[發(fā)明專利]一種可實現(xiàn)群效應(yīng)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)的理念細(xì)胞機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010501754.0
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN112296991B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計部;哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）;哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪;劉芳

本發(fā)明公開一種可實現(xiàn)群效應(yīng)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)的理念細(xì)胞機(jī)器人，包括下球型包絡(luò)體、上球型包絡(luò)體、連接刻度環(huán)、轉(zhuǎn)動對接口、可伸展傳動軸、直流無刷電機(jī)、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，首先通過較小數(shù)目的細(xì)胞機(jī)器人組成根體，該根體可進(jìn)行自我擴(kuò)充與輔助搭建；之后計算機(jī)對接受的任務(wù)進(jìn)行分析，根據(jù)基本拓?fù)涔δ芙Y(jié)構(gòu)生成完整的預(yù)設(shè)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并獲得該結(jié)構(gòu)所需細(xì)胞機(jī)器人數(shù)目并對其進(jìn)行編號，通過預(yù)設(shè)根體有順序性地拾取細(xì)胞機(jī)器人，并按照計算機(jī)運算結(jié)果完成相應(yīng)對接口的連接，根據(jù)編號順序，不斷重復(fù)拾取對接過程，完成預(yù)設(shè)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的搭建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可實現(xiàn)群效應(yīng)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)的理念細(xì)胞機(jī)器人。

背景技術(shù)

隨面對在地工作及對外探測工作的不斷展開，其任務(wù)性質(zhì)逐漸趨于復(fù)雜性、多樣性及任務(wù)未知性。傳統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行設(shè)備通常基于指定任務(wù)進(jìn)行設(shè)計，面對未知任務(wù)自我更新能力較差且升級成本高。之后，基于模塊化原理將設(shè)備各個機(jī)構(gòu)離散并設(shè)計通用性接口，當(dāng)某一模塊出現(xiàn)問題時，可通過替換同種類型模塊進(jìn)行快速修復(fù)，模塊化機(jī)器人極大地提高了設(shè)備更新能力。但由于模塊化機(jī)器人各類模塊功能固定，其本質(zhì)仍然是基于固定組合以完成指定任務(wù)。

由于人體及動物均通過單一細(xì)胞組合構(gòu)建功能組織，在功能組織破損時可通過替換相同細(xì)胞以完成自身修復(fù)。且每個獨立細(xì)胞均具有“活性”，不但可自主運動且可對外界及內(nèi)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)。基于人體及動物細(xì)胞的特點，將其遷移至機(jī)器人設(shè)計中，旨在設(shè)計一種自身具有感知與運動功能，并可通過群效應(yīng)組成新功能組織的細(xì)胞機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)群效應(yīng)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)的理念細(xì)胞機(jī)器人，能夠通過編碼器感知自身姿態(tài)，并利用計算機(jī)進(jìn)行任務(wù)分析進(jìn)而生成相應(yīng)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與最優(yōu)接口分配決策，最終通過基體及中心處理器完成自適應(yīng)空間拓?fù)洳呗陨桑M(jìn)而完成功能機(jī)器人的自重構(gòu)搭建。

實現(xiàn)本發(fā)明的方案如下：

一種可實現(xiàn)群效應(yīng)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)的理念細(xì)胞機(jī)器人，包括下球型包絡(luò)體、上球型包絡(luò)體、連接刻度環(huán)、轉(zhuǎn)動對接口、可伸展傳動軸、直流無刷電機(jī)、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(luò)體與刻度連接環(huán)固連，兩者僅能通過上一級細(xì)胞帶動轉(zhuǎn)動；所述上球型包絡(luò)體的外部結(jié)構(gòu)與下球型包絡(luò)體相同，通過軸承與連接刻度環(huán)連接，并通過換向輸出裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)動對接口通過連桿與換向輸出裝置連接，且每一個轉(zhuǎn)動對接口都可圍繞赤道方向進(jìn)行獨立擺動；所述可伸展傳動軸通過控制器對其進(jìn)行控制，在非工作時收斂于細(xì)胞內(nèi)部，在工作時伸出并與上球型包絡(luò)體固連；所述換向輸出裝置通過連接刻度環(huán)支撐，并通過控制直流無刷電機(jī)輸出軸與各個轉(zhuǎn)動對接口及上球型包絡(luò)體的配合來實現(xiàn)不同對接口的位姿轉(zhuǎn)動；所述直流無刷電機(jī)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(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行位置反饋；所述蓄電池固定于直流無刷電機(jī)下部，并向直流無刷電機(jī)、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(jìn)行充電；所述光傳感器與熱傳感器位內(nèi)嵌于上球型包絡(luò)體表面；所述視覺捕獲裝置固定于上球型包絡(luò)體；所述中心控制器固定于直流無刷電機(jī)底部；

任意兩個理念細(xì)胞機(jī)器人的對接口可實現(xiàn)定向連接，上球型包絡(luò)體對接口、下球型包絡(luò)體對接口及轉(zhuǎn)動對接口具有互換性，其任意兩者都能根據(jù)預(yù)先設(shè)定方向的連接；根據(jù)對接口軸線與細(xì)胞軸線空間位置關(guān)系定義：與細(xì)胞軸線平行的對接口為A類對接口，與細(xì)胞軸線成45°的對接口為B類對接口，與細(xì)胞軸線垂直的對接口為C類對接口。

進(jìn)一步地，所述對接口僅能通過正方向及逆轉(zhuǎn)90°方向進(jìn)行對接，且對接方式為可重復(fù)性對接，從而使得完成搭建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有自修復(fù)與更新能力。

進(jìn)一步地，所述下球型包絡(luò)體與連接刻度環(huán)固定連接，兩者僅能跟隨上一級細(xì)胞的上球型包絡(luò)體的A類對接口進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動；同時為防止運動干涉，兩個細(xì)胞之間的上球型包絡(luò)體對接口不會發(fā)生連接，同理兩個細(xì)胞之間的下球型包絡(luò)體對接口也不會發(fā)生連接。