[發明專利]一種可全向運動的模塊化自重構機器人的單元模塊結構

有效

• 申請號: 201310178995.6
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103264389A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 宋光明;王衛國;喬貴方;李臻;張軍;宋愛國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J5/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王劍

技術領域

????本發明涉及可全向運動的模塊化自重構機器人的單元模塊結構，屬于機械機器人技術領域。??

背景技術

模塊化自重構機器人是一種高柔性的機器人。它由若干個獨立的單元模塊組合而成,?各單元模塊具有一定的運動能力。這些模塊可以通過對接和拆分的方式改變整體的構形、實現不同的運動步態、完成相應的操作任務。?模塊化自重構機器人具有如下特點：1）自重構功能；（2）易修復性；（3）功能可擴展性；（4）自適應性；（5）高可靠性；（6）良好經濟性。?

單元模塊是構建自重構機器人系統的最基本元素，模塊單體的運動能力直接影響整體機器人系統的協調運動和作業能力。自重構單元模塊主要分為3類：（1）鏈式（2）晶體式（3）混合式。?

目前已知的模塊化自重構機器人的單元模塊設計中存在如下問題：（1）單體模塊自由度數目少，運動能力較低，如MTRAN;（2）連接方式單一，系統拓展形式較少，通用性不高，如GZ-I；（3）單元模塊轉角不能準確調整，對接實現難度大，如SuperBot；（4）單元模塊機構復雜、成本高、不便普及和推廣。?

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于構建模塊化自重構機器人的單元模塊，為克服背景技術中存在的模塊化自重構機器人單體運動能力不足、運動效率不高，對接面少、對接調整難度大，結構復雜的缺點。本發明的目的是通過以下技術方案實現：?

一種可全向運動的模塊化自重構機器人的單元模塊，其主要包括機身、俯仰關節、對接裝置和運動輪裝置，其中：機身整體為六面體形狀，分為上下兩半部分，上半部分包含上外殼和主電路板，下半部分包含下外殼、三個驅動電機和六個L形安裝固定架，所述上、下外殼通過安裝孔固定連接構成單元模塊機身；俯仰關節包括左舵機固定框、右舵機固定框、舵機、舵盤、軸承和副電路板，所述舵機通過左、右舵機固定框固定，構成U形舵機關節，電路板固定在U形舵機關節上，所述U形舵機關節通過舵盤和軸承與機身外殼實現固定連接；對接裝置包含主動對接機構和被動對接機構，主動對接機構包括齒輪旋轉鉤、安裝板和步進電機，四個齒輪旋轉鉤和步進電機固定在安裝板上，齒輪旋轉鉤相互嚙合且利用步進電機驅動，構成主動對接機構，被動對接機構為帶槽板，固定在機身外殼其他五個對接面上，模塊間對接時，主動對接機構與不同被動對接機構連接可組合成不同的聯體形狀；運動輪裝置包括三個獨立同構的全向運動輪機構，每個全向輪運動機構包含全向輪、旋轉齒輪和旋轉軸，全向輪和旋轉齒輪固定連接，旋轉軸穿過全向輪和旋轉齒輪的中心安裝孔并與之固定，旋轉軸兩端與機身外殼固定連接，旋轉齒輪和機身電機齒輪嚙合，所述三個全向運動輪機構呈正三角形分布。

其中，所述主動對接機構的安裝板的一個側面有三個突起圓柱形的安裝軸和一個通孔，四者分布于邊長為6mm正方形的四角，步進電機與安裝板固定且輸出軸穿過通孔，齒輪旋轉鉤分別與安裝板上的三個安裝軸以及步進電機輸出軸固定連接，且齒輪旋轉鉤根部的齒輪相互嚙合。通過步進電機可以實現驅動齒輪旋轉鉤繞安裝軸轉動，步進電機的反正轉可以控制齒輪旋轉鉤之間的張合，實現與被動對接面的連接或分離。?

其中，所述被動對接機構為帶有導槽夾層的帶槽板，導槽的形狀與主動對接面的四個齒輪旋轉鉤旋轉的路徑相匹配，主動被動對接機構接觸后，齒輪旋轉鉤沿著被動對接面的導槽閉合。?

根據建立的模塊化自重構機器人模塊輪式運動學模型，設計模塊運動控制方法，實現單元模塊全方向輪式運動控制。在此基礎之上，實現多模塊連接后的輪式運動控制。?

采用紅外和視覺相結合的技術實現模塊對接。模塊對接時，建立遠距離視覺數學模型和近距離紅外強度數據模型。通過兩個模塊同時進行誤差調整來提高對接效率，實現模塊之間的對接。?

本發明具有以下有益效果：?

一、模塊有三個全向輪，且全向輪呈正三角形分布，可現實模塊全方向的運動，有利于增強單體的移動能力；

二、單元模塊整體為六面體，具備空間對稱性；

三、單元模塊具有一個主動對接面，五個被動對接面，對接面布局有利于節省空間，方便重構，可組合成不同的聯體形狀；

四、主動對接機構安裝在旋轉關節上，被動對接機構采用冗余設計，有利于模塊間對接。?

附圖說明

圖1是根據本發明的單元模塊整體結構圖；?

圖2是機身整體結構圖；

圖3是機身下半部分結構圖；

圖4是機身下半部分上視圖；

圖5是機身上半部分結構圖；

圖6是俯仰關節整體結構圖；