CN102806559A - 一种模块化可重构机器人的单元模块机构 - Google Patents

一种模块化可重构机器人的单元模块机构 Download PDF

Info

Publication number
CN102806559A
CN102806559A CN2012103113892A CN201210311389A CN102806559A CN 102806559 A CN102806559 A CN 102806559A CN 2012103113892 A CN2012103113892 A CN 2012103113892A CN 201210311389 A CN201210311389 A CN 201210311389A CN 102806559 A CN102806559 A CN 102806559A
Authority
CN
China
Prior art keywords
forearm
postbrachium
unit module
connecting axle
outside plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012103113892A
Other languages
English (en)
Inventor
乔贵方
宋光明
王卫国
李臻
王雅利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2012103113892A priority Critical patent/CN102806559A/zh
Publication of CN102806559A publication Critical patent/CN102806559A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

一种模块化可重构机器人的单元模块机构，包括前臂、后臂和连杆装置，前臂和后臂均设有二个对接面装置，前臂包括L形半圆外板、电路板、旋转齿轮和轴承，电路板和旋转齿轮分别固定在L形半圆外板不同侧的内壁上，轴承固定在L形半圆外板两侧的中心安装孔内；后臂关节的结构和前臂关节完全相同；连杆装置包含驱动连接轴、从动连接轴、直流电机和电机齿轮，连接轴的两端均分别与前臂和后臂的轴承连接，直流电机固定在驱动连接轴的两端，固定在直流电机输出轴上的两个电机齿轮分别与前臂关节或后臂关节的旋转齿轮相啮合。本发明的单元模块结构简单，运动能力强，自由度多，可实现单元模块转角的准确调整。

Description

一种模块化可重构机器人的单元模块机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及分布式模块化可重构机器人，为一种模块化可重构机器人的单元模块机构。
背景技术
可重构模块化机器人是一种高柔性度的机器人,它是由若干个独立的具有相同或不同尺寸和性能特征的关节模块和连杆模块组成,这些模块可以通过增减、互换,重新搭配等方式改变整体的构形、扩展运动形式、实现不同的运动步态、完成相应的运动及操作任务。具有如下特点：1）可重构功能，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。
单元模块是构建可重构机器人系统的最基本元素，模块的运动能力、自由度数量以及质量，都直接影响整体机器人系统的协调运动和作业能力。目前可重构单元模块主要分为3类：（1）链状、（2）晶体形、（3）混合型。
目前已知的模块化可重构机器人的单元模块设计中存在如下问题：（1）连接方式单一，系统通用性不高，如GZ-I；（2）单体模块自由度数目少，运动能力较低，如MTRAN；（3）单元模块转角不能准确调整，如SuperBot；（4）单元模块机构复杂、成本高、不便普及和推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于构建模块化可重构机器人的单元模块机构，以克服背景技术中存在的模块化可重构机器人结构复杂、运动能力不足、运动效率不高，转角调整不够精确的缺点。
本发明的技术方案为：一种模块化可重构机器人的单元模块机构，包括前臂、后臂和连杆装置，其中：前臂包括L形半圆外板、电路板、旋转齿轮和轴承，所述L形半圆外板由两块“D”形面板组成L形，L形半圆外板的两端边缘为半圆弧形，L形半圆外板的两块面板的中心设有安装孔，所述安装孔中分别固定有轴承，电路板通过铜柱与L形半圆外板的一块面板固定，旋转齿轮设置在L形半圆外板另一块面板的内壁上，并与所在面板的轴承同轴；
后臂的结构和前臂完全相同；
连杆装置包括驱动连接轴、从动连接轴、直流电机和电机齿轮，驱动连接轴和从动连接轴的两端分别与前臂和后臂的轴承连接，其中驱动连接轴连接在前臂和后臂的设有旋转齿轮的面板之间，从动连接轴设置在前臂和后臂设有电路板的面板之间，直流电机固定安装在驱动连接轴的两端，安装在直流电机上的电机齿轮分别与前臂和后臂的旋转齿轮相啮合；
连杆装置把前臂和后臂连接构成单元模块机构，前臂和后臂的面板外侧为单元模块机构的对接面。
优选前臂和后臂的“D”型面板大小一致。
多个所述单元模块机构通过对接面连接，组成不同形状的机器人。
本发明具有以下有益效果：一、单元模块前臂、后臂机构完全相同，整体具备空间对称性，优选单元模块机构整体为正方体，对接面布局有利于空间的节省；二、模块有两个活动关节，具有两个相互正交的自由度，关节扭转角度精确，可实现多种步态组合，保证机器人系统运动的灵活性；三、单元模块机构具有四个对接面，且对接面完全对称，方便重构组合；四、结构简单，降低整体加工的成本，适合大批量制造。
附图说明
图1是本发明单元模块机构整体结构图。
图2是本发明单元模块机构前臂关节旋转后的结构图。
图3是本发明单元模块机构后臂关节旋转后的结构图。
图4是本发明单元模块机构旋转整体后的结构图。
图5是本发明单元模块机构的上视图。
图6是本发明单元模块机构组成的三关节最小系统结构图。
图7是本发明单元模块机构组成的"一"字形系统结构图。
图8是本发明单元模块机构组成的"T″字形系统结构图。
图9是本发明单元模块机构组成的"十"字形系统结构图。
图10是本发明单元模块机构组成的"O"字形系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的单元模块机构由两个结构完全相同的L形前、后臂，以及连杆装置组成。
如图2和图3所示，单元模块机构的前臂以及后臂在连杆装置的驱动下，可以分别沿各自的半圆弧形边缘上下旋转，实现前臂或后臂对界面角度的精确调整。
如图4和图5所示，为单元模块机构的整体旋转视图和上视图。L形的前臂包括前臂L形半圆外板116，前臂电路板112，前臂铜柱111、115，前臂轴承113、117和前臂旋转齿轮119；L形的后臂包括后臂L形半圆外板105，后臂电路板104，后臂铜柱106、108、109，后臂轴承120、121和后臂旋转齿轮101；连杆装置包括：驱动连接轴102，从动连接轴110，前臂直流减速电机114，前臂电机齿轮118，后臂直流减速电机107，后臂电机齿轮103。其中，电路板控制直流减速电机，前臂与后臂的所述L形半圆外板由两块相同的“D”形面板组成L形，L形半圆外板的两端边缘为半圆弧形，优选采用内切于正方形的“D”形面板，L形半圆外板的两块面板的中心设有安装孔，所述安装孔中分别固定有轴承，电路板通过铜柱与L形半圆外板的一块面板固定，旋转齿轮设置在L形半圆外板另一块面板的内壁上，并与所在面板的轴承同轴。
前臂电路板112通过前臂铜柱111、115固定在前臂L形半圆外板116的一块面板内侧，前臂轴承113、117分别固定在前臂L形半圆外板116的两块面板的中心安装孔内，前臂旋转齿轮119亦通过四个小安装孔固定在前臂L形半圆外板116的一块面板的内壁上，并与所固定面板上的轴承同轴；后臂电路板104通过后臂铜柱106、108、109固定在后臂L形半圆外板105的一块面板内侧，后臂轴承120、121分别固定在后臂L形半圆外板105两块面板的中心安装孔内，后臂旋转齿轮101亦通过四个小安装孔安装固定在后臂L形半圆外板105的一块面板的内壁上，并与所固定面板上的轴承同轴；驱动连接轴102与前臂轴承117和后臂轴承120连接，从动连接轴110与前臂轴承113和后臂轴承121连接，使得驱动连接轴连接在前臂和后臂的设有旋转齿轮的面板之间，从动连接轴设置在前臂和后臂设有电路板的面板之间；前臂直流减速电机114安装固定在驱动连接轴102前端，即驱动连接轴102连接前臂的一端，前臂直流减速电机114的输出轴是“D”形，前臂电机齿轮118通过螺丝与前臂直流减速电机114固定连接，且前臂电机齿轮118与固定在前臂L形半圆外板116上的前臂旋转齿轮119互相啮合。后臂直流减速电机107安装固定在驱动连接轴102后端，即驱动连接轴102连接后臂的一端，后臂直流减速电机107的输出轴是“D”形，后臂电机齿轮103通过螺丝与后臂直流减速电机107固定连接，且电机齿轮103与固定在后臂L形半圆外板105上的后臂旋转齿轮101互相啮合。图中显示的驱动连接轴102与前臂旋转齿轮119、后臂旋转齿轮101接触但没有力作用，驱动连接轴102安装在前臂及后臂上的轴承内侧，前臂旋转齿轮119、后臂旋转齿轮101分别固定在各自的面板上，驱动连接轴102上连接的直流电机驱动旋转齿轮，从而带动前臂/后臂旋转。
本发明单元模块机构前、后臂的旋动实现过程为：由于驱动连接轴的两端是通过轴承与前臂L形半圆外板和后臂L形半圆外板连接的，因此驱动连接轴和前臂或后臂间可以相互旋转。当固定在驱动连接轴上的直流减速电机启动，旋转带动固定在前臂或后臂L形半圆外板上的旋转齿轮转动，从而实现了前臂或后臂的旋转。
连杆装置把前臂和后臂连接构成单元模块机构，前臂和后臂的面板外侧为单元模块机构的对接面。多个所述单元模块机构通过对接面连接，组成不同形状的机器人。如图6所示，三个单元模块配合组成的最小系统，单元模块对接面上有四个直径为6mm的凹孔和四个直径为3mm的安装孔。在凹孔中嵌入合适的永磁铁可以实现不同模块单元间的磁性对接，亦可以通过对接面上的安装孔实现手动机械对接。
由于本发明单元模块机构前臂和后臂沿其半圆弧形边缘可以精确大角度旋转，故通过本发明可以组合成不同模块化形状，图7为“一”字形系统。图8所示为“T”字形系统，图9所示为“十”字形系统，图10所示为"O"字形系统。

Claims (3)

1.一种模块化可重构机器人的单元模块机构，其特征是包括前臂、后臂和连杆装置，其中：前臂包括L形半圆外板、电路板、旋转齿轮和轴承，所述L形半圆外板由两块“D”形面板组成L形，L形半圆外板的两端边缘为半圆弧形，L形半圆外板的两块面板的中心设有安装孔，所述安装孔中分别固定有轴承，电路板通过铜柱与L形半圆外板的一块面板固定，旋转齿轮设置在L形半圆外板另一块面板的内壁上，并与所在面板的轴承同轴；
后臂的结构和前臂完全相同；
连杆装置包括驱动连接轴、从动连接轴、直流电机和电机齿轮，驱动连接轴和从动连接轴的两端分别与前臂和后臂的轴承连接，其中驱动连接轴连接在前臂和后臂的设有旋转齿轮的面板之间，从动连接轴设置在前臂和后臂设有电路板的面板之间，直流电机固定安装在驱动连接轴的两端，安装在直流电机上的电机齿轮分别与前臂和后臂的旋转齿轮相啮合；
连杆装置把前臂和后臂连接构成单元模块机构，前臂和后臂的面板外侧为单元模块机构的对接面。
2.根据权利要求1所述的一种模块化可重构机器人的单元模块机构，其特征是前臂和后臂的“D”型面板大小一致。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化可重构机器人的单元模块机构，其特征是多个所述单元模块机构通过对接面连接，组成不同形状的机器人。
CN2012103113892A 2012-08-29 2012-08-29 一种模块化可重构机器人的单元模块机构 Pending CN102806559A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103113892A CN102806559A (zh) 2012-08-29 2012-08-29 一种模块化可重构机器人的单元模块机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012103113892A CN102806559A (zh) 2012-08-29 2012-08-29 一种模块化可重构机器人的单元模块机构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102806559A true CN102806559A (zh) 2012-12-05

Family

ID=47230513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012103113892A Pending CN102806559A (zh) 2012-08-29 2012-08-29 一种模块化可重构机器人的单元模块机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102806559A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105150242A (zh) * 2015-10-15 2015-12-16 哈尔滨工业大学 一种自变形机器人模块单元及蛇形机器人
CN105945929A (zh) * 2016-07-13 2016-09-21 安徽大学 一种可重组模块化机器人联接结构
CN111195902A (zh) * 2020-01-03 2020-05-26 北京可以科技有限公司 一种基于模块化机器人的主控单元及模块化机器人

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030040250A1 (en) * 2001-08-24 2003-02-27 Xerox Corporation Robotic toy modular
CN101314226A (zh) * 2008-06-13 2008-12-03 哈尔滨工业大学 基于双转动自由度的万向式模块化自重构机器人
CN100579731C (zh) * 2008-03-10 2010-01-13 哈尔滨工业大学 基于旋转钩孔连接的双l形正立方体模块化自重构机器人
CN102381378A (zh) * 2011-08-18 2012-03-21 天津理工大学 可重构的模块化机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030040250A1 (en) * 2001-08-24 2003-02-27 Xerox Corporation Robotic toy modular
EP1291138A2 (en) * 2001-08-24 2003-03-12 Xerox Corporation Robotic toy modular system with distributed program
CN100579731C (zh) * 2008-03-10 2010-01-13 哈尔滨工业大学 基于旋转钩孔连接的双l形正立方体模块化自重构机器人
CN101314226A (zh) * 2008-06-13 2008-12-03 哈尔滨工业大学 基于双转动自由度的万向式模块化自重构机器人
CN102381378A (zh) * 2011-08-18 2012-03-21 天津理工大学 可重构的模块化机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵杰等: "基于万向式关节的模块化自重构机器人", 《机器人》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105150242A (zh) * 2015-10-15 2015-12-16 哈尔滨工业大学 一种自变形机器人模块单元及蛇形机器人
CN105945929A (zh) * 2016-07-13 2016-09-21 安徽大学 一种可重组模块化机器人联接结构
CN105945929B (zh) * 2016-07-13 2017-03-29 安徽大学 一种可重组模块化机器人联接结构
CN111195902A (zh) * 2020-01-03 2020-05-26 北京可以科技有限公司 一种基于模块化机器人的主控单元及模块化机器人

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104401415A (zh) 一种钩爪式可重构机器人单元模块
CN103317512B (zh) 可伸缩球形机器人机构
CN105129074A (zh) 一种双通道电动舵机
CN105291086A (zh) 用于送餐的室内移动机器人
CN102642576A (zh) 一种具有滚动和爬行步态的单链式模块化自重构机器人
CN102566653A (zh) 一种转角范围超过360度的小型转台限位机构
CN102806559A (zh) 一种模块化可重构机器人的单元模块机构
CN103287488B (zh) 前轮转向机构
CN104124914A (zh) 一种转动解耦的二轴太阳能聚光器并联跟踪机构
CN103991089A (zh) 一种多体节蛇形机器人的体节单元
CN103802125A (zh) 一种单自由度的旋转关节模块
CN1775489A (zh) 全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人
CN101598946A (zh) 全方位空间指向机构
CN211167161U (zh) 一种摆式球形机器人及其控制系统
CN201552579U (zh) 一种超冗余度机器人关节
CN202241278U (zh) 八自由度混联式自动焊接机器人
CN103121218A (zh) 机械手臂
CN103631269A (zh) 绳索牵引式太阳跟踪装置
CN110279339A (zh) 一种基于电磁吸附的双面高效作业擦窗机器人
CN214012331U (zh) 一种月球模型车
CN104702041A (zh) 一种圆管式电动推杆
CN209224063U (zh) 一种五轴码垛双旋关节机器人
CN209858356U (zh) 一种移动通讯终端压力测试装置用定位组件
CN208163633U (zh) 空间细胞机器人自重构转动关节模块
CN208196838U (zh) 一种双蜗杆式空间细胞机器人旋转关节

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121205