课题所涉及的关节模块化机械臂在广义上来说是模块化机器人的一种具体形式。由于能够适应多变的任务要求及多变环境，模块化机器人已成为机器人领域一个新的研究热点问题。引起广大的国内外学者的兴趣与关注，研究人员在进行深入且有开拓性的研究，并取得丰硕研究成果。63963

1 国外模块化机器人研究现状

外国的模块化机器人研究起步比较早，研究领域比较宽泛，且部分研究成果以实现商品化。

美国卡耐基梅隆大学机器人研究所于1988年研制出一种模块化机械臂样机，

即可重构模块化操作臂系统(Reconfigurable Modular Manipulator Sysytem),简称RMMS。RMMS同时在机械结构和控制系统等方面实现了模块化。Khosla和

Paredis等人在RMMS样机的基础上又做了更深层次的研究工作，完善了RMMS的机械结构，重新设计了各个模块的电气接口，机械臂的基本构成模块包括基座

模块、连杆模块和旋转模块[1-4] ，如图1-1。

图1-1 RMMS

Habibi等人研究了模块化液压驱动工业机器人的设计问题，利用模块化方法设计出一种新型液压驱动的机械臂，可用于模仿人体的上肢和下肢肌肉，通过实验测量出关节位移以及“人工肌肉”的收缩力[5]。

日本东芝公司开发的TOMMS（Toshiba Modular Manipulator System）也是具有代表性的模块化机器人系统。TOMMS基本组成模块为关节模块和连杆模块，运用控制单元能够控制各个模块，它的连杆模块的长度可以调整，与关节模块结合组装成预期的构型。关节模块和连杆模块类型单一、接口统一，结构简单。用操纵杆控制机械臂的末端执行器的位置。图1-2展示了TOMMS的设计概念[6]。论文网

加拿大ESI(Engineering Services Inc)公司生产的模块化可重构机械臂(Modular Reconfigurable Robot System)，和多数模块化机器人一样，其基本构成单元为关节单元和连杆单元，每个关节模块包含电机、编码器、减速器等器件，为满足不同的运行环境和负载要求，关节模块的功率也各不相同。图1-3为MRR系统的基本组成模块和样机[7]。

图1-3 ESI的MRR

Benhabib开发了一种模块化机器人系统，并建立了一个模块零件库，机器人的构型随不同模块间的重构而改变，模块库由连接单元、连杆模块、关节模块组成。在运动学方面，Benhabib等人还提出了运动学模块化方法，运用D-H法，可以通过4阶的齐次变换矩阵来实现机器人关节模块间的转换[8-9]。

Chen等人在模块化机器人的运动学分析时用指数积公式建立了运动学模型，将运动学分解成若干个子问题，对由两个连杆和一个关节模块组成机构进行运动学分析，根据机器人的具体构型构形使用指数积的连积求解机器人的运动学正问题[10]。

2国内模块化机器人研究现状

国内也有部分学者对模块化机器人进行了比较深入的研究，并取得有一定价值的研究成果。东南大学吕晓俊、钱瑞明等将可重构模块化机器人的运动学逆问题分解成若干子问题，并通过对11种标准型子问题和指数积方程分解和分析，总结出了能快速方便地求解各种构型可重构机器人运动学逆解的通用方法[19]。东北大学的李树军、张艳丽等对可重构模块化机器人模块的构型理论进行了研究，设计了7种功能模块，其中包括三种单自由度的关节模块，两种连杆模块和两种辅助模块。对3自由度串联机器人的构型进行了系统的研究,并应用制作的实验模块验证了研究结果的可行性[20]。上海交通大学的费燕琼运用旋量理论，构造了可重构模块化机器人的运动学方程，用Newton-Euler方程建立动力学模型，并用神经网络原理对机器人构形进行优化[21-23]。