【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人，涉及一种模块化自重构机器人存在故障模块时的容错控制方法。
技术介绍
1、随着机器人技术的不断发展，其应用领域愈加广泛。在太空探索、核电运维、深海勘探等极端苛刻环境中，往往不具备人工维修的条件或者人工维护的成本极高，因此机器人应对故障的能力显得尤为重要。固定构型的机器人一般通过运动学冗余实现容错，但是固定构型限制了容错能力的进一步提升。模块化自重构机器人由于具有自重构能力和同质互换性，在处理故障、提高自身鲁棒性方面具备了独特优势。但目前的模块化自重构机器人自修复的前提是有备份模块用来替换故障模块，而在空间等极限环境中，往往无法及时提供备份模块完成自修复。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术，提供一种模块化自重构机器人容错控制方法。链式模块化自重构机器人在关节发生故障时，基于pso算法和rrt算法的容错控制方法，可生成重构规划，提高了机器人的容错性和操作能力。
2、本专利技术的模块化自重构机器人容错控制方法包含以下步骤：
3、一、划分子结构
4、在模块化自重构机器人检测到故障位置以及故障角度后，通过蒙特卡洛法检索故障模块在不同位置时的机器人可达位姿数，根据取得最大可达位姿数时的机器人结构获得故障模块的目标位置，再结合故障模块的初始位置，将所有模块分解为三段子结构：s1，s2和s3，在不同子结构分离前，模块化机器人需要先将末端模块连接至磁性连接面形成闭链；
5、机器人模块的总数为n，故障模块的初始位置为pi，以
6、
7、二、子结构间重构
8、第一步，子结构s3与基座连接点b1连接，然后与子结构s2断开；
9、第二步，子结构s2与基座连接点b2连接，然后与子结构s1断开；
10、第三步，子结构s1与s3连接，子结构s3与基座连接点b1断开；
11、第四步，子结构s3与s2连接，子结构s2与基座连接点b2断开；
12、三、确定节点构型以及运动路径
13、根据模块总数初始化pso算法中的种群和rrt算法中的节点，将故障模块对应的算法元素始终设置为故障状态，不参与搜索过程；
14、按照子结构间重构流程，建立组合子结构对应的运动学模型，并且将机器人末端与目标连接点之间的位姿误差作为参考，确定适应度的值为：
15、
16、其中，p,r为组合子结构s下的机器人末端相对于基座的位置向量和姿态矩阵，为目标点的位置向量和姿态矩阵，λ为平衡位置误差和姿态误差的调节因子；
17、如果发生碰撞或者达到最大迭代步数仍然没有满足适应度要求，则搜索失败；在规定最大迭代步数内，如果粒子的适应度值达到要求，且模块化机器人未发生碰撞，则确定了组合子结构的构型qgoal，将模块化机器人的初始构型qstart定义为rrt算法的初始节点，将pso搜索得到的构型qgoal定义为rrt算法的目标节点，qrand表示关节空间中的随机采样点，qnear表示距离qrand最近的一个节点，然后在qrand和qnear的连线上以扩展出新的节点qnew，若在qnear运动到新节点qnew路径中没有发生碰撞，则将qnew加入到扩展树中，否则需要重新选择qrand，继续迭代计算直到qnew到达目标点结束，从而得到了两个关键构型之间的运动路径，即完成了重构流程的第一步，然后将qgoal作为下一次迭代的qstart，pso搜索得到下一次迭代的qgoal，重复上述流程直至将故障模块重构到目标位置。
18、进一步地，根据d-h法计算机器人末端相对于基座的位置和姿态：
19、
20、其中，分别为模块1的坐标系相对于基坐标系、机器人末端相对于模块m的齐次变换矩阵，为相邻模块间的齐次变换矩阵，r是模块化机器人末端的姿态矩阵，p为末端的位置向量。模块关节角度取离散值，即qi∈[-90,0,90]。
21、本专利技术相比现有技术的有益效果是：
22、本专利技术针对链式模块化自重构机器人发生关节锁死故障后，而提出的一种最大化机器人操作能力(即可达位姿数)的容错重构方法。
23、根据故障状况下机器人的操作能力，确定最优的构型配置，将重构问题分解为子结构序列问题，进一步采用pso算法搜索关键节点的子构型，使用rrt算法生成无碰撞的重构路径。通过改变故障模块的分布位置，从而提高模块化自重构机器人的操作能力。
24、当某个模块发生0度锁死故障时，机器人可达位姿剩余率较低，操作能力急剧下降。通过容错控制方法，可以把故障模块转移到其他某一位置，使机器人的可达位姿数恢复至100％。
25、下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
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1.模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：根据D-H法计算机器人末端相对于基座的位置和姿态：
3.根据权利要求1所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：子结构S3与基座B1点连接，然后与子结构S2断开的重构流程为：
4.根据权利要求3所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：子结构S2与基座B2点连接，然后与子结构S1断开的重构流程为：
5.根据权利要求4所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：子结构S1与S3连接，子结构S3与基座B1点断开的重构流程为：
6.根据权利要求5所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：子结构S3与S2连接，S2与基座B2点断开的重构流程为：
【技术特征摘要】
1.模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：根据d-h法计算机器人末端相对于基座的位置和姿态：
3.根据权利要求1所述模块化自重构机器人容错控制方法，其特征在于：子结构s3与基座b1点连接，然后与子结构s2断开的重构流程为：
4.根据权利要求3所述模块化自...
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