[發明專利]一種模塊化自重構機器人及其變形控制方法

有效

• 申請號: 201210270345.X
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102765087A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 宋光明;王雅利;喬貴方;李臻;王衛國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種模塊化自重構機器人，其特征是由至少三個單體連接構成，實現“一”構型和“十”構型，所述單體由前、中、后三個關節依次連接組成，所述關節包括兩個U形框和舵機，所述U形框由一個底面和兩個連接臂組成，連接臂對稱設置在底面的兩側；兩個U形框的連接臂上設有鉸接孔，兩個U形框通過鉸接孔鉸接在一起，轉動連接，舵機固定在其中一個U形框內，驅動另一個U形框轉動；前、中、后三個關節之間通過U形框的底面相互固定連接，所述單體放置在水平面上時，前關節和后關節俯仰轉動，中關節左右轉動；

所述單體連接構型，“一”構型時，各單體前后關節相連成直鏈，單體之間相互連接的U形框底面上分別設有對接錐頭和卡接孔，底面中間設有對接錐頭的U形框稱為對接公頭，底面中間設有卡接孔的U形框稱為對接母頭，所述對接錐頭與卡接孔構成卡接結構，對接公頭的底面中間設有圓孔，對接錐頭穿過所述圓孔連接一旋轉齒輪，對接公頭的底面上還設有直流電機，所述直流電機的輸出軸驅動旋轉齒輪，帶動對接錐頭旋轉，對接錐頭側面設有卡齒，卡接孔直徑與對接錐頭一致，設有對應所述卡齒的卡槽，對接公頭與對接母頭連接時，對接錐頭對應卡槽位置穿過卡接孔，旋轉后，卡齒卡在卡接孔未設卡槽的邊緣，實現卡接；

“十”構型時，將“一”構型中的單體分為首模塊、中間模塊和尾模塊三個部分，十字交叉點位于中間模塊，中間模塊在所述十字交叉點位置的兩側設有連接面，連接面上設有卡接孔，首模塊和尾模塊通過連接錐頭連接至所述連接面的卡接孔，得到“十”構型；其中，首模塊和尾模塊與連接面連接的U形框底面上設有一對紅外接收管，對接母頭及連接面上設有一對紅外發射管。

2.權利要求1所述的模塊化自重構機器人的變形控制方法，其特征是由上位機控制將“一”構型變形為“十”構型，將“一”構型分為首模塊、中間模塊和尾模塊三部分，每個模塊包括至少一個單體，十字交叉點位于中間模塊，“一”構型時，中間模塊的兩端為對接母頭，首、尾模塊通過對接公頭連接中間模塊，“一”構型變形為“十”構型時，所述三部分模塊分解：待分解處的對接公頭的直流電機旋轉帶動對接錐頭旋轉，對應卡接孔的卡槽位置，首、尾模塊分別向遠離中間模塊的方向直線移動，使首、尾模塊和中間模塊實現完全分離，所述直線移動通過單體前關節與后關節的俯仰轉動動作，利用關節與地面的摩擦力，波浪式直線移動；然后中間模塊通過單體的中關節左右轉動，利用前、后關節與地面的摩擦力，調整角度旋轉90°，和首、尾模塊成垂直狀態，首、尾模塊再向著中間模塊的方向直線移動，根據首尾模塊對接公頭上的紅外接收管，以及中間模塊對接面上的紅外發射管，通過紅外強度與距離的關系建立數學模型，通過紅外接收管接收的紅外強度值推算出對接公頭與對接面的距離，當對接公頭距對接面距離達到設定的對接距離閾值，自動對接過程開始：

1）首、尾模塊的對接公頭向左右15°范圍內按5°遞增模式進行角度搜索，尋找對接面紅外發射管發射紅外強度最大的方向，完成對接面初始相對角度調整；

2）在所述紅外強度最大的方向上測量首、尾模塊的紅外接收管和中間模塊對接面的紅外發射管的距離值，上傳至上位機，上位機根據已知的紅外發射管與對接面卡接孔位置關系、紅外接收管與對接錐頭位置關系、以及所述距離值建立一個局部坐標系，計算對接公頭和對接面相對角度偏差和相對位移偏差，首、尾模塊根據得到的偏差值調整與中間模塊的相對位置；

循環以上兩個步驟，直到對接公頭與對接面完全正對，且距離足以完成對接錐頭與卡接孔的卡接，首、尾模塊驅動對接錐頭，同時進行與對接面的對接，實現由“一”構型到“十”構型的變形。

3.根據權利要求2所述的模塊化自重構機器人的變形控制方法，其特征是上位機控制機器人由“十”構型變為“一”構型，首模塊、中間模塊和尾模塊三部分完全分離，中間模塊旋轉90°，和首、尾模塊成直鏈狀態，首、尾模塊的對接公頭通過紅外接收管管，以及中間模塊對接母頭的紅外發射管進行自動對接過程，至首、尾模塊的對接公頭與中間模塊的對接母頭連接完成，實現由“十”構型到“一”構型的變形。

4.根據權利要求2所述的模塊化自重構機器人的變形控制方法，其特征是所述自動對接開始的對接距離閾值設置為9～11cm。