SMA A B B SMA Fig.6 6 Sketch map of connecting 4 Fig.4 Cube packaging a module
4 Fig.7 Sketch map of locking mechanism 3.4 [14] Wyckoff a,b,c, [15] 2 mm PVC 2 2 Tab.2 Technical specifications of a module 250 g 156 mm 156 mm 156 mm CYS-S /s 1.5 N m STC12C5410AD 7 V 10 V (a) (b) (c) 8 4 (d) 1 Tab.1 The kinematics features of the module P Wyckoff d 2 Wyckoff f P2 1 Wyckoff 4 Lattice distortion experiment 6 2 mm 8 Fig.8 Graph of two-lattice distortion experiment 5 Snake-like motion simulation and analysis of lattice-type robot
5 CMLabs Vortex OSG visual C Vortex 5.1 Serpenoid [16-18] t i θ i (t) = a sin b 2n sin(ωt + ib n + b 2n ) c (2) n a = π/3b = 14π/3c = 0ω = π/2 rad/s 1 4 s n = 7 (1) 4 t i m/s Fig.9 Snake-like gait simulation of 12-lattice robot system ϕ i (t) = π 3 12 sin(πt 2 + 2iπ 3 + π 3 ) (3) i = 1,2,,6 t04/38/34 i 3 3 Tab.3 The gait control table for snake-like motion (unit: ) step ID M1/2 M3/4 M5/6 M7/8 M9/10 M11/ Fig.10 The torque, angle, angular velocity and angular acceleration of motor No.1
6 Fig.11 The torque, angle, angular velocity and angular acceleration of motor No.12 No N m 3 : 1 6 Conclusion Bravais Wyckoff d Funiak References Fig.12 The torque, angle, angular velocity and angular acceleration of motor No.24 1/24 No.1No.12 [1] Yim M, Duff D G, Roufas K D. PolyBot: A modular reconfigurable robot[c]//ieee International Conference on Robotics and Automation. Piscataway, NJ, USA: IEEE, 2000: [2] Shen W M, Salemi B, Will P. Hormone-inspired adaptive communication and distributed control for CONRO selfreconfigurable robots[j]. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 2002, 18(5): [3] Zykov V, Mytilinaios E, Adams B, et al. Self-reproducing machines[j]. Nature, 2005, 435(7039): [4] Sastra J, Chitta S, Yim M. Dynamic rolling for a modular loop robot[j]. International Journal of Robotics Research, 2009, 28(6): [5] Chirikjian G, Pamecha A, Ebert-Uphoff I. Evaluating efficiency of self-reconfiguration in a class of modular robots[j]. Journal of Robotic Systems, 1996, 13(5):
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