CN107322635B - 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构 - Google Patents

用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN107322635B
CN107322635B CN201710744345.1A CN201710744345A CN107322635B CN 107322635 B CN107322635 B CN 107322635B CN 201710744345 A CN201710744345 A CN 201710744345A CN 107322635 B CN107322635 B CN 107322635B
Authority
CN
China
Prior art keywords
driving
wheel
passive
magnet
gear
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.)
Active
Application number
CN201710744345.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107322635A (zh
Inventor
朱延河
别东洋
张宇
陈注详
赵传武
赵杰
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.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
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 Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201710744345.1A priority Critical patent/CN107322635B/zh
Publication of CN107322635A publication Critical patent/CN107322635A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107322635B publication Critical patent/CN107322635B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • 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

Abstract

用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构，它涉及一种模块化可重构软体机器人，以解决传统的刚性连接机构结构复杂，整体可靠度低，环境适应性差，成本较高，以及不适用于软体机器人模块驱动的问题，包括主动驱动模块、被动驱动模块和两个软体球壳；主动驱动模块和被动驱动模块分别布置在一个软体球壳内；主动驱动模块包括通讯及控制模块、电机驱动器、主动轮轴、壳体、电源、两个齿轮副、两个主动磁体轮和两个电机；被动驱动模块包括连接件和两个被动磁体轮；壳体上布置有通讯及控制模块、电机驱动器、电源和并排设置的两个电机，每个电机的输出端连接有一个齿轮副，每个齿轮副的两个齿轮相啮合。本发明用于制作模块化软体机器人。

Description

用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构
技术领域
本发明涉及一种模块化可重构软体机器人，具体涉及用于模块化软体机器人的基于磁性实现的非接触式连接与关节驱动机构。
背景技术
目前，模块化自重构软体机器人以其灵活可变的整体构型和功能，具有良好的灵活性、环境适应性，在未知环境和任务各个方面都很有巨大应用前景，例如太空探索，军事行军，工业生产，医疗服务，地震救援中等，但是目前的已有的机器人关节模块设计大以刚性模块通过运动副连接构成，这种关节模块结构复杂、整体可靠性差，成本高，很难大批量，模块化制作，环境适应性较差，限制了在某些领域的实际应用研究。对于软体机器人，目前都没有出现模块化的设计，主要一个原因就在于传统的刚性连接机构不适用于软体结构，此外还受限于它的驱动机构和驱动方式。
发明内容
本发明是为解决传统的刚性连接机构结构复杂，整体可靠度低，环境适应性差，成本较高，以及不适用于软体机器人模块驱动的问题，进而提供用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构。
本发明用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构包括主动驱动模块、被动驱动模块和两个软体球壳；主动驱动模块和被动驱动模块分别布置在一个软体球壳内；
所述主动驱动模块包括通讯及控制模块、电机驱动器、主动轮轴、壳体、电源、两个齿轮副、两个主动磁体轮和两个电机；被动驱动模块包括连接件和两个被动磁体轮；
壳体上布置有通讯及控制模块、电机驱动器、电源和并排设置的两个电机，每个电机的输出端连接有一个齿轮副，每个齿轮副的两个齿轮相啮合，主动轮轴固装在壳体上，每个齿轮副的其中一个齿轮与一个主动磁体轮连接在一起，连接在一起的齿轮及主动磁体轮转动安装在主动轮轴上；连接件上布置有同轴设置的两个被动磁体轮，两个被动磁体轮能自转，被动磁体轮和主动磁体轮磁极性相反并吸合在一起；电机驱动器接收通讯及控制模块的信号用于驱动电机动作，电源给通讯及控制模块、电机驱动器和电机供电。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、以往都是采用人造肌肉致动，化学致动、SMA致动、电磁制动，微流致动。本发明为采用双轮驱动的方法，使得单个模块的复杂度和成本大大降低，成本降低了45％，提高了机器人模块可靠性。
2、本发明利用轴向磁体既作为驱动部分也作为被动连接机构，实现快速连接，提高了连接机构对相对方位的鲁棒性，降低了连接机构的复杂度，增加了整体的可靠性，同时提高关节连接与驱动机构抗破坏的能力。
3、模块兼具自重构特性和多种运动特性，通过内部模块间重构实现多种整体构型，利用主动驱动模块的运动控制可以实现多种形式的运动，便于大批量生产。
附图说明
图1为本发明的整体今结构示意图；
图2为本发明主动驱动模块的结构示意图；
图3为图2的局部剖视图；
图4为本发明被动驱动模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步地说明
参见图1-图4说明，用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构包括主动驱动模块2、被动驱动模块3和两个软体球壳1；主动驱动模块2和被动驱动模块3分别布置在一个软体球壳1内；
主动驱动模块2包括通讯及控制模块2-1、电机驱动器2-3、主动轮轴2-8、壳体2-9、电源2-11、两个齿轮副2-4、两个主动磁体轮2-5和两个电机2-10；被动驱动模块3包括连接件3-2和两个被动磁体轮3-1；
壳体2-9上布置有通讯及控制模块2-1、电机驱动器2-3、电源2-11和并排设置的两个电机2-10，每个电机2-10的输出端连接有一个齿轮副2-4，每个齿轮副2-4的两个齿轮相啮合，主动轮轴2-8固装在壳体2-9上，每个齿轮副2-4的其中一个齿轮与一个主动磁体轮2-5连接在一起，连接在一起的齿轮及主动磁体轮2-5转动安装在主动轮轴2-8上；连接件3-2上布置有同轴设置的两个被动磁体轮3-1，两个被动磁体轮3-1能自转，被动磁体轮3-1和主动磁体轮2-5磁极性相反并相互吸合在一起；电机驱动器2-3接收通讯及控制模块2-1的信号用于驱动电机2-10动作，电源2-11给通讯及控制模块2-1、电机驱动器2-3和电机2-10供电。
本发明模块机器人非接触式关节连接与驱动机构，分为主动驱动模块和被动驱动模块，他们之间通过主被动模块的连接与磁体轮进行连接，由于磁体轮是轴向充磁的，它既能为其提供连接力，也能保证对中性，此外它还能保证受到外界冲击的时候模块之间相互分离，且保持可恢复的能力。主动驱动模块由无线与通讯及控制模块接受指令，然后通过电机驱动器控制电机的转动，从而实现主动驱动模块的运动。
本发明通过主动驱动模块和被动驱动模块将软体球壳连接起来，可以实现软体机器人直线运动、蛇形运动、翻转、越障等多种形式的运动，同时多个模块间可以任意组合，实现各种构型。
为了保证软体机器人运动，软体球壳采用柔性材质，实现多种构型，优选地，软体球壳1为热塑性塑料。优选地，软体球壳1为硅胶球壳。
参见图2说明，为了保证运动的可靠稳定，每个齿轮副的两个齿轮分别为小齿轮和大齿轮，电机2-10输出端连接小齿轮，主动磁体轮2-5连接大齿轮，小齿轮和大齿轮的传动比为1:2。
优选地，主动磁体轮2-5和被动磁体轮3-1均为磁铁轮。如此设置，取材方便，廉价易得。优选地，主动磁体轮2-5和被动磁体轮3-1替换为线圈通电产生磁性的电磁轮，电源2-11(或不间断电源)通过导线及安装在电磁轮的轮轴上的滑环与电磁轮电连接。
主动驱动模块2还包括两个主动轮套2-6和两个主动弹簧挡圈2-7；连接在一起的齿轮及主动磁体轮2-5套装在转动安装于轮轴2-8上的主动轮套2-6上，主动轮套2-6通过安装在轮轴2-8端部的主动弹簧挡圈2-7定位。连接件3-2为杆状结构，被动驱动模块3还包括被动轮轴3-5、两个被动轮套3-3和被动弹簧挡圈3-4；被动轮轴3-5固装在连接件3-2上，被动磁体轮3-1套装在转动安装于被动轮轴3-5上的被动轮套3-3上，被动轮套3-3通过安装在被动轮轴3-5上的被动弹簧挡圈3-4定位。主动磁体轮2-5通过主动轮套2-6转动连接在轮轴2-8上，被动磁体轮3-1通过被动轮套3-3转动连接在轮轴2-8上，由主动弹簧挡圈2-7和被动弹簧挡圈3-4分别定位。结构简单，拆装方便。
以上实施例用于说明本发明，而并非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和原则的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (7)

1.用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：它包括主动驱动模块(2)、被动驱动模块(3)和两个软体球壳(1)；主动驱动模块(2)和被动驱动模块(3)分别布置在一个软体球壳(1)内；
所述主动驱动模块(2)包括通讯及控制模块(2-1)、电机驱动器(2-3)、主动轮轴(2-8)、壳体(2-9)、电源(2-11)、两个齿轮副(2-4)、两个主动磁体轮(2-5)和两个电机(2-10)；被动驱动模块(3)包括连接件(3-2)和两个被动磁体轮(3-1)；
壳体(2-9)上布置有通讯及控制模块(2-1)、电机驱动器(2-3)、电源(2-11)和并排设置的两个电机(2-10)，每个电机(2-10)的输出端连接有一个齿轮副(2-4)，每个齿轮副(2-4)的两个齿轮相啮合，主动轮轴(2-8)固装在壳体(2-9)上，每个齿轮副(2-4)的其中一个齿轮与一个主动磁体轮(2-5)连接在一起，连接在一起的齿轮及主动磁体轮(2-5)转动安装在主动轮轴(2-8)上；连接件(3-2)上布置有同轴设置的两个被动磁体轮(3-1)，两个被动磁体轮(3-1)能绕连接件(3-2)转动，被动磁体轮(3-1)和主动磁体轮(2-5)磁极性相反并相互吸合在一起；电机驱动器(2-3)接收通讯及控制模块(2-1)的信号用于驱动电机(2-10)动作，电源(2-11)给通讯及控制模块(2-1)、电机驱动器(2-3)和电机(2-10)供电。
2.根据权利要求1所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：软体球壳(1)为硅胶球壳。
3.根据权利要求1或2所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：每个齿轮副的两个齿轮分别为小齿轮和大齿轮，电机(2-10)输出端连接小齿轮，主动磁体轮(2-5)连接大齿轮，小齿轮和大齿轮的传动比为1:2。
4.根据权利要求3所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：主动磁体轮(2-5)和被动磁体轮(3-1)均为磁铁轮。
5.根据权利要求3所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：主动磁体轮(2-5)和被动磁体轮(3-1)均为电磁轮，电源(2-11)通过导线及滑环与该电磁轮电连接。
6.根据权利要求4或5所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：主动驱动模块(2)还包括两个主动轮套(2-6)和两个主动弹簧挡圈(2-7)；连接在一起的齿轮及主动磁体轮(2-5)套装在转动安装于主动轮轴(2-8)上的主动轮套(2-6)上，主动轮套(2-6)通过安装在主动轮轴(2-8)端部的主动弹簧挡圈(2-7)定位。
7.根据权利要求6所述用于模块化机器人的非接触式关节连接与驱动机构，其特征在于：连接件(3-2)为杆状结构，被动驱动模块(3)还包括被动轮轴(3-5)、两个被动轮套(3-3)和被动弹簧挡圈(3-4)；被动轮轴(3-5)固装在连接件(3-2)上，被动磁体轮(3-1)套装在转动安装于被动轮轴(3-5)上的被动轮套(3-3)上，被动轮套(3-3)通过安装在被动轮轴(3-5)上的被动弹簧挡圈(3-4)定位。
CN201710744345.1A 2017-08-25 2017-08-25 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构 Active CN107322635B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710744345.1A CN107322635B (zh) 2017-08-25 2017-08-25 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710744345.1A CN107322635B (zh) 2017-08-25 2017-08-25 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107322635A CN107322635A (zh) 2017-11-07
CN107322635B true CN107322635B (zh) 2020-01-14

Family

ID=60224929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710744345.1A Active CN107322635B (zh) 2017-08-25 2017-08-25 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107322635B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114161404B (zh) * 2021-11-09 2023-07-21 绍兴文理学院 一种太阳能供电滑块的6杆曲杆张拉整体机器人

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2249599T3 (es) * 2001-03-07 2006-04-01 Carnegie Mellon University Sistema robotizado para inspeccionar conducciones de gas.
CN101625062B (zh) * 2009-07-06 2010-11-10 北京邮电大学 具有导向头的柔性蠕动管道机器人
CN102673673A (zh) * 2012-06-07 2012-09-19 中国东方电气集团有限公司 一种用于磁吸附爬壁机器人的新型万向滚动磁轮装置
CN103009373B (zh) * 2012-12-13 2014-11-26 浙江大学 具有曲面自适应吸附的磁轮式爬壁机器人
CN103624765B (zh) * 2013-12-23 2015-08-19 哈尔滨工业大学 一种功能可重构的模块化搜救机器人
CN105172932B (zh) * 2015-10-12 2018-08-10 北京可以科技有限公司 一种基于细胞机器人单体的四足机器人
CN105171720B (zh) * 2015-10-12 2018-03-09 北京可以科技有限公司 一种基于细胞机器人单体的多自由度机械臂

Also Published As

Publication number Publication date
CN107322635A (zh) 2017-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107363819B (zh) 利用磁力连接的模块化球形软体机器人
US9174338B2 (en) Robotic movement system
CN102176152B (zh) 基于静水骨骼机理特性的仿生软体机器人
CN201566718U (zh) 一种球形机器人
CN108639180A (zh) 一种三腿节腿部结构及四足机器人
CN112476478B (zh) 一种面向人机协作仿生绳驱动四自由度手臂
CN101982304A (zh) 内驱动球形机器人
US6568869B1 (en) Three dimensional universal unit for movable structure
CN106272542A (zh) 仿蛇搜救机器人关节机构
CN104924320A (zh) 一种基于串联弹性驱动器的三自由度柔顺机械臂
CN107322635B (zh) 用于模块化机器人的非接触式连接与关节驱动机构
CN104326031A (zh) 细胞机器人
CN102615652A (zh) 基于双电磁离合器的二自由度机器人关节
CN101116971A (zh) 一种可用作机器人腕关节的运动解耦球面转动并联机构
CN107554630A (zh) 一种轮‑履翻转复合式无人移动平台
CN1332787C (zh) 全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人
CN205615602U (zh) 球形管道探测机器人
CN110979497A (zh) 一种基于海胆仿生的被动驱动型探测机器人
Zhao et al. Snailbot: a continuously dockable modular self-reconfigurable robot using rocker-bogie suspension
CN101598946A (zh) 全方位空间指向机构
CN103101583A (zh) 一种全皮肤翻转运动软体机器人
CN204871266U (zh) 基于手势控制的球型机器人
CN102949168B (zh) 一种多舱式无线胶囊机器人
CN206717857U (zh) 一种基于rsr构型并联机构的模块化仿生蛇形机器人
CN201310602Y (zh) 半球面磁力变速器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant