CN101549494A - 具有自组装特征的单体自变形机器人 - Google Patents

具有自组装特征的单体自变形机器人 Download PDF

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本发明公开了一种具有自组装特征的单体自变形机器人，包括移动底座，移动底座上设有对接平台，对接平台与移动底座之间设有旋转机构，用于驱动对接平台与移动底座之间相对旋转；移动底座包括多个对接面，用于与其它单体自变形机器人的对接平台之间实现对接；对接面上和对接平台上分别安装多对红外发射传感器和红外接收传感器，用于实现对接导引。既能通过移动底座实现自主运动，又能通过对接平台与其它单机器人之间实现相互对接及变形。

Description

具有自组装特征的单体自变形机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种具有自组装特征的单体自变形机器人。
背景技术
目前，随着机器人技术的不断发展，机器人在空间、海底、军事侦察、搜索救援等非结构化环境下应用的需求日益增加。对于这类复杂环境和一些不可预知或存在变化的作业任务，单一形态的个体机器人由于功能、形态的限制，已很难满足要求，往往需要多机器人系统通过协调与协作完成。大量具有相同功能的简单机器人组成多机器人系统，即群体机器人(Swarm Robotics)，通过模仿自然界存在的蚁群、鱼群、鸟群等生物的群体行为，实现个体机器人之间及个体机器人与环境之间的交互与协调控制，完成个体机器人不能完成的工作。
现有技术中的移动自重构机器人系统中，由于结构和控制系统设计的原因，大多数系统的单元模块没有运动能力或仅具有较弱的运动能力，而是依靠连接到其它单元模块上实现机器人系统的变形和重构。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能实现自主运动，又能与其它单机器人之间实现相互对接及变形的具有自组装特征的单体自变形机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的具有自组装特征的单体自变形机器人，包括移动底座，所述移动底座上设有对接平台，所述对接平台与所述移动底座之间设有旋转机构，用于驱动所述对接平台与所述移动底座之间相对旋转；
所述移动底座包括多个对接面，用于与其它单体自变形机器人的对接平台之间实现对接；
所述对接面上和所述对接平台上分别安装多对红外发射传感器和红外接收传感器，用于实现对接导引。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，由于移动底座上设有对接平台，对接平台与移动底座之间设有旋转机构，用于驱动对接平台与移动底座之间相对旋转；移动底座包括多个对接面，用于与其它单体自变形机器人的对接平台之间实现对接；对接面上和对接平台上分别安装多对红外发射传感器和红外接收传感器，用于实现对接导引。既能通过移动底座实现自主运动，又能通过对接平台与其它单机器人之间实现相互对接及变形。
附图说明
图1a、图1b、图1c为本发明具有自组装特征的单体自变形机器人的三维结构示意图；
图2为本发明具有自组装特征的单体自变形机器人的功能结构示意图；
图3为本发明中移动底座驱动轮与平衡轮示意图；
图4为本发明中旋转机构结构示意图；
图5为本发明中卡扣根部结构示意图。
图中，1为远程红外接收传感器，2为远程红外发射传感器，3为红外发射传感器，4为红外接收传感器，5为卡扣，6为中轴，7为卡槽，8为满足于对接平台的旋转，9为移动底座，10为对接平台，11为满足于红外检测，12为机器人驱动轮，13为机器人平衡轮，14为电动机输出轴，15为外齿轮。
具体实施方式
本发明的具有自组装特征的单体自变形机器人，其较佳的具体实施方式是，包括移动底座，所述移动底座上设有对接平台，所述对接平台与所述移动底座之间设有旋转机构，用于驱动所述对接平台与所述移动底座之间相对旋转；
所述移动底座包括多个对接面，用于与其它单体自变形机器人的对接平台之间实现对接；
所述对接面上和所述对接平台上分别安装多对红外发射传感器和红外接收传感器，用于实现对接导引。
具体所述移动底座可以包括前、后、左、右、上、下共6个面，其中，下面为移动面；其它5个面为对接面。
所述移动面可以设有两个驱动轮，所述两个驱动轮通过两个带位置反馈的直流电机实现差分驱动；所述移动面还可以设有4个平衡轮。
所述对接平台上设有卡扣，所述对接面对应的位置设有卡槽，对接过程中，所述卡扣恰可卡入其它单体自变形机器人的对接面上的卡槽内，实现对接。所述卡扣可以有两个，分别设于所述对接平台的两侧，并错开布置；对应的，所述卡槽有两个，分别设于所述对接面的两侧，并错开布置。
所述卡扣的根部可以设有自锁槽，与其它单体自变形机器人对接后，其它单体自变形机器人的对接面上的卡槽的边缘恰可卡入所述自锁槽内。
所述移动底座上设有至少一对远程红外发射传感器和远程红外接收传感器。所述对接平台的角部可以为内弧形，用于满足红外检测，当所述对接平台旋转到所述远程红外发射传感器和远程红外接收传感器所在的对接面时，所述远程红外发射传感器和远程红外接收传感器恰可穿过所述内弧形处发射或接收红外信息。
所述旋转机构可以包括一对内啮合的齿轮，其中内齿轮与驱动电动机输出输出轴连接；外齿轮与所述对接平台连接；所述外齿轮处可以安装与之同轴的脉冲编码器，进行角度反馈，用于控制所述对接平台相对所述移动底座的旋转角度，所述旋转角度的范围为300度；所述移动底座的角部为弧形，用于满足对接平台的旋转。
具体实施例，如图1a、图1b、图1c、图2至图5所示：
具体实施例的具有自组装特征的单体自变形机器人(U-Bot)共4个自主度，由两部分组成，一部分是移动底座9，由两个带位置反馈的直流电机实现双驱动轮差分驱动，用于实现U-Bot的自主移动；一部分是带有主动对接机构的对接平台10，可通过中轴6围绕移动底座9进行300°旋转。一个U-Bot可以通过对接平台10与另一个U-Bot的前、后、左、右、上共5个面实现对接，在对接面上安装多对红外接近传感器3、4实现对接导引控制。通过无线传感器网络实现多个单体机器人的无线通信和定位，然后进行自主移动，移动时，利用远程红外装置1、2进行蔽障，到达近距离时，利用红外装置3、4进行相对位置的判断，继而通过对接平台10上的卡扣5和其他单体机器人的卡槽7进行连接，实现单体机器人之间的对接。
下面结合附图进行详细的描述：
如图1a、图1b、图1c、图2所示，两个机器人对接过程中，采取一个机器人固定，另一个机器人移动的方式：固定机器人打开对接面上的红外发射传感器3；移动机器人将对接平台10转到前面，并且打开对接平台10上的红外接收传感器4；移动机器人在由陀螺仪和码盘构成的定位系统的导引下，移动到固定机器人附近；移动机器人根据红外接收传感器4、远程红外传感器1、2，以及对接平台10上的触碰开关的信号状态，做出相应的运动(前进、后退、左转、右转)，最终到达至少2个红外接收传感器4都正确检测到信号；移动机器人按照当前方向前进，直到对接平台10上的触碰开关出现信号，停止移动；移动机器人驱动卡扣电机，完成对接。
如图3所示，U-Bot采用在移动底座9下方安装双驱动轮12来实现自主移动，双驱动轮12通过两个带位置反馈的直流电机实现差分驱动；安装四个平衡轮13来实现机器人的平衡。
如图4所示，中轴6是旋转机构，电动机轴14输出转矩传递给对接平台10，从而带动其他模块旋转，可以实现机器人的自变形。在外齿轮15处安装与之同轴的脉冲编码器，进行角度反馈，以控制对接平台10相对移动底座9主体旋转的角度。
本发明的具体实施例中，在移动底座9主体以及对接平台10都设计有错位开口，使模块在各个方向对接时都不会产生干涉，并支持任意节数的对接与分离；采用轨迹渐开线设计，使模块间相互拉近过程中，全程受力均衡；在卡扣的两侧导角，使对接容差加大；
如图5所示，卡扣5根部有卡槽，对接后可实现自锁，在不损失能量的情况下，实现节间锁死。
在控制结构上，U-Bot采用32位ARM处理器作为控制核心，具有电机控制输出、传感器(包括红外、陀螺仪)输入功能，且具有无线传感器网络通信接口，能够实现多个U-Bot之间的无线通信和定位功能。
本发明克服了自重构机器人各单元模块没有运动能力或仅具有较弱的运动能力的不足。本发明的单体机器人既具有自主运动能力，又能与其它单机器人之间实现相互对接及变形，具有结构和技术简单，成本低廉，运动速度快，能适应各种外部条件的特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，包括移动底座，所述移动底座上设有对接平台，所述对接平台与所述移动底座之间设有旋转机构，用于驱动所述对接平台与所述移动底座之间相对旋转；
所述移动底座包括多个对接面，用于与其它单体自变形机器人的对接平台之间实现对接；
所述对接面上和所述对接平台上分别安装多对红外发射传感器和红外接收传感器，用于实现对接导引。
2、根据权利要求1所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述移动底座包括前、后、左、右、上、下共6个面，其中，下面为移动面；其它5个面为对接面。
3、根据权利要求2所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述移动面设有两个驱动轮，所述两个驱动轮通过两个带位置反馈的直流电机实现差分驱动。
4、根据权利要求3所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述移动面设有4个平衡轮。
5、根据权利要求1所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述对接平台上设有卡扣，所述对接面对应的位置设有卡槽，对接过程中，所述卡扣恰可卡入其它单体自变形机器人的对接面上的卡槽内，实现对接。
6、根据权利要求5所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述卡扣有两个，分别设于所述对接平台的两侧，并错开布置；
对应的，所述卡槽有两个，分别设于所述对接面的两侧，并错开布置。
7、根据权利要求6所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述卡扣的根部设有自锁槽，与其它单体自变形机器人对接后，其它单体自变形机器人的对接面上的卡槽的边缘恰可卡入所述自锁槽内。
8、根据权利要求1所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述移动底座上设有至少一对远程红外发射传感器和远程红外接收传感器。
9、根据权利要求8所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述对接平台的角部为内弧形，当所述对接平台旋转到所述远程红外发射传感器和远程红外接收传感器所在的对接面时，所述远程红外发射传感器和远程红外接收传感器恰可穿过所述内弧形处发射或接收红外信息。
10、根据权利要求1所述的具有自组装特征的单体自变形机器人，其特征在于，所述旋转机构包括一对内啮合的齿轮，其中内齿轮与驱动电动机输出输出轴连接；外齿轮与所述对接平台连接；
所述外齿轮处安装与之同轴的脉冲编码器，进行角度反馈，用于控制所述对接平台相对所述移动底座的旋转角度，所述旋转角度的范围为300度；
所述移动底座的角部为弧形。
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