[發明專利]一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人

有效

• 申請號: 202010501754.0
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN112296991B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 譚春林;游斌弟;劉華偉;劉育強;趙陽;田浩;于香杰;劉永健
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部;哈爾濱工業大學（威海）;哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪;劉芳

1.一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人，其特征在于，包括下球型包絡體、上球型包絡體、連接刻度環、轉動對接口、可伸展傳動軸、直流無刷電機、編碼器、蓄電池、換向輸出裝置、光傳感器、熱傳感器、視覺捕獲裝置和中心控制器；所述下球型包絡體與刻度連接環固連，兩者僅能通過上一級細胞帶動轉動；所述上球型包絡體的外部結構與下球型包絡體相同，通過軸承與連接刻度環連接，并通過換向輸出裝置進行轉動；所述轉動對接口通過連桿與換向輸出裝置連接，且每一個轉動對接口都可圍繞赤道方向進行獨立擺動；所述可伸展傳動軸通過控制器對其進行控制，在非工作時收斂于細胞內部，在工作時伸出并與上球型包絡體固連；所述換向輸出裝置通過連接刻度環支撐，并通過控制直流無刷電機輸出軸與各個轉動對接口及上球型包絡體的配合來實現不同對接口的位姿轉動；所述直流無刷電機的輸出軸與換向輸出裝置連接，并通過編碼器與中心控制器形成半閉環控制系統進行位置反饋；所述蓄電池固定于直流無刷電機下部，并向直流無刷電機、中心控制器、可伸展傳動軸、光傳感器、熱傳感器及視覺捕獲裝置提供電能，同時通過接口電流進行充電；所述光傳感器與熱傳感器位內嵌于上球型包絡體表面；所述視覺捕獲裝置固定于上球型包絡體；所述中心控制器固定于直流無刷電機底部；

任意兩個理念細胞機器人的對接口可實現定向連接，下球型包絡體與連接刻度環固定連接，兩者僅能跟隨上一級細胞的上球型包絡體的A類對接口進行定軸轉動；同時為防止運動干涉，兩個細胞之間的上球型包絡體對接口不會發生連接，同理兩個細胞之間的下球型包絡體對接口也不會發生連接；上球型包絡體對接口、下球型包絡體對接口及轉動對接口具有互換性，其任意兩者都能根據預先設定方向的連接；根據對接口軸線與細胞軸線空間位置關系定義：與細胞軸線平行的對接口為A類對接口，與細胞軸線成45°的對接口為B類對接口，與細胞軸線垂直的對接口為C類對接口。

2.如權利要求1所述的一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人，其特征在于，所述對接口僅能通過正方向及逆轉90°方向進行對接，且對接方式為可重復性對接，從而使得完成搭建的拓撲結構具有自修復與更新能力。

3.如權利要求1所述的一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人，其特征在于，所述上、下球型包絡體及轉動對接口具有信息傳遞功能，向中心控制器進行通訊，中心控制器根據視覺、溫度、力和光傳感器的反饋信號進行處理，以完成預設功能。

4.如權利要求1所述的一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人，其特征在于，所述可伸展傳動軸根據工作需求從上球型包絡體的A類對接口進行伸出與縮回，當其伸出時會先與自身的上球型包絡體鎖緊，之后與下一級細胞的下球型包絡球內部嚙合，進而將上一級力矩通過可伸展傳動軸傳遞給下一級驅動源，從而實現細胞間的力矩群效應。

5.如權利要求1所述的一種可實現群效應及拓撲結構自適應的理念細胞機器人，其特征在于，利用三類對接口能將所述理念細胞機器人相互連接后形成多種空間拓撲結構；為便于表述理念細胞機器人間的拓撲關系，在此通過D1,D2,D3表示三個細胞機器人；其基本空間拓撲結構可分為：1)D1的A對接口與D2的A對接口連接，實現空間桁架、桿件結構體的搭建，并通過可伸展傳動軸實現群效應；2)D1的A對接口與D2的B對接口連接，實現結構側斜方向的擴展與轉動輸出；3)D1的B對接口與D2的B對接口連接，且兩個細胞軸線垂直相交，實現結構側方向擴充并可向無動力方向輸出轉矩；4)D1的B對接口與D2的B對接口連接，且兩個細胞軸線平行，可沿固定半徑進行定軸轉動并輸出轉矩；5)D1的C對接口與D2的A、B對接口連接，可增強D1細胞赤道方向輸出能力；6)D1的C對接口與D2的C對接口連接，且兩個細胞軸線平行，實現兩平行方向的任意角度扭轉；7)D1的C對接口與D2的C對接口連接，且兩個細胞軸線異面垂直，實現兩垂直方向的任意角度扭轉；8)D1與D3的任意對接口與D2同側的B對接口連接，實現同側兩個擴展單元的空間互換；D1與D3的任意對接口與D2異側的B對接口連接，實現串聯與并聯的轉換與空間90°～180°組裝；9)D1與D3的任意對接口與D2的相鄰兩個C對接口連接，實現兩細胞在赤道平面內完成60°～240°任意夾角的擺動。