CN101913152A - 群机器人被动转动组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种群机器人被动转动组件，转动组件外壳与转动组件主轴盘之间通过一组钢珠转动连接，形成滚动推力轴承结构，转动组件主轴盘下端主轴通过滚动轴承与转动组件外壳下端中心转动连接构成转动支撑，形成主轴简支梁结构，转动组件主轴盘下端主轴下面固定连接单圈旋转电位器；转动组件主轴盘下端轴肩上固定连接分度盘，与分度盘上的分度定位槽相对应处的转动组件外壳上设有分度盘锁销，分度盘锁销下面连接分度盘锁电磁铁。本发明解决了机器人运动模块与机器人身体模块之间有限空间内具有可被动转动的云台机构的技术问题，该组件具有被动旋转锁定，绝对位置检测，机械承载力大，主轴转动可靠，体积小等特点。

Description

群机器人被动转动组件

技术领域

本发明涉及一种小型群体机器人系统，尤其是一种小型群体机器人系统在相互接力合作时，采用的被动转动装置。

背景技术

群机器人是一种小型，数量众多的群体机器人系统，它单体功能相对简单，通过群体分工合作，在宏观上涌现出复杂应用。典型应用之一就是要求能够合作搬运。比如图1所示：

当机器人A的机械手夹持目标物体时，试探拉动，没有成功，就会通过信号，通知其他机器人联合帮助拖拽，机器人B、C就在不同的位置与机器人A产生了机械连接，最后通过群体整体合作，向如图1所示的拖拽方向拖动。

改种情况要求机器人B的机械手朝向要与其行走方向(即拖拽方向)保持一定的角度，就需要该机器人运动模块与机器人身体模块之间具有可转动的云台机构。

按传统的机器人设计，会在该机器人两模块间安放电机，通过机械传动，达到机械手的正确朝向，这样做，会需要复杂的传动与定位机构，而且，由于横向拖拽，需要机械载荷，就要求机械手在正确朝向时，运动模块与身体模块需要机械自锁，比如使用蜗轮蜗杆传动。两模块间的电力与信号线在模块间相对转动期间，要求能够可靠传输，就需要有明确布线方案。在小型的机器人内，比较难以实现该云台的机械结构。

发明内容

本发明是要提供一种群机器人被动转动组件，用于解决该机器人运动模块与机器人身体模块之间有限空间内具有可转动的云台机构的技术问题，该组件具有被动旋转锁定，绝对位置检测，机械承载力大，主轴转动可靠，线路布线合理，体积紧凑等特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种群机器人被动转动组件，包括分度盘，分度盘锁销，滚动轴承，分度盘锁电磁铁，钢珠，转动组件外壳，转动组件主轴盘，单圈旋转电位器.其特点是：转动组件外壳与转动组件主轴盘之间通过一组钢珠转动连接，形成滚动推力轴承结构，转动组件主轴盘下端主轴通过滚动轴承与转动组件外壳下端中心构成转动支撑，形成主轴简支梁结构，转动组件主轴盘下端主轴下面固定连接单圈旋转电位器；转动组件主轴盘下端轴肩上固定连接分度盘，与分度盘上的分度定位槽相对应处的转动组件外壳上设有分度盘锁销，分度盘锁销下面连接分度盘锁电磁铁。

转动组件主轴盘下端主轴上用两个锁紧螺母与转动轴承固定连接，转动组件主轴盘下端主轴内开有一导线孔，末尾的螺纹设有斜度倒角，且横开有一条横槽，下方连接的单圈旋转电位的转动轴径略大于导线孔，单圈旋转电位器装入主轴导线孔时，导线孔被撑开，并经第二颗锁紧螺母旋紧，收缩横槽，夹紧固定，单圈旋转电位器电气接线通过导线孔穿过横槽直接接入控制电路板。

转动组件主轴盘在下方电位器的限定范围内转动幅度小于360度。

转动组件主轴盘上端固定有快换模块接口，其布线经过主轴内中空的导线孔穿过横槽接入控制电路板。

电位器固定架外部固定有电路板固定块，电路板固定块上固定有控制电路板。

本发明的有益效果是：

本发明在小型机器人内有限空间内设计了一套转动组件结构，具有被动旋转锁定，绝对位置检测，机械承载力大，主轴转动可靠，体积小等特点。

与现有电机主动控制云台的方案相比，采用被动带锁的云台机构，更加经济实用，也降低了控制难度(比如要使坦克底部旋转，而炮管方位保持不动，需要使用伺服控制)。由于要记录云台转动的角度，用于机器人的内部控制，本发明采用单圈工业精密旋转电位器来记录转动的绝对位置。即使停电后恢复也可保持记录，这对于电池供电的机器人来说相当重要，采用电位器可以通过电压得到主轴转动的绝对角度，即使组件断电，也会将位置保留，在机器人因停电关机重启时，位置可以记忆恢复。优于使用带编码器的伺服电机主动定位方案。

附图说明

图1是群机器人合作搬运立体示意图；

图2是本发明的结构剖视图；

图3是本发明在机器人中的安装位置局部剖视图；

图4是本发明电动分度盘的原理结构图；

图5是图4中A向视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图2，3所示，本发明的群机器人被动转动组件，包括分度盘1，分度盘锁销2，快换模块接口3，转动轴承4，分度盘锁电磁铁5，钢珠6，转动组件外壳7，转动组件主轴盘8，电位器固定架9，锁紧螺母10，电路板固定块11，控制电路板12，单圈旋转电位器13等。

转动组件外壳7与一组钢珠6以及转动组件主轴盘8实现了滚动推力轴承结构，并与滚动轴承4组合，形成了主轴的简支梁结构，加强了主轴的旋转刚度。其中，采用钢珠6，外壳滚道组成的轴承结构不但轴向空间利用率高，而且，由于机器人身体部分体积较大，机械手的部分要承受载荷，使用该种轴承结构，可以扩大支撑面积，提高载荷强度。

转动组件主轴盘8下端轴肩边缘上固定连接分度盘1，与分度盘1上的分度定位槽(图5)相对应处的转动组件外壳7上设有分度盘锁销2，分度盘锁销2下面连接分度盘锁电磁铁5。使用MCU电控分度盘锁电磁铁5联动分度盘锁销2来锁定转动组件主轴盘8。附图4显示了分度盘的原理结构。当电磁铁5得电后，从分度盘1的边缘抽出粘合的锁销2，转动组件主轴盘8可以在下方单圈旋转电位器13限定范围内转动，转动幅度小于360度，从而防止电线缠绕。当单圈旋转电位器13失电后，分度盘锁销2由于电磁铁5回复弹簧的作用，重新插入分度盘1，锁住转动组件主轴盘8，可以承受相当的载荷。

转动组件主轴盘8采用锁紧螺母10固定在转动轴承4上，两个锁紧螺母10不但可以防松锁紧，而且在转动组件主轴盘8末尾的螺纹有斜度倒角，且横开了一条横槽15，下方单圈旋转电位器13的转动轴径略大于导线孔14，在单圈旋转电位器13装入转动组件主轴盘8下端主轴导线孔14时，由于存在横槽15，导线孔14被小幅撑开，当第二颗锁紧螺母10旋紧时，会经过螺纹倒角，收缩横槽15，顺便夹紧了电位器13，节省了安装空间，而电气接线就会顺着导线孔14，并最终穿过横槽15接入电路板12。转动组件主轴盘8上端固定有快换模块接口3，该接口用于快速连接机器人身体模块。转动组件外壳7与单圈旋转电位器13之间连接有电位器固定架9。电位器固定架9外部固定有电路板固定块11，电路板固定块11上固定有控制电路板12。

单圈旋转电位器13可以通过电压得到转动组件主轴盘8主轴转动的绝对角度，即使组件断电，也会将位置保留，在机器人因停电关机重启时，可记忆停电前的绝对位置。

根据应用分析，如图1。初始时，机器人B的机械手朝向应与机器人的行走方向保持一致，这样才能保证机械手会向A机器人靠近，最终才能够从侧面咬合住机器人A的身体部位。当机器人B咬合成功后，为使机器人B的运动方位与机器人A的运动方位一致，机器人B的履带应作差动转体运动，直至与A的运动方向一致为止。在传统的设计中，在机器人履带底座转动时，会利用主动电机来控制机械手的朝向不变，但是在这里的群机器人搬运的应用中，只需要上述一套可以自动锁紧的云台旋转运动副，就可以在机械手咬紧的情况下，利用履带形成的旋转运动，完成上述应用的功能。当任务完成，合作机器人系统准备脱开时，可以先让机器人B的履带运动方向与机械手朝向一致后，通过履带回退，既可以脱开机器人B的连接状态。

Claims (5)

1.一种群机器人被动转动组件，包括分度盘(1)，分度盘锁销(2)，滚动轴承(4)，分度盘锁电磁铁(5)，钢珠(6)，转动组件外壳(7)，转动组件主轴盘(8)，单圈旋转电位器(13).其特征在于：所述转动组件外壳(7)与转动组件主轴盘(8)之间通过一组钢珠(6)转动连接，形成滚动推力轴承结构，转动组件主轴盘(8)下端主轴通过滚动轴承(4)与转动组件外壳(7)下端中心转动连接构成转动支撑，形成主轴简支梁结构，转动组件主轴盘(8)下端主轴固定连接单圈旋转电位器(13)；转动组件主轴盘(8)下端轴肩上固定连接分度盘(1)，与分度盘1上的分度定位槽相对应处的转动组件外壳(7)上设有分度盘锁销(2)，分度盘锁销(2)下面连接分度盘锁电磁铁(5)。

2.根据权利要求1所述的群机器人被动转动组件，其特征在于：所述转动组件主轴盘(8)下端主轴上用两个锁紧螺母(10)与滚动轴承(4)固定连接，转动组件主轴盘(8)下端主轴内开有一导线孔(14)，末尾的螺纹设有斜度倒角，且横开有一条导线横槽(15)，下方连接的单圈旋转电位器(13)的转动轴径略大于导线孔(14)，单圈旋转电位器(13)装入主轴导线孔(14)时，导线孔(14)被撑开，并经第二颗锁紧螺母旋紧(10)，收缩横槽(15)，夹紧固定，单圈旋转电位器(13)电气接线直接接入接入控制电路板(12)。

3.根据权利要求1所述的蜂群机器人被动转动组件，其特征在于：所述转动组件主轴盘(8)在下方单圈旋转电位器(13)的限定范围内转动幅度小于360度。

4.根据权利要求1所述的蜂群机器人被动转动组件，其特征在于：所述转动组件主轴盘(8)上端固定有快换模块接口(3)，其布线经过主轴(8)内中空的导线孔(14)穿过横槽(15)接入控制电路板(12)。

5.根据权利要求4所述的蜂群机器人被动转动组件，其特征在于：所述电位器固定架(9)外部固定有电路板固定块(11)，电路板固定块(11)上固定有控制电路板(12)。

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