CN101531008B - 微型万向连接装置 - Google Patents
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Abstract
一种微型自重构机器人的微型万向连接装置，属于重构机器人领域。本发明包括：连接器的端盖、底座、锁紧机构和与其连接的球形连接杆。连接器的底座和端盖前端上下对接在一起组成一个大于半球的球孔，球形连接杆插入其中组成一个灵活的球形万向节。端盖可以绕底座旋转，通过控制锁紧机构，实现该装置的自动连接/脱离。携带此装置的多个微型机器人可以自动连接在一起形成新的构型，在任意曲率的曲面上运动。本发明结构简单、尺寸小、容易实现，特别适合在微小尺寸限制的条件下实现微型机器人的自动连接。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机器人工程技术领域的连接机构，特别是一种用于微型自重构机器人的微型万向连接装置。
背景技术
自重构机器人的连接机构是自重构机器人实现自重构的部件，其用于自重构机器人单体模块间的相互连接，从而形成新的构型，适应新的任务需要。目前，自重构机器人的连接机构主要有以下四种：基于形状记忆合金的插销式连接机构、电磁式连接机构、永磁式连接机构及机械式连接机构。但这些机构往往是实现机器人之间固定式的连接，缺少灵活性，而且体积比较大，很难用在微型自重构机器人上。
经对现有技术的文献检索发现，H.Okuyama等在《Proceedings of theTwelfth IEEE Internat ional Conference on MEMS》(第12届IEEE会刊：微电子微机械系统)1999年一月发表的“Development of Microconnector withAutomatic Connecting/Disconnecting Mechanism”(“开发一种具有自动连接/脱离功能的微型连接器”)，该文设计了一种电气和机械一体的微型连接器，直径和厚度分别为2.5mm和2mm，实现连接/脱离的锁紧机构由电磁、永磁和螺旋弹簧组成，用于微型机器人柔性连接。该连接器优点是体积小，同时实现了机械和电气的连接，但是也存在一些不足之处：对接精度要求非常高，很难用来作为自重构移动机器人的自动对接装置；其结构复杂，采用x射线光刻微细加工技术制作，造价十分昂贵。
发明内容
本发明的目的在于克服以上技术中的不足，提出一种用于自重构机器人之间连接的微型万向连接装置，结构简单，易于实现，携带该装置的多个微型机器人可以很容易自动连接在一起形成新的构型，作为整体在一些极端环境，例如狭窄管道和大型自由曲面中移动。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：端盖、底座、球形连接杆、微马达、闩片，端盖的前端与底座活动连接，端盖后端下部设有一个部分球形轮廓的凹槽，底座后端上部设有一个部分球形轮廓的凹槽，两个凹槽组成一个球形空腔，球形连接杆的一端为球头，球形连接杆的球头在两凹槽空腔内，球形连接杆的另一端在移动微型机器人固定连接；微马达固设在底座上；闩片固设在微马达的输出轴上，闩片的长度小于端盖上对应设置的缺口的长度但大于该缺口的宽度，同时闩片的宽度还小于该缺口的宽度，通过微马达控制闩片的位置来限制或放任端盖的旋转，从而实现重构微型机器人之间的连接或脱离。
在所述底座上设置轴承，轴承由人造红宝石制成。
所述的端盖和底座上设有销孔。
在所述端盖前端设置连接销，连接销插在端盖和底座的销孔内。
本发明的连接销设置在红宝石轴承上，红宝石轴承可以有效的减小转动摩擦力，使得端盖较容易绕连接销转动。
所述微马达，采用双定子单转子结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以用于自重构机器人之间的柔性连接，尤其是微型自重构机器人之间的柔性连接，而且结构简单，制作简单，造价便宜，便于大规模推广应用。
附图说明
图1本发明的立体分解图；
图2本发明底座的立体图；
图3本发明端盖的立体图；
图4本发明球型连接杆的立体图；
具体实施方式
如图1、2、3及4所示，本实施例包括：端盖1、底座2、球形连接杆3、微马达21、闩片23，其连接关系为：端盖1的前端与底座2活动连接，端盖1可以绕该连接处自由转动，端盖1上设置有缺口11，其后端下部设有一个部分球形轮廓的凹槽12；底座2后端上部设有一个部分球形轮廓的凹槽25，该凹槽25与端盖1上的凹槽12共同组成一个可以收容该连接杆3的连接球31的空腔，且当端盖1与底座2处于闭合状态时该空腔端面的直径小于该连接球31的直径，使得处于该空腔中的球形连接杆3的连接球31不能够脱离该空腔，只能在该空腔中转动；球形连接杆3由杆部32和位于杆部一端的连接球31组成，其中连接球31容设于由凹槽12和凹槽25组成的空腔中，杆部的另一端可固定在移动微型机器人的底座上；微马达21固设在底座2上；闩片23固设在微马达21的输出轴24上，闩片23的长度小于端盖1上的缺口11的长度但大于该缺口11的宽度，同时闩片23的宽度还小于该缺口11的宽度，通过微马达21控制闩片23的位置来限制或放任端盖1的旋转，从而实现重构微型机器人之间的连接或脱离。
当微马达21的输出轴24转动带动闩片23转动到一定角度时，例如当闩片23的长度方向与缺口11的长度方向一致时，闩片23可以通过端盖1上的缺口11，此时端盖1可以自由转动，球形连接杆3的连接球31可以进入或抽离凹槽12和凹槽25组成的空腔；当微马达21的输出轴24转动带动闩片23转动到一定角度时，例如当闩片23的长度方向与缺口11的宽度方向一致时，如果此时缺口11位于闩片23的下方，则可以限制端盖1的转动，使得球形连接杆3的连接球31可以不能够进入或抽离凹槽12和凹槽25组成的空腔。
本实施例还包括：连接销4，端盖1通过连接销4与底座2活动连接。
所述连接销4，与端盖1前端固定。
所述底座2，还包括：红宝石轴承22，其由人造红宝石制成，设置在底座2上，固定在端盖前端的连接销4设置在红宝石轴承22上，红宝石轴承22可以有效的减小转动摩擦力，使得端盖1较容易绕连接销转动。
所述微马达21，采用双定子单转子结构。
本实施例的整体尺寸：长*高*宽＝8.5mm*6.1mm*6mm，用于微型自重构机器人上，可以实现自重构移动微型机器人之间可以实现自动连接或脱离。其工作过程如下：
机器人A自身的微型万向连接装置上没有球形连接杆3，机器人B自身的微型万向连接装置上设置有球形连接杆3。首先机器人A控制微马达21旋转闩片23，使自身的微型万向连接装置处于“开启”状态，此时端盖1可以绕红宝石轴承22自由转动。然后机器人B通过一系列的运动使其上的球形连接杆3对准机器人A的微型万向连接装置后端的空腔，由于端盖1自身重量很小，所以机器人B上的球形连接杆的连接球可以很容易挤开机器人A微型万向连接装置上的端盖1而插入机器人A的微型万向连接装置后端的空腔。最后机器人A控制其上的微马达21旋转闩片23，使自身的微型万向连接装置处于“闭合”状态，限制端盖1的转动，这样机器人A和机器人B就可以通过球形连接杆3连接在一起。
处于“连接状态”的机器人A和机器人B需要分开时，只需将机器人A上的微型万向连接装置设成“开启”状态即可。
Claims (8)
1.一种微型万向连接装置，其特征在于，包括：端盖、底座、球形连接杆、微马达、闩片，端盖的前端与底座活动连接，端盖后端下部设有一个部分球形轮廓的凹槽，底座后端上部设有一个部分球形轮廓的凹槽，两个凹槽组成一个球形空腔，球形连接杆的一端为球头，球形连接杆的球头在两凹槽空腔内，微马达固设在底座上，闩片固设在微马达的输出轴上。
2.根据权利要求1所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的闩片的长度小于端盖上对应设置的缺口的长度，大于该缺口的宽度。
3.根据权利要求2所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的闩片的宽度小于缺口的宽度。
4.根据权利要求1所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的底座上设置轴承。
5.根据权利要求4所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的轴承由人造红宝石制成。
6.根据权利要求1所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的端盖和底座上设有销孔。
7.根据权利要求6所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的端盖前端设置连接销，连接销插在端盖和底座的销孔内。
8.根据权利要求1所述的微型万向连接装置，其特征是，所述的微马达采用双定子单转子结构。
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