CN107149774B - 分体机器人活动部位连接结构 - Google Patents
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Abstract
本专利属于机器人制造领域，本发明针对现有的分体机器人组装部位容易收到电机运行时震动影响，导致脱落以及控制核心与输出设备不能相对转动的技术问题，提供了一种分体机器人活动部位连接结构，用于零件A和零件B的转动连接，零件B上设有圆柱状凸粒，零件A上设有可嵌入凸粒的凹槽，包括：环贴部，环贴部包括与零件A内的供电线路相连的供电贴片和与零件A内的数据线路相连的数据贴片，供电贴片与数据贴片均包括两个环状的金属贴片，四个金属贴片的直径互不相同，四个金属贴片呈同心圆状固定在零件A上的凹槽处；与零件B内的供电线路或数据线路分别连接的多个转动体；结合部；驱动部；其中，电磁线圈与供电贴片之间设有导线。
Description
技术领域
本发明涉及机器人制造领域，具体涉及一种分体机器人活动部位连接结构。
背景技术
随着传感器和微处理器的发展 ，现在机器人也得到较大的发展，现在机器人已经从工业上逐渐进入到千家万户中，越来越多的人对机器人感兴趣，加入到学习制作机器人的队伍中。如果用传统的方式学习制作机器人，得先学习电脑基本概论，接着要了解电子电路、数位逻辑和微处理器，才能制作出基本的微电脑控制电路，然后还要需要汇编语言或C语言，撰写微处理器的程序，还需要设计复杂的机械结构，需要搭配各种齿轮调配扭力和速度。想到要学习这么多东西，很多对自制机器人怀抱憧憬的业余玩家，满腔热血到此就凉了大半截。
针对这种情况，乐高公司从1998年开始，就推出了分体机器人----乐高机器人，乐高机器人就像传统的乐高积木一样，使用者可以自由发挥创意，拼凑各种模型，而且可以让它真的动起来。乐高机器人包括一个控制核心（也称为NXT）、输出设备以及传感器，输出设备的一端与控制核心可拆卸连接，输出设备的另一端设有马达，传感器与控制核心可拆卸连接。在该方案中，输出设备与控制核心上分别设有类似乐高积木的圆柱状凸粒和可嵌入凸粒的凹槽，通过凸粒和凹槽来达到固定的作用。控制核心还上设有用于连接电脑USB端口，并且内部设有蓄电池，输出设备和传感器均依靠蓄电池供电。蓄电池的充电既可以依靠USB端口充电，也可以直接更换新的干电池。
在实际应用开发过程中，这种方式存在两个问题，一是凸粒和凹槽的连接方式在机器人运行的过程中，受到电机运行时震动的影响，容易出现控制核心与输出设备脱落的情况。二是两个零件（如输出设备和控制核心，即零件A和零件B）之间不能相对转动，这就限制了一些使用场合或者限制了机器人的灵活性。
发明内容
本发明针对现有的分体机器人组装部位容易收到电机运行时震动影响，导致脱落以及控制核心与输出设备不能相对转动的技术问题，提供了一种分体机器人活动部位连接结构。
本发明提供的基础方案为：分体机器人活动部位连接结构，用于零件A和零件B的转动连接，零件B上设有圆柱状凸粒，零件A上设有可嵌入凸粒的凹槽，包括：
环贴部，环贴部包括与零件A内的供电线路相连的供电贴片和与零件A内的数据线路相连的数据贴片，供电贴片与数据贴片均包括两个环状的金属贴片，四个金属贴片的直径互不相同，四个金属贴片呈同心圆状固定在零件A上的凹槽处；
与零件B内的供电线路或数据线路分别连接的多个转动体，转动体固定在零件B上的圆柱状凸粒周围，在零件B上的圆柱状凸粒插入零件A的凹槽上时，四个金属贴片均至少与一个转动体对应接触，转动体均具有导电性；
结合部，结合部包括固定体和通电后可与固定体吸附的电磁线圈，电磁线圈固定在凹槽内，固定体转动连接在凸粒上；
驱动部，驱动部用于带动固定体转动，驱动部固定嵌在零件B内；
其中，电磁线圈与供电贴片之间设有导线，电磁线圈通过环贴部供电。
本发明的工作原理及优点在于：在分体机器人组装过程中，两个零件（零件A和零件B）之间，主要存在的问题是既要满足方便拆，又要满足连接稳定，还需要满足有一定自由度（可相对转动），更要完成供电和信号连接。在本发明中，金属贴片是呈同心圆状固定在零件A上的凹槽处的，这样金属贴片之间是不会相互影响的，即供电贴片和数据贴片互不影响。举个例子，现有的有限数据传输大多是USB接口，将供电贴片和数据贴片理解为USB接口中的引脚，供电贴片中的两个金属贴片为正负极，数据贴片中的两个金属贴片为USB接口中的数据线。即设置供电贴片和数据贴片是为了实现零件A和零件B之间供电线路、数据线路联通的目的。
转动体在零件A和零件B结合时，四个金属贴片均至少与一个转动体对应接触，这样就达到保证零件A和零件B之间的电路的联通。
在零件B上的圆柱状凸粒插入零件A的凹槽上时，每个金属贴片至少与一个转动体对应，这样在零件A和零件B结合在一起时，零件A和零件B之间可实现供电线路、数据线路的接通。电磁线圈与环贴部中的供电贴片之间设有导线，这样电磁线圈即可依靠环状贴片供电。
我们也尝试过在零件A和零件B之间设置两块互吸的永磁铁，但是在实际应用中发现了几个弊端，第一如果永磁铁之间的吸引力过大，则在拆卸的时候极不方便，一般来说分体机器人（乐高机器人）都是针对儿童的，儿童在拆卸时，虽然能够将两个零件分开，但是也常常将零件A或者零件B磕碰到，这样就极易造成损坏；第二如果永磁铁之间的吸引力过小，则在组装后还是会因为震动导致零件之间连接不牢固。因此本发明中电磁线圈在零件A和零件B结合在一起并且在供电线圈通电（即分体机器人开始启动）后，零件A和零件B才会紧密的结合在一起。当需要拆分时，断开电源即可。并且采用电磁铁的设计还有一个优点，就是在对分体机器人进行拆分时一定要断开电源，电磁线圈才会失去磁性。这样就要求了儿童不会在分体机器人运行（开机）时，就去拆分，这样就避免了开机拆分过程中一些电流的异常扰动导致的分体机器人内部的元件损坏的情况。
驱动部主要是为了实现零件A和零件B之间相对转动的动力，由于驱动部可带动固定体转动，由于电磁线圈和固定体在通电情况下，电磁线圈和固定体会吸附在一起，当固定在驱动部的带动下转动时，由于驱动部嵌入固定在零件B内，且电磁线圈固定在凹槽内，因此在驱动部的驱动下，零件A和零件B之间可以相对转动。
本发明分体机器人活动部位连接结构，通过电磁线圈、供电贴片、数据贴片以及驱动部实现了两个零件之间相互结合，供电线路和数据线路联通，两个零件之间相对转动的效果。由于采用了电磁线圈和固定体的配合，使得结合强度上升，避免了因电机运行时的震动影响导致的脱落的问题。即在电机震动时，凸粒和凹槽之间会缓慢的脱落，但是由于本发明是通过磁性固定，在震动的力小于电磁线圈和固定体之间吸引力的情况下，都不会脱落。
进一步，电磁线圈与供电贴片之间并联。通过并联的方式，避免了电磁线圈串联分压的问题，通过并联的方式保证了电磁线圈通电后的磁场强度。
进一步，转动体与零件B之间设有缓冲弹簧。缓冲弹簧能够让转动体与金属贴片之间有一定的缓冲，防止因突然的震动，导致的转动体与金属贴片的分离。
进一步，转动体均为球体，转动体分别嵌入零件B内，转动体可在零件B内转动。这样的设计是为了让零件A和零件B在相对转动时，减小转动体与金属贴片的摩擦。
进一步，金属贴片嵌在零件A上。这样的设计可以减小零件A和零件B之间的间隙。
进一步，固定体的材质可为铁、钴、镍或磁铁。这是公开固体的具体材料，方便制作，材料价格低。
附图说明
图1是本发明分体机器人活动部位连接结构实施例中腹部的俯视图；
图2是图1的正剖图；
图3是本发明分体机器人活动部位连接结构实施例中头部的正视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：控制核心1、输出设备2、凸粒3、凹槽4、金属贴片5、转动体6、电磁线圈7、固定体8。
实施例基本如附图1、图2所示：分体机器人活动部位连接结构，用于实现零件A和零件B转动连接，在本实施例中零件A就是机器人的控制核心1，或者称为腹部；零件B就是机器人的输出设备2（如图3所示），在本实施例中特指头部，头部上设有圆柱状凸粒3，腹部上设有可嵌入凸粒3的凹槽4包括：
环贴部，环贴部包括与腹部内的供电线路相连的供电贴片和与腹部内的数据线路相连的数据贴片，供电贴片与数据贴片均包括两个环状的金属贴片5，四个金属贴片5的直径互不相同，四个金属贴片5呈同心圆状固定在腹部上的凹槽4处。机器人的腹部（控制核心1）内设有控制模块和电源模块，因此我们可以用导线让电源模块为供电贴片供电，腹部内的供电线路的接口也是两根，熟悉机器人的人都清楚，在机器人依靠蓄电池供电的情况下，接口仅正负极就够了，只不过结构的数量可以根据实际情况设置。在本实施例中可以通过信号线让控制模块与数据贴片接通。金属贴片5可以选用薄的圆环状的铜片。金属贴片5嵌是在腹部上的。
在本实施例中选用的2014年乐高公司的45544型号的机器人进行优化改进，这样有实物参照的方式更能够说明。45544型号自带锂电池。
与头部内的供电线路或数据线路分别连接的转动体6，转动体6固定在头部上的圆柱状凸粒3周围，在头部上的圆柱状凸粒3插入腹部的凹槽4上时，四个金属贴片5均至少与一个转动体6对应接触，转动体6均具有导电性。在本实施例中，头部内肯定也是要有供电线路和数据线路的，虽然头部作为执行机构（或者说输出设备2）。比如说头部内的摄像头，他是既需要供电线路也需要数据线路的。转动体6在本实施例中选用的是铜珠，不选用钢珠的目的是铜的电阻率低于铁，这样可以避免发热和电能损耗，在转动体6与头部之间设置有缓冲弹簧。
结合部，结合部包括固定体8和通电后可与固定体8吸附的电磁线圈7，电磁线圈7固定在凹槽4内，固定体8转动连接在凸粒3上。固定体8的材质在本实施例中选用的磁铁。
驱动部，驱动部用于带动固定体8转动，驱动部嵌入固定在零件B内。驱动部就是指小型电机，或者微型电机，具体在本实施例中，选用的是信力品牌的，FF030有刷直流电动机。
其中，电磁线圈7与供电贴片之间设有导线，电磁线圈7通过环贴部供电，电磁线圈7与供电贴片之间并联。
具体使用时：在控制核心1中，需要加入的驱动部的控制部分，实际上可以对直接对机器人的控制核心1就行一定的修改，加入一定的控制信号即可。控制核心1（或者说腹部）通电以后，电磁线圈7会产生磁力，磁力与固定体8向吸，这样就达到了让腹部与头部固定的效果。这种固定的效果，与原有的通过摩擦力固定的方式相比，原有的方式在长期的震动过程中，头部和腹部很容易就松开了。但是本实施例中提供的方式就完全避免了这种情况。
在需要控制头部和腹部进行相对转动时，让驱动部（FF030 有刷直流电动机）带动固定体8转动。从而实现头部和腹部的相对转动。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (4)
1.分体机器人活动部位连接结构，用于零件A和零件B的转动连接，零件B上设有圆柱状凸粒，零件A上设有可嵌入凸粒的凹槽，其特征在于，包括：
环贴部，环贴部包括与零件A内的供电线路相连的供电贴片和与零件A内的数据线路相连的数据贴片，供电贴片与数据贴片均包括两个环状的金属贴片，四个金属贴片的直径互不相同，四个金属贴片呈同心圆状固定在零件A上的凹槽处；
与零件B内的供电线路或数据线路分别连接的多个转动体，转动体固定在零件B上的圆柱状凸粒周围，在零件B上的圆柱状凸粒插入零件A的凹槽上时，四个金属贴片均至少与一个转动体对应接触，转动体均具有导电性，转动体均为球体，转动体分别嵌入零件B内，转动体可在零件B内转动；
结合部，结合部包括固定体和通电后可与固定体吸附的电磁线圈，电磁线圈固定在凹槽内，固定体转动连接在凸粒上；
驱动部，驱动部用于带动固定体转动，驱动部固定嵌在零件B内；
其中，电磁线圈与供电贴片之间设有导线，电磁线圈通过环贴部供电，转动体与零件B之间设有缓冲弹簧。
2.根据权利要求1所述的分体机器人活动部位连接结构，其特征在于，电磁线圈与供电贴片之间并联。
3.根据权利要求1所述的分体机器人活动部位连接结构，其特征在于，金属贴片嵌在零件A上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分体机器人活动部位连接结构，其特征在于，固定体的材质为铁、钴、镍或磁铁。
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