CN107443364B - 一种可伸缩可扭动的模块化单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，包括舵机架和位于所述舵机架上下两侧的底座，舵机架与各侧的底座间均布置有若干个驱动机构，各驱动机构包括舵机、圆盘摇臂和连杆，舵机安装在舵机架上，圆盘摇臂与舵机的输出轴连接，圆盘摇臂的另一端与连杆连接，连杆的另一端与所述底座连接。本发明改进了现有蛇形机器人的结构，实现了可同时伸缩扭动的功能，节省了制造成本，提高了结构模块化程度，可广泛应用于机器人技术领域。

Description

一种可伸缩可扭动的模块化单元结构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种可伸缩可扭动的模块化单元结构。

背景技术

目前，蛇形机器人的研究在国内外引起高度关注，由于机构设计、控制方法日趋成熟，因而蛇形机器人应用成为必然。然而，现有研究的蛇形机器人大部分只能实现可扭动功能，实现可伸缩的蛇形机器人还较少，同时具备扭动和伸缩功能的更少。并且现有的蛇形机器人多数是应用在各种危险的作业环境：灾后搜查、在存有对人体有害物质的环境中探查、或洞穴探查等，而在服务机器人领域的应用几乎没有。现有技术的缺点是：缺少同时具备伸缩和扭动能力的机构设计方案，制造成本高，结构模块化程度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时具备伸缩和扭动能力的模块化单元结构，克服只具备单一扭动功能、成本高昂以及集成度低等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：

一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，包括舵机架和位于所述舵机架上下两侧的底座，所述舵机架与各侧的底座间均布置有若干个驱动机构，各所述驱动机构包括舵机、圆盘摇臂和连杆，所述舵机安装在舵机架上，所述圆盘摇臂与舵机的输出轴连接，圆盘摇臂的另一端与连杆连接，所述连杆的另一端与所述底座连接。

进一步，所述圆盘摇臂与所述连杆相连的一端布置有滚动轴承和圆柱塞子部件，所述连杆与所述圆盘摇臂连接的一端布置有第一凸台，所述第一凸台贯穿滚动轴承的内圈并与圆柱塞子部件对接，所述圆盘摇臂的另一端布置有与舵机的输出轴固定连接的圆形薄片。

进一步，所述圆柱塞子部件朝向连杆的端面中央布置有U形槽，所述第一凸台的上部为U形柱状凸起，所述圆盘摇臂通过U形槽和U形柱状凸起与连杆连接。

进一步，所述圆柱塞子部件朝向连杆的端面中央布置有U形柱状凸起，所述第一凸台的上部端面布置有U形槽，所述圆盘摇臂通过U形柱状凸起和U形槽与连杆连接。

进一步，所述圆盘摇臂与所述连杆的连接端朝向连杆的一侧，表面沿第一通孔圆周方向布置有第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和第二凸起所在圆周上形成的扇形区域就是所述连杆的转动范围。

进一步，所述底座的数量为两个，所述底座中央布置有一个区域，所述区域内布置有若干个与所述驱动机构相匹配的球铰支座，所述连杆与所述底座连接的一端布置有球体与所述球铰支座连接。

进一步，所述舵机架为立式的一体结构或上下两部分固定连接的结构，所述舵机架的结构上下对称，舵机架上端和下端都按星型布置有若干个安装舵机的安装架。

进一步，所述舵机架上下两端的驱动机构数量均为三个，舵机架上下两端分别布置有三个安装架。

有益效果：本发明包括舵机架和位于所述舵机架上下两侧的底座，所述舵机架与各侧的底座间均布置有若干个驱动机构，各所述驱动机构包括舵机、圆盘摇臂和连杆，本发明通过改进舵机的布置方式和驱动机构的结构实现了蛇形机器人既能伸缩，又能扭动能力的功能，节省了制造成本，提高了结构模块化程度，可广泛应用于机器人技术领域。

附图说明

图1是本发明的伸直结构图；

图2是本发明的收缩结构图；

图3是本发明的扭动结构图；

图4是本发明的舵机架、驱动机构和连杆的分解图；

图5是本发明的圆盘摇臂的主视图；

图6是本发明的圆盘摇臂的剖视图；

图7是本发明的连杆的主视图；

图8是本发明的连杆的剖视图；

图9是本发明的连杆的轴测图；

图10是本发明的舵机架的俯视图；

图11是本发明的底座轴的测图。

附件标记：1、舵机架；2、圆盘摇臂；3、连杆；4、底座；5、舵机；12、安装架；21、滚动轴承；22、圆柱塞子部件；23、第一凸起；24、第二凸起；25、第一通孔；26、第二通孔；27、U形孔；28、圆形薄片；221、U形槽；222、第三通孔；281、第四通孔；282、第五通孔；31、U形柱状凸起；34、球体；35、第一凸台；41、球铰支座；42、第六通孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图1至图11对本发明的具体实施方式作进一步说明。

实施例1：

一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：包括舵机架1和位于所述舵机架上下两侧的底座4，所述舵机架1与各侧的底座4间均布置有若干个驱动机构，各所述驱动机构包括舵机5、圆盘摇臂2和连杆3，所述舵机5安装在舵机架1上，所述圆盘摇臂2与舵机5的输出轴连接，圆盘摇臂2的另一端与连杆3连接，所述连杆3的另一端与所述底座4连接。

进一步，所述舵机架1为立式的一体结构或上下两部分固定连接的结构，所述舵机架1的结构上下对称，所述舵机架1上下两端分别布置有三个安装舵机5的安装架12，舵机架1上端和下端的三个安装架12都是呈星型布置。所述安装架12所处的位置为一个正三角形，安装舵机5后，所述舵机5的输出轴位于所述正三角形的顶点。所述星型布置方式可保证舵机架1结构的对称，进而使本发明的整体是一个标准结构，在伸缩扭动过程中受力均匀且具有美观效果。为了减轻重量，节约材料和成本，所述舵机架1的中间部分为镂空结构。所述安装架12为一个L型结构，所述L型结构与所述舵机架1的表面形成了一个矩形框的安装区域，该安装区域可容纳一个舵机5。所述L型钣金结构与所述舵机架1连接处布置有第一加强筋，所述第一加强筋对安装架12与舵机架1的连接具有加固作用。

进一步，所述圆盘摇臂2与所述连杆3相连的一端布置有第一通孔25、滚动轴承21和圆柱塞子部件22，所述滚动轴承21的外圈与第一通孔25配合，滚动轴承21的内圈与圆柱塞子部件22配合，滚动轴承21的外圈与第一通孔25、所述圆柱塞子部件22与滚动轴承21的内圈均为过盈配合。所述圆柱塞子部件22朝向连杆连杆3的端面中央布置有U形槽221，U形槽221的底部中央布置有第三通孔222，所述连杆3与所述圆盘摇臂2连接的一端布置有第一凸台35，所述第一凸台35的轴线与连杆3的轴线相互垂直。所述第一凸台35的上部为U形柱状凸起31，所述圆盘摇臂2通过自攻螺丝贯穿第三通孔222与U形柱状凸起31固定连接，进而实现连杆3与圆盘摇臂2之间的相对转动。

进一步，所述圆盘摇臂2的另一端与舵机5连接处布置有第二通孔26和圆形薄片28，所述圆形薄片28固定在所述圆盘摇臂2朝向舵机5的一侧，所述圆形薄片28与所述第二通孔26为同心轴布置。所述圆形薄片28沿圆周方向均匀布置有4组通孔，所述每组通孔包括3个第五通孔282，所述圆盘摇臂2连接舵机5的一端布置有与每组第五通孔匹配的4个U形孔27，所述U形孔27为通孔，每个U形孔27的长度可以容纳所述3个第五通孔282。通过4个自攻螺丝将所述圆形薄片28与所述圆盘摇臂2固定连接，每组布置3个第五通孔282是为了在安装过程中可以调整圆形薄片28和圆盘摇臂2的相对位置。所述圆形薄片28的中央布置有第四通孔281，所述圆盘摇臂2通过自攻螺丝贯穿第四通孔281与舵机5的输出轴固定连接，进而实现舵机5驱动圆盘摇臂2的转动。

因此本发明通过上述圆盘摇臂2两端的两个相对转动可以实现本发明结构的伸缩扭动功能。

进一步，所述底座4的数量为两个，所述底座4为圆盘形状，所述底座4中央布置有一个圆周区域，所述区域内沿圆周方向均匀布置有3个与所述驱动机构相匹配的球铰支座41，所述连杆3与所述底座4连接的一端布置有球体34与所述球铰支座41连接，所述连杆3与底座4可以发生任意方向的相对转动，进而实现本发明的扭动。所述底座4在边缘沿圆周方向均匀布置有6个第六通孔42，方便与其他模块化单元结构连接。为了减轻重量，节约材料和成本，所述底座4采取了镂空处理，在圆周区域的中央布置有一个圆形通孔，沿圆周方向布置有三个U形通孔。

进一步，所述球体34与连杆3的连接处布置有第二加强筋，对球体34与连杆3的连接具有加固作用。

进一步，所述圆盘摇臂2与所述连杆3连接的一端朝向连杆3的一侧，表面沿第一通孔25圆周方向布置有第一凸起23和第二凸起24，所述第一凸起23和第二凸起24所在圆周上形成的扇形区域就是所述连杆3的转动范围。以驱动机构和从动机构向下伸直状态作为参考，所述第一凸起23和第二凸起24同位于圆盘摇臂2的右侧，所述第一凸起23和第二凸起24的左侧直线边同在一条直线上，且该直线与圆盘摇臂2的对称轴平行。当所述圆盘摇臂2与所述连杆3处于全缩状态时，第一凸起23对连杆3具有限位作用，当所述圆盘摇臂2与所述连杆3处于全伸状态时，第二凸起24对连杆3具有限位作用。

若保持一个或者两个驱动机构不动，其他驱动机构按照工作需求转动到特定位置，就可达到所述底座4的倾斜效果，从而实现扭动功能。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的圆盘摇臂2没有第一凸起23和第二凸起24两个结构，而是通过软件控制实现限位作用。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的圆柱塞子部件22朝向连杆3的端面中央布置有U形柱状凸起，连杆一端的第一凸台35的上部端面布置有U形槽，所述圆盘摇臂2通过U形柱状凸起和U形槽与连杆3连接。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种等同变化，这些等同的变化均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：包括舵机架（1）和位于所述舵机架（1）上下两侧的底座（4），所述舵机架（1）与各侧的底座（4）间均布置有若干个驱动机构，各所述驱动机构包括舵机（5）、圆盘摇臂（2）和连杆（3），所述舵机（5）安装在舵机架（1）上，所述圆盘摇臂（2）与舵机（5）的输出轴连接，圆盘摇臂（2）的另一端与连杆（3）连接，所述连杆（3）的另一端与所述底座（4）连接；所述舵机架（1）上下两端的驱动机构数量均为三个，且所述舵机架（1）上下两端的三个所述驱动机构的分布分别构成正三角形，所述舵机（5）的输出轴位于正三角形的顶点；所述圆盘摇臂（2）与所述连杆（3）相连的一端布置有第一通孔（25），所述圆盘摇臂（2）与所述连杆（3）的连接端朝向连杆（3）一侧的表面沿第一通孔（25）圆周方向布置有第一凸起（23）和第二凸起（24），所述第一凸起（23）和第二凸起（24）所在圆周上形成的扇形区域为所述连杆（3）的转动范围；当所述圆盘摇臂（2）与所述连杆（3）处于全缩状态时，所述第一凸起（23）对所述连杆（3）具有限位作用，当所述圆盘摇臂（2）与所述连杆（3）处于全伸状态时，所述第二凸起（24）对所述连杆（3）具有限位作用。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述圆盘摇臂（2）与所述连杆（3）相连的一端布置有滚动轴承（21）和圆柱塞子部件（22），所述连杆（3）与所述圆盘摇臂（2）连接的一端布置有第一凸台（35），所述第一凸台（35）贯穿滚动轴承（21）的内圈并与圆柱塞子部件（22）对接，所述圆盘摇臂（2）的另一端布置有与舵机（5）的输出轴固定连接的圆形薄片（28）。

3.根据权利要求所述2所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述圆柱塞子部件（22）朝向连杆（3）的端面中央布置有U形槽（221），所述第一凸台（35）的上部为U形柱状凸起（31），所述圆盘摇臂（2）通过U形槽（221）和U形柱状凸起（31）与连杆（3）连接。

4.根据权利要求所述2所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述圆柱塞子部件（22）朝向连杆（3）的端面中央布置有U形柱状凸起，所述第一凸台（35）的上部端面布置有U形槽，所述圆盘摇臂（2）通过U形柱状凸起和U形槽与连杆（3）连接。

5.根据权利要求所述2所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述圆盘摇臂（2）的另一端与所述舵机（5）连接处布置有第二通孔（26）和圆形薄片（28），所述圆形薄片（28）固定在所述圆盘摇臂（2）朝向所述舵机（5）的一侧，所述圆形薄片（28）与所述第二通孔（26）为同心轴布置。

6.根据权利要求1所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述底座（4）的数量为两个，所述底座（4）中央布置有一个圆周区域，所述圆周区域内布置有若干个与所述驱动机构相匹配的球铰支座（41），所述连杆（3）与所述底座（4）连接的一端布置有球体（34）与所述球铰支座（41）连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述舵机架（1）为立式的一体结构或上下两部分固定连接的结构，所述舵机架（1）的结构上下对称，舵机架（1）上端和下端都按星型布置有若干个安装舵机（5）的安装架（12）。

8.根据权利要求7所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：舵机架（1）上下两端分别布置有三个所述安装架（12），所述安装架（12）所处的位置为一个正三角形。

9.根据权利要求7所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述安装架（12）为一个L型结构，所述L型结构与所述舵机架（1）的表面形成了一个矩形框的安装区域，所述安装区域可容纳一个所述舵机（5）。

10.根据权利要求1所述的一种可伸缩可扭动的模块化单元结构，其特征在于：所述舵机架（1）的中间部分为镂空结构。