基于正四面體的自重構(gòu)機器人的單元模塊機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機器人領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于正四面體的自重構(gòu)機器人的單元模塊機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]自重構(gòu)機器人是由多個相同的模塊通過連接所組成的機器人系統(tǒng)，通過不同的連接方式組成不同的構(gòu)型，從而滿足對于不同環(huán)境和任務(wù)的需求，或是能夠替換受損的模塊，使得機器人能夠繼續(xù)正常工作。按照自重構(gòu)機器人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以將自重構(gòu)機器人分為陣列式、串聯(lián)式、混合式三類。陣列式機器人系統(tǒng)的特點是所有模塊都處在規(guī)則的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上，類似于晶體中原子的方位關(guān)系，比如上海交通大學(xué)費燕瓊研制的網(wǎng)格自重構(gòu)機器人；串聯(lián)式自重構(gòu)機器人，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來看主要是樹狀結(jié)構(gòu)，并不是為了填充平面或是空間，而是以某種構(gòu)型實現(xiàn)特點的功能，比如Yim的PolyBot機器人系統(tǒng)。；混合式機器人則兼具有兩者的特點，但其重構(gòu)目標(biāo)并不是填充空間或平面，而是形成一定構(gòu)型去實現(xiàn)特定的任務(wù)，比如日本Satoshi Murata等人設(shè)計的M - TRAN模塊。
[0003]從自重構(gòu)機器人的單元模塊結(jié)構(gòu)角度來看，陣列式和混合式自重構(gòu)機器人的單元模塊都是基于正六面體的。陣列或是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成都依靠正六面體的平面或空間累加。這使得自重構(gòu)機器人在形成一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)時會受到限制，缺乏整體的運動能力。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN104401415A公開(公告)日2015.03.11，公開了一種鉤爪式可重構(gòu)機器人單元模塊，包括:一個外架，一個內(nèi)架，一個轉(zhuǎn)動底座組件，一個主動連接機構(gòu)與三個被動連接機構(gòu)，以及內(nèi)外架連接組件。內(nèi)架通過連接組件與外架連接，通過步進(jìn)電機實現(xiàn)相對外架的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動底座組件包括:轉(zhuǎn)動底座基板、齒輪組、軸套、軸承和步進(jìn)電機，其安裝在外架上作為一個被動連接面，其能夠繞中心軸自由旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向運動；主動連接機構(gòu)包括:四個鉤爪、齒輪傳動機構(gòu)和直流電機及固定架，其安裝在內(nèi)架上，直流電機通過齒輪傳動機構(gòu)帶動鉤爪旋轉(zhuǎn)，其中一個鉤爪與其它的旋轉(zhuǎn)方向相反可實現(xiàn)主被動面的對齊與連接。雌雄同體的連接面設(shè)計方法豐富了模塊組合變形的方式，提高了模塊化自重構(gòu)機器人的工作能力。但該模塊對接完成電機斷電后，其鉤爪結(jié)構(gòu)并無自鎖設(shè)計，有可能出現(xiàn)松動乃至脫落的情形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有自重構(gòu)機器人在復(fù)雜構(gòu)型構(gòu)成、運動方面受到構(gòu)型限制的問題，提出一種基于正四面體的自重構(gòu)機器人的單元模塊機構(gòu)，其中每個單元可以提供一個或兩個自由度，通過舵機精確控制角度，可以實現(xiàn)多種組合，提高了機器人系統(tǒng)的靈活性以及結(jié)構(gòu)效率，可以實現(xiàn)許多現(xiàn)存自重構(gòu)機器人所不能實現(xiàn)的的變形形式和運動方式。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明涉及一種基于正四面體的單元模塊機構(gòu)，包括:四個互相固定連接的對接面機構(gòu)，其中:四個對接面結(jié)構(gòu)中至少一個為主動對接面機構(gòu)，至少一個為被動對接面機構(gòu)，其中:主動對接面機構(gòu)上設(shè)有活動對接裝置，被動對接面機構(gòu)上設(shè)有與活動對接裝置相接觸的旋轉(zhuǎn)裝置。
[0008]所述的活動對接裝置包括:至少一組固定機構(gòu)和與之相連的驅(qū)動機構(gòu)，其中:驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動固定機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)裝置連接或釋放。
[0009]所述的固定機構(gòu)優(yōu)選為三組且徑向均布，該固定機構(gòu)通過驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)同時向圓心或圓周的運動，在對接完成后，固定機構(gòu)處于運動的死點位置，利用死點實現(xiàn)了對接的自鎖功能。
[0010]所述的旋轉(zhuǎn)裝置包括:連接基板和轉(zhuǎn)動設(shè)置于其中的帶有驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤，其中:驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置于轉(zhuǎn)盤中心并驅(qū)動其在連接基板中旋轉(zhuǎn)。
[0011]所述的驅(qū)動機構(gòu)采用但不限于電機實現(xiàn)，該驅(qū)動機構(gòu)的任意一端可采用但不限于與所述連接基板、其他旋轉(zhuǎn)裝置的驅(qū)動機構(gòu)或主動對界面機構(gòu)相連。
[0012]所述的對接面機構(gòu)優(yōu)選為六邊形結(jié)構(gòu)，使得互相連接后構(gòu)成的正四面體的尖角為鏤空，以避免干涉。
[0013]本發(fā)明涉及一種自重構(gòu)機器人，包括兩個以上上述單元模塊機構(gòu)，其中:單元模塊機構(gòu)之間通過活動對接裝置實現(xiàn)連接，通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
技術(shù)效果
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果包括:
[0015]—、單元模塊的對接和轉(zhuǎn)動兩個功能由不同的面實現(xiàn)，主動面負(fù)責(zé)對接，被動面負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度；
[0016]二、模塊可以提供一個或兩個自由度，通過舵機精確控制角度，可以實現(xiàn)多種組合，提高了機器人系統(tǒng)的靈活性；
[0017]三、在對接完成后，連桿機構(gòu)處于機構(gòu)運動的死點位置，利用死點實現(xiàn)了對接的自鎖功能；
[0018]四、機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡單，整體加工成本低，適合大批量制造。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中隱藏一個面后的部分示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明中主動對接機構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中被動對接機構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為兩個單元模塊對接示意圖；
[0024]圖6為六個模塊串聯(lián)連接示意圖；
[0025]圖7為六個模塊閉環(huán)連接示意圖；
[0026]圖中:1連接基板、2角鐵、3對接爪、4滑塊、5電機固定板、6電機、7連桿、8大帶輪、9傳動帶、10外側(cè)連接基板、11內(nèi)側(cè)連接基板、12固定片、13舵機、14舵機舵盤、15銅柱、16合頁、17舵機連接架、18小帶輪、19轉(zhuǎn)盤。
【具體實施方式】
[0027]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0028]如圖1和圖2所示，為本實施例的單元模塊機構(gòu)，包括:四個互相固定連接的對接面機構(gòu)，其中:四個對接面結(jié)構(gòu)中至少一個為主動對接面機構(gòu)，至少一個為被動對接面機構(gòu)，其中:主動對接面機構(gòu)上設(shè)有活動對接裝置，被動對接面機構(gòu)上設(shè)有與活動對接裝置相接觸的旋轉(zhuǎn)裝置。
[0029]如圖2所示，對接面機構(gòu)之間通過合頁16進(jìn)行連接。
[0030]如圖3所示，所述的活動對接裝置包括:至少一組固定機構(gòu)和與之相連的驅(qū)動機構(gòu)，其中:驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動固定機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)裝置連接或釋放。
[0031]本實施例中的固定機構(gòu)包括:角鐵2、對接爪3和滑塊4，驅(qū)動機構(gòu)包括:電機固定板5、電機6、連桿7、大帶輪8和傳動帶9，其中:主動對接面機構(gòu)的大帶輪8通過軸承固定在連接基板I上，電機固定板5通過銅柱15固定在連接基板I上，電機6固定在電機固定板5上，小帶輪18與電機6輸出軸相連，處于連接基板I和電機固定板5之間，小帶輪18通過傳動帶9與大帶輪8相連，角鐵16與連接基板I連接，滑塊4通過移動副可以在兩個角鐵16中間平移，滑塊4的另外一端通過連桿7和大帶輪8下突出的固定點相連，從而大帶輪8的轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)換為滑塊4的平移，而對接爪3具有兩個連接點，第一個與角鐵16相連，第二個與滑塊4相連，滑塊4移動帶動對接爪3繞第一個連接點旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對接爪的伸出和縮回，實現(xiàn)模塊之間的連接與斷開，在對接完成后，由于連桿7位于運動死點位置，從外部對對接爪3施力無法使其運動，只有當(dāng)電機6驅(qū)動時可以進(jìn)行運動，因此可以實現(xiàn)自鎖功能。
[0032]如圖2和圖4所示，本實施例中的連接基板包括:外側(cè)連接基板10、內(nèi)側(cè)連接基板和固定片12，驅(qū)動機構(gòu)包括:舵機13和舵機舵盤14，其中:兩個舵機13通過舵機連接架17相連，從而實現(xiàn)舵機13位置的固定，外側(cè)連接基板10與內(nèi)側(cè)連接基板11相連，外側(cè)連接基板10中間鏤空的圓形大小較小，轉(zhuǎn)盤19厚度與內(nèi)側(cè)連接基板11相同，一側(cè)通過外側(cè)連接基板10限制位置，另外一側(cè)通過固定片12限制位置，轉(zhuǎn)盤19通過舵機舵盤14與舵機13相連，舵機13轉(zhuǎn)動即可帶動轉(zhuǎn)盤19轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤19上有供對接爪3對接的卡槽。
[0033]如圖5?圖7所示，為本實施例涉及的自重構(gòu)機器人，該機器人可以是兩個上述單元模塊機構(gòu)對接，也可以是若干個單元模塊機構(gòu)串聯(lián)，或是根據(jù)其主動對接面機構(gòu)和被動對接面機構(gòu)的設(shè)置對應(yīng)連接，相同之處在于:單元模塊機構(gòu)之間通過活動對接裝置實現(xiàn)連接，通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
[0034]工作時，電機6的旋轉(zhuǎn)可以控制對接爪3的伸出和回收，對接后，舵機13的旋轉(zhuǎn)可以帶動轉(zhuǎn)盤19旋轉(zhuǎn)，由于對接爪3對接的是轉(zhuǎn)盤19，因此舵機13轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)兩個單元模塊之間的相對轉(zhuǎn)動。
【主權(quán)項】
1.一種基于正四面體的單元模塊機構(gòu)，其特征在于，包括:四個互相固定連接的對接面機構(gòu)，其中:四個對接面結(jié)構(gòu)中至少一個為主動對接面機構(gòu)，至少一個為被動對接面機構(gòu)，其中:主動對接面機構(gòu)上設(shè)有活動對接裝置，被動對接面機構(gòu)上設(shè)有與活動對接裝置相接觸的旋轉(zhuǎn)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，所述的活動對接裝置包括:至少一組固定機構(gòu)和與之相連的驅(qū)動機構(gòu)，其中:驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動固定機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)裝置連接或釋放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，所述的固定機構(gòu)為三組且徑向均布，該固定機構(gòu)通過驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)同時向圓心或圓周的運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，在對接完成后，固定機構(gòu)處于運動的死點位置，利用死點實現(xiàn)了對接的自鎖功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，所述的旋轉(zhuǎn)裝置包括:連接基板和轉(zhuǎn)動設(shè)置于其中的帶有驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤，其中:驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置于轉(zhuǎn)盤中心并驅(qū)動其在連接基板中旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，所述的驅(qū)動機構(gòu)采用電機實現(xiàn)。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的單元模塊機構(gòu)，其特征是，所述的對接面機構(gòu)為六邊形結(jié)構(gòu)，使得互相連接后構(gòu)成的正四面體的尖角為鏤空，以避免干涉。
8.—種自重構(gòu)機器人，其特征在于，包括兩個以上如上述任一權(quán)利要求所述的單元模塊機構(gòu)，其中:單元模塊機構(gòu)之間通過活動對接裝置實現(xiàn)連接，通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
【專利摘要】一種基于正四面體的自重構(gòu)機器人的單元模塊機構(gòu)，該單元模塊機構(gòu)包括：四個互相固定連接的對接面機構(gòu)，其中：四個對接面結(jié)構(gòu)中至少一個為主動對接面機構(gòu)，至少一個為被動對接面機構(gòu)，其中：主動對接面機構(gòu)上設(shè)有活動對接裝置，被動對接面機構(gòu)上設(shè)有與活動對接裝置相接觸的旋轉(zhuǎn)裝置。本發(fā)明還涉及一種自重構(gòu)機器人，包括：兩個以上上述單元模塊機構(gòu)，其中：單元模塊機構(gòu)之間通過活動對接裝置實現(xiàn)連接，通過旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。本發(fā)明每個單元可以提供一個或兩個自由度，通過舵機精確控制角度，可以實現(xiàn)多種組合，提高了機器人系統(tǒng)的靈活性以及結(jié)構(gòu)效率。
【IPC分類】B25J9-00, B25J17-00
【公開號】CN104786208
【申請?zhí)枴緾N201510179741
【發(fā)明人】王皓, 林天威, 趙龍海
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月16日