一种可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103264389A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103264389103264389A(43)申请公布日2013.08.28(21)申请号201310178995.6(22)申请日2013.05.14(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市四牌楼2号(72)发明人宋光明王卫国乔贵方李臻张军宋爱国(74)专利代理机构江苏永衡昭辉律师事务所32250代理人王剑(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)B25J5/00(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图7页附图7页(54)发明名称一种可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块结构(57)摘要一种用于构建模块化自重构机器人的单元模块，包含机身、俯仰关节、对接装置和运动轮装置。其中：机身整体为六面体结构，包括上外壳部分和下外壳部分，主电路板和三个驱动电机安装固定在机身外壳内壁；俯仰关节是将舵机固定在左、右舵机固定框上构成U形舵机关节，并通过舵盘和轴承实现与机身连接；对接装置包括主动对接机构和被动对接机构，主动对接机构通过步进电机驱动齿轮旋转钩旋转，被动对接机构为带槽板，与机身被动对接面安装固定；运动轮装置包括三个独立同构的全向轮运动机构，三者与机身固定且呈正三角形分布，并通过直流电机驱动。本发明的单元模块运动能力强，可实现单体的全向运动，单元模块对接面多，方便模块间对接。CN103264389ACN10326489ACN103264389A权利要求书1/1页1.一种可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块，其主要包括机身、俯仰关节、对接装置和运动轮装置，其中：机身整体为六面体形状，分为上下两半部分，上半部分包含上外壳和主电路板，下半部分包含下外壳、三个驱动电机和六个L形安装固定架，所述上、下外壳通过安装孔固定连接构成单元模块机身；俯仰关节包括左舵机固定框、右舵机固定框、舵机、舵盘、轴承和副电路板，所述舵机通过左、右舵机固定框固定，构成U形舵机关节，电路板固定在U形舵机关节上，所述U形舵机关节通过舵盘和轴承与机身外壳实现固定连接；对接装置包含主动对接机构和被动对接机构，主动对接机构包括齿轮旋转钩、安装板和步进电机，四个齿轮旋转钩和步进电机固定在安装板上，齿轮旋转钩相互啮合且利用步进电机驱动，构成主动对接机构，被动对接机构为带槽板，固定在机身外壳其他五个对接面上，模块间对接时，主动对接机构与不同被动对接机构连接可组合成不同的联体形状；运动轮装置包括三个独立同构的全向运动轮机构，每个全向轮运动机构包含全向轮、旋转齿轮和旋转轴，全向轮和旋转齿轮固定连接，旋转轴穿过全向轮和旋转齿轮的中心安装孔并与之固定，旋转轴两端与机身外壳固定连接，旋转齿轮和机身电机齿轮啮合，所述三个全向运动轮机构呈正三角形分布。2.如权利要求1所述的可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块，其中，所述主动对接机构的安装板的一个侧面有三个突起圆柱形的安装轴和一个通孔，四者分布于边长为6mm正方形的四角，步进电机与安装板固定且输出轴穿过通孔，齿轮旋转钩分别与安装板上的三个安装轴以及步进电机输出轴固定连接，且齿轮旋转钩根部的齿轮相互啮合。3.通过步进电机可以实现驱动齿轮旋转钩绕安装轴转动，步进电机的反正转可以控制齿轮旋转钩之间的张合，实现与被动对接面的连接或分离。4.如权利要求1或2所述的可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块，其中，所述被动对接机构为带有导槽夹层的带槽板，导槽的形状与主动对接面的四个齿轮旋转钩旋转的路径相匹配，主动被动对接机构接触后，齿轮旋转钩沿着被动对接面的导槽闭合。2CN103264389A说明书1/4页一种可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块结构技术领域[0001]本发明涉及可全向运动的模块化自重构机器人的单元模块结构，属于机械机器人技术领域。背景技术[0002]模块化自重构机器人是一种高柔性的机器人。它由若干个独立的单元模块组合而成,各单元模块具有一定的运动能力。这些模块可以通过对接和拆分的方式改变整体的构形、实现不同的运动步态、完成相应的操作任务。模块化自重构机器人具有如下特点：1）自重构功能；（2）易修复性；（3）功能可扩展性；（4）自适应性；（5）高可靠性；（6）良好经济性。[0003]单元模块是构建自重构机器人系统的最基本元素，模块单体的运动能力直接影响整体机器人系统的协调运动和作业能力。自重构单元模块主要分为3类：（1）链式（2）晶体式（3）混合式。[0004]目前已知的模块化自重构机器人的单元模块设计中存在如下问题：（1）单体模块自由度数目少，运动能力较低，如MTRAN;（2）连接方式单一，系统拓展形式较少，通用性不高，如GZ-I；（3）单元模块转角不能