CN106737635A - 一种用于机器人的模块构件及机器人 - Google Patents

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恽为民
王朋
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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Abstract

本发明公开了一种用于机器人的模块构件及机器人，属于机器人技术领域。本发明通过在躯干与球状骨骼件之间设置关节连接件，一个球状骨骼件或者多个球状骨骼件连接构成机器人四肢，电机驱动关节连接件，达到了既可以采用电机与关节连接件实现对机器人关节的主动控制，又可以通过彼此连接的球状骨骼件实现对机器人关节的被动控制的目的，在不影响机器人运动的灵活性的前提下极大程度地降低了在整个机器人中电机的使用数量，从而降低了机器人整体的质量、成本和控制难度。

Description

一种用于机器人的模块构件及机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人的模块构件及机器人。
背景技术
随着科学技术的日益发展，人们的物质文化生活日益丰富，家长对青少年的教育也越来越重视，但是由于家长陪伴孩子的时间有限，在家长无法陪伴孩子的时候，怎样引导青少年自助学习是让家长极其苦恼的问题，在这种需求下，机器人应运而生。机器人是由生产厂商专门开发以提高使用者设计和创造能力为目标的机器人成品、套装或散件。通过组装、搭建和运行机器人，从而激发使用者学习兴趣，培养使用者综合能力。机器人除了机器人机体本身之外，还可根据使用者的需求搭载相应的控制软件和教学课本等。
随着机器人技术的发展，机器人朝着“模块化”的方向发展，机器人的模块化就是将机器人某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，再将这个子系统作为通用性的模块与其他子系统进行组合，构成一个完整的机器人，甚至产生多种不同功能或相同功能、不同性能的效果。这类机器人被称为模块化机器人。
模块化机器人一般主要由舵机、舵机连接件、控制器、传感器等部件构成。模块化机器人传统的搭建方式为在每个关节处用上舵机驱动，对于双足类人型机器人，一个机器人上使用的舵机往往就有10多个，为了提高机器人运动的灵活性，舵机可能多达20个。如果某一关节处不使用舵机，那么这个机器人的此处关节将失去自由度，从而降低整个机器人的生动性和灵活性，如何即降低舵机的使用数量，又不影响机器人运动的灵活性是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，电机使用数量少的用于机器人的模块构件。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于机器人的模块构件，包括关节连接件和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件，所述球状骨骼件的一端与所述关节连接件之间传动连接，所述关节连接件由电机驱动。
作为优选，所述球状骨骼件包括球头、连接臂和球头卡接部，所述球头为所述球状骨骼件的首端，所述球头卡接部为所述球状骨骼件的尾端，所述连接臂一端与所述球头固定连接，另一端与所述球头卡接部固定连接。
作为优选，所述连接臂上设置有多个减重孔。
作为优选，所述球头卡接部远离所述连接臂的端部设置有用于与另一所述球状骨骼件上的球头铰接的凹槽。
作为优选，所述凹槽包括第一圆弧部、U形部和第二圆弧部，所述U形部一端与所述第一圆弧部固定连接，所述U形部另一端与所述第二圆弧部固定连接，所述第一圆弧部的弧度和所述第二圆弧部弧度均与所述球头的弧度相同。
作为优选，所述凹槽为U形槽，所述U形槽的开口尺寸大于所述球头的直径。
作为优选，所述关节连接件包括固定连接的窝头部和电机连接部，所述窝头部上设置有允许所述球头进入的弧形槽。
作为优选，所述弧形槽半径与所述球头半径相同。
作为优选，所述电机连接部与所述电机的输出轴之间设置有输出轴连接件。
本发明的另一目的在于提供一种结构简单，电机使用数量少，既能实现关节主动控制又能实现关节被动控制的机器人。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种机器人，该机器人包括上述任一种模块构件和躯干，所述关节连接件远离所述球状骨骼件的端部和所述躯干传动连接。
本发明的有益效果：
本发明所提供的用于机器人的模块构件包括关节连接件和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件，球状骨骼件的一端与躯干之间通过关节连接件传动连接，关节连接件由电机驱动。本发明所提供的机器人包括模块构件和躯体，关节连接件远离球状骨骼件的端部和躯干传动连接。本发明通过在躯干与球状骨骼件之间设置关节连接件，一个球状骨骼件或者多个球状骨骼件连接构成机器人四肢，电机驱动关节连接件，达到了既可以采用电机与关节连接件实现对机器人关节的主动控制，又可以通过彼此连接的球状骨骼件实现对机器人关节的被动控制的目的，在不影响机器人运动的灵活性的前提下极大程度地降低了在整个机器人中电机的使用数量，从而降低了机器人整体的质量、成本和控制难度。
附图说明
图1是本发明所提供的机器人除去外部装饰件后的结构示意图；
图2是本发明所提供的机器人的结构示意图。
图中：1、躯干；2、球状骨骼件；201、球头；202、连接臂；203、球头卡接部；204、减重孔；205、凹槽；3、关节连接件；301、窝头部；302、电机连接部；4、电机。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1所示，用于机器人的模块构件包括关节连接件3和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件2，球状骨骼件2的一端与关节连接件3之间传动连接，关节连接件由电机驱动。
球状骨骼件2包括球头201、连接臂202和球头卡接部203，球头201为球状骨骼件2的首端，球头卡接部203为球状骨骼件2的尾端，连接臂202一端与球头201固定连接，连接臂202远离球头201的一端与球头卡接部203固定连接。连接臂202呈片状结构，其上设置有多个减重孔204，减重孔204能够减轻连接臂202质量，进而减少电机4驱动时所需提供的动力，有利于节约能源且提高机器人的续航能力，在满足连接臂202支撑强度的前提下，减重孔204的个数越多越好。球头卡接部203用于与另一球状骨骼件2上的球头201铰接，球头卡接部203远离连接臂202的端部设置凹槽205，另一球状骨骼件2上的球头201可插入凹槽205，从而实现两个球状骨骼件2之间的相对转动，在本实施例中，凹槽205包括第一圆弧部、U形部和第二圆弧部，U形部一端与第一圆弧部固定连接，U形部另一端与第二圆弧部固定连接，凹槽205的开口呈逐渐增大的趋势，U形部的宽度小于球头201直径，第一圆弧部的弧度和第二圆弧部的弧度与球头201的弧度相同，第一圆弧部和第二圆弧部为四份之一圆或者小于四份之一圆，不大于四分之一圆的设计有利于球头201的插入。为了加工方便，也可以将凹槽205直接设置为U形槽，U形槽的开口尺寸大于球头201的直径。
关节连接件3包括固定连接的窝头部301和电机连接部302，窝头部301上设置有允许球头201进入的弧形槽，弧形槽的半径与球头201的半径相同，该弧形槽可以为二分之一圆弧或者小于二分之一圆弧，不大于二分之一圆弧的设置有利于球头201进入，且方便连接，在本实施例中，为了加工方便且提高关节之间运动的稳定性，将弧形槽设置为二分之一圆弧，电机连接部302与电机4的输出轴之间设置有输出轴连接件。
实施例二
如图1至2所示，机器人包括头部、躯干1和四肢，四肢包括多个彼此首尾连接的球状骨骼件2，球状骨骼件2包括球头201、连接臂202和球头卡接部203，球头201为球状骨骼件2的首端，球头卡接部203为球状骨骼件2的尾端，连接臂202一端与球头201固定连接，连接臂202远离球头201的一端与球头卡接部203固定连接。连接臂202呈片状结构，其上设置有多个减重孔204，减重孔204能够减轻连接臂202质量，进而减少电机4驱动时所需提供的动力，有利于节约能源且提高机器人的续航能力，在满足连接臂202支撑强度的前提下，减重孔204的个数越多越好。球头卡接部203用于与另一球状骨骼件2上的球头201铰接，球头卡接部203远离连接臂202的端部设置凹槽205，另一球状骨骼件2上的球头201可插入凹槽205，从而实现两个球状骨骼件2之间的相对转动，在本实施例中，凹槽205包括第一圆弧部、U形部和第二圆弧部，U形部一端与第一圆弧部固定连接，U形部另一端与第二圆弧部固定连接，凹槽205的开口呈逐渐增大的趋势，U形部的宽度小于球头201直径，第一圆弧部的弧度和第二圆弧部的弧度与球头201的弧度相同，第一圆弧部和第二圆弧部为四份之一圆或者小于四份之一圆，不大于四分之一圆的设计有利于球头201的插入。为了加工方便，也可以将凹槽205直接设置为U形槽，U形槽的开口尺寸大于球头201的直径。
躯干1和位于四肢端部的球状骨骼件2之间通过关节连接件3传动连接，关节连接件3包括固定连接的窝头部301和电机连接部302，窝头部301上设置有允许球头201进入的弧形槽，弧形槽的半径与球头201的半径相同，该弧形槽可以为二分之一圆弧或者小于二分之一圆弧，不大于二分之一圆弧的设置有利于球头201进入，且方便连接，在本实施例中，为了加工方便且提高关节之间运动的稳定性，将弧形槽设置为二分之一圆弧，电机连接部302与电机4的输出轴之间设置有输出轴连接件。
相较于传统机器人中每一关节处均采用舵机驱动，本实施例中的机器人通过在躯干与球状骨骼件之间设置关节连接件，一个球状骨骼件或者多个彼此连接的球状骨骼件构成机器人四肢部分，关节连接件可以由电机驱动，从而实现了既可以采用电机与关节连接件实现机器人关节的主动控制，又可以通过彼此首尾铰接的球状骨骼件实现机器人关节的被动控制，在不影响机器人运动的灵活性的前提下极大程度地降低了在整个机器人中电机的使用数量，且降低了机器人整体的质量和成本。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器人的模块构件，其特征在于，包括关节连接件和一个或者多个彼此连接的球状骨骼件，所述球状骨骼件的一端与所述关节连接件之间传动连接，所述关节连接件由电机驱动。
2.根据权利要求1所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述球状骨骼件包括球头、连接臂和球头卡接部，所述球头为所述球状骨骼件的首端，所述球头卡接部为所述球状骨骼件的尾端，所述连接臂一端与所述球头固定连接，另一端与所述球头卡接部固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述连接臂上设置有多个减重孔。
4.根据权利要求2所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述球头卡接部远离所述连接臂的端部设置有用于与另一所述球状骨骼件上的球头铰接的凹槽。
5.根据权利要求4所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述凹槽包括第一圆弧部、U形部和第二圆弧部，所述U形部一端与所述第一圆弧部固定连接，所述U形部另一端与所述第二圆弧部固定连接，所述第一圆弧部的弧度和所述第二圆弧部弧度均与所述球头的弧度相同。
6.根据权利要求4所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述凹槽为U形槽，所述U形槽的开口尺寸大于所述球头的直径。
7.根据权利要求2至6任一项所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述关节连接件包括固定连接的窝头部和电机连接部，所述窝头部上设置有允许所述球头进入的弧形槽。
8.根据权利要求7所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述弧形槽半径与所述球头半径相同。
9.根据权利要求8所述的用于机器人的模块构件，其特征在于，所述电机连接部与所述电机的输出轴之间设置有输出轴连接件。
10.一种机器人，其特征在于，该机器人包括权利要求1-9任一项所述的模块构件和躯干，所述关节连接件远离所述球状骨骼件的端部和所述躯干传动连接。
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