[發(fā)明專利]可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110237418.0
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102381378A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹燕軍;葛為民;魏璇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是可重構(gòu)模塊化機(jī)器人。

背景技術(shù)

可重構(gòu)模塊化機(jī)器人是一種能根據(jù)任務(wù)需要和環(huán)境的變化，重新組合構(gòu)形的機(jī)器人。它一般是由許多個(gè)一種或有限的幾種通用模塊通過連接組成,各模塊間有統(tǒng)一的接口環(huán)境,可用于傳遞力、運(yùn)動(dòng)、能量和通信,通過模塊之間的連接斷開操作進(jìn)行重組改變整體構(gòu)形,擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)形式,完成多種運(yùn)動(dòng)及操作任務(wù)。與傳統(tǒng)的固定構(gòu)形機(jī)器人相比,自重構(gòu)機(jī)器人具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、制造成本低、可自行修復(fù)、自變形等優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用于多種不同的場合和完成各種復(fù)雜的任務(wù)。

自上世紀(jì)八十年代末以來，可重構(gòu)機(jī)器人研究也得到了迅速的發(fā)展，成為近年來機(jī)器人技術(shù)研究普遍關(guān)注的熱點(diǎn)之一。可重構(gòu)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展拓展了機(jī)器人的應(yīng)用空間，使其在敏捷制造領(lǐng)域、極限環(huán)境中作業(yè)、災(zāi)難救援、軍事領(lǐng)域、星球探測等方面均有良好的應(yīng)用前景。在國外，典型的與本發(fā)明相關(guān)的模塊化機(jī)器人有??PolyBot?（by?Mark?Yim?,at?Palo?Alto?Research?Center），SuperBot?（by?Wei-Min?Shen?,at?the?University?of?Southern?California），iMobot（by?Harry?H.Cheng，at?University?of?California,Davis）。PolyBot的單個(gè)模塊是一種外形為約50mm的正方體，具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，最大旋轉(zhuǎn)角度為180°，每個(gè)模塊具有兩個(gè)連接面用于模塊之間的連接。通過多個(gè)模塊的組合，該模塊系統(tǒng)可以完成多種運(yùn)動(dòng)方式及構(gòu)型。但是，該模塊的最大缺點(diǎn)是單個(gè)模塊不可運(yùn)動(dòng)，且只有在較多個(gè)模塊的組合時(shí)，才能體現(xiàn)出模塊化機(jī)器人整體的優(yōu)點(diǎn)。SuperBot的單個(gè)模塊在外形上類似兩個(gè)PolyBot組合而成，但在兩個(gè)PolyBot之間增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，所以每個(gè)SuperBot具有3個(gè)自由度，兩個(gè)可以旋轉(zhuǎn)180°，另一個(gè)自由度可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)。SuperBot與?PolyBot具有同樣的缺點(diǎn)，但是也有所改進(jìn)。同時(shí)，SuperBot的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。iMobot是外形為長方體集成度比較高的單個(gè)模塊，每個(gè)模塊具有四個(gè)自由度，單個(gè)模塊的運(yùn)動(dòng)功能比較強(qiáng)，有爬行及依靠兩側(cè)的方輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng)方式。但由于iMobot的主體和側(cè)輪同樣大小，主體充當(dāng)支架的時(shí)候便要求地面平整才可以輪式移動(dòng)。做爬行運(yùn)動(dòng)時(shí)也有很多的局限性，如運(yùn)動(dòng)緩慢，對地面的要求比較高等。

雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展,模塊化重構(gòu)機(jī)器人在技術(shù)上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但在硬件設(shè)計(jì)方面依然存在著許多難題。最急需解決的一個(gè)問題就是通用模塊的設(shè)計(jì),以提高模塊的適用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中模塊機(jī)器人單個(gè)模塊設(shè)計(jì)上存在的上述問題，提供一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人。

本發(fā)明提供的可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人由至少兩個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的重構(gòu)模塊通過重構(gòu)模塊上設(shè)置的模塊組合連接外圈孔或模塊組合連接內(nèi)圈孔或模塊組合連接全孔連接組合構(gòu)成；

所述的重構(gòu)模塊包括，一個(gè)U型外架，一個(gè)U型內(nèi)架，一個(gè)舵機(jī)架、一個(gè)內(nèi)架連軸件和一個(gè)舵機(jī)；U型外架的一側(cè)具有與舵機(jī)架連接的一組外架螺栓孔，一個(gè)定位孔及一組模塊組合連接外圈孔，另一側(cè)具有與安裝在內(nèi)架連軸件上軸承相配合的外架軸承孔，及一組模塊組合連接外圈孔，U型外架的底側(cè)設(shè)置有一組模塊組合連接外圈孔和模塊組合連接內(nèi)圈孔，模塊組合連接外圈孔和模塊組合連接內(nèi)圈孔共同構(gòu)成模塊組合連接全孔，這三種孔統(tǒng)稱為模塊組合連接孔；U型內(nèi)架的與U型外架具有外架螺栓孔面配合的一側(cè)具有與安裝在舵機(jī)架上的軸承相配合的內(nèi)架軸承孔，另一側(cè)具有與外架軸承孔同軸的用來穿過內(nèi)架連軸件軸臺的連軸件配合孔及與連軸件固定連接的一組內(nèi)架螺栓孔，U型內(nèi)架在底側(cè)具有一組模塊組合連接全孔；舵機(jī)架的一側(cè)為三個(gè)呈階梯狀軸臺，外端軸臺小于里側(cè)的軸臺，最外端軸臺插入U(xiǎn)型外架的定位孔，用于裝配時(shí)的定位，中間的軸臺用于安裝與U型內(nèi)架軸承孔配合的軸承，里側(cè)的軸臺用于軸承的軸向定位，舵機(jī)架的中間軸臺上設(shè)有一組與U型外架上的外架螺栓孔對應(yīng)的舵機(jī)架螺栓孔，舵機(jī)架和U型外架通過螺栓固定連接在一起，舵機(jī)架的內(nèi)側(cè)為夾板狀舵機(jī)固定架，舵機(jī)固定架內(nèi)固定安裝舵機(jī)；內(nèi)架連軸件整體為三個(gè)呈階梯狀的軸臺，內(nèi)架連軸件的伸出端為舵機(jī)軸軸套，內(nèi)側(cè)為花鍵孔，用于與舵機(jī)輸出軸上的花鍵配合，里側(cè)軸臺插入U(xiǎn)型內(nèi)架的配合孔中，中間軸臺用于安裝與U型外架軸承孔配合的軸承，外側(cè)軸臺用于軸承的軸向定位，內(nèi)架連軸件外側(cè)軸臺具有一組與U型內(nèi)架螺栓孔對應(yīng)的連軸件螺栓孔，用于與U型內(nèi)架螺栓連接，內(nèi)架連軸件外側(cè)軸臺的外側(cè)面同時(shí)設(shè)有一組模塊組合連接內(nèi)圈孔。