CN108724242A - 一种可组装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可组装机器人，包括：至少一个关节装置，所述关节装置包括底座和对接单元，所述对接单元内设有舵机，舵机轴与底座侧壁连接，对接单元可绕舵机轴在底座上转动，对接单元顶部设有第一对接槽，所述底座底面设有第二对接槽，可通过一个关节装置的第一对接槽与另一个关节装置的第二对接槽可拆卸连接将关节装置组装。本发明利用关节装置、躯体装置、可更换足自由组合形成不同自由度、不同结构的关节机器人，该组装机器人可探测、感知、识别地形和目标物体，控制机器人的关节装置运动，实现不同机器人结构的运动和作业，应用领域包括不限于教育、娱乐、特种作业、空间、军事、工业等。

Description

一种可组装机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域。更具体地，涉及一种可组装机器人。

背景技术

随着用户个性化需求增加，越来越多的现场任务需要机器人功能、结构等可以变换。空间探测、在轨服务、废墟救援、狭小空间探测等非结构化环境也要求机器人具备极高的自适应性，同时能够进行监测监控、抓取搬运等非合作目标作业。然而，常规固定结构的机器人无法改变结构，因此在特殊环境中，不能形成有效的机器人形态。

模块化关节机器人具备一定的互换性，然而仍然需要较多的紧固件拆装，通常还是具备固定的结构，难以进行快速便捷的组装以及结构变换。例如，常规的蛇形关节机器人(卡内基梅隆大学的蛇形机器人)、四足关节机器人(LittleDog仿狗机器人)、人形机器人(优比选的Alpha人形机器人)、六足关节机器人(HEXA六足机器人)，通常利用紧固件预先安装在一起，结构固定，在使用过程中不能进行结构变换，不能从一种关节机器人变换形成另外一种关节机器人，机器人的自由度数量也不能改变，降低了机器人的形态多样性。自组装机器人(Sambot)、自重构机器人(M-TRAN)等具备结构变换的能力，但这些机器人的每个模块本身自带电池，多个模块之间连接在一起时不支持相互之间的有线供电、通讯，或者只支持较少的信号电流通过，增加了机器人模块质量；多个模块串联在一起时，导致负载能力较低；一些机器人利用球形结构，引起关节旋转轴的方向多变，比如“U”型关节方便，在蛇形等关节机器人的运动上也难以模拟仿多足步态。同时，自组装机器人、自重构机器人缺少一个躯体结构，这个躯体结构能够支持各个模块从不同部位进行对接，继而形成四足、六足、人形等不同机器人形态。该躯体结构能够与机器人关节装置连接，对其进行供电、控制，支持无紧固件快速组装、拆卸、重构。

因此，需要提供一种可组装机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可组装机器人，解决现有机器人使用过程中结构形态不能灵活变换的问题，实现了可组装成不同自由度、不同结构形态的关节机器人。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可组装机器人，包括：至少一个关节装置，所述关节装置包括底座和对接单元，所述对接单元内设有舵机，舵机轴与底座侧壁连接，对接单元可绕舵机轴在底座上转动，对接单元顶部设有第一对接槽，所述底座底面设有第二对接槽，可通过一个关节装置的第一对接槽与另一个关节装置的第二对接槽可拆卸连接将关节装置组装。

进一步地，所述对接单元四周设有包络板，分别与舵机连接，对接单元的第一对接槽表面设有可伸缩的圆柱销，用于关节装置间连接时进行固定，所述第一对接槽内设有电气连接装置，用于关节装置间连接时进行电路导通和信号传递。

进一步地，所述底座包括：外连接板、内连接板、底板，所述内连接板上设有法兰盘，内连接板通过法兰盘的中心孔与舵机轴连接并随舵机轴转动，底板两侧面与内连接板连接，内置线缆从底板侧面穿过内连接板与外连接板的空心层，穿过舵机轴的中心孔连接到对接单元。

进一步地，多个关节装置分别首尾连接形成条状体，所述条状体中的每个关节装置均可旋转0-180度，通过每个关节装置中舵机设定的旋转角度和速度进行旋转向设定方向移动。

进一步地，所述机器人还包括躯体装置，所述躯体装置包括第三对接槽、USB接口、充电接口、HDMI接口，躯体装置内部设有电池模块、立体视觉模块、通讯模块、控制模块，所述第三对接槽与第二对接槽结构相同，用于与对接单元的第一对接槽连接。

进一步地，所述立体视觉模块包括摄像机，用于获取并存储周围环境图像信息并反馈到控制模块，所述通讯模块用于实时获取周围环境的声音信号并反馈到控制模块。

进一步地，多个所述关节装置分别通过第一连接槽与设置在所述躯体装置两侧或下表面的第三对接槽连接，支撑躯体装置并向设定方向移动。

进一步地，所述机器人还包括可更换足，所述可更换足包括第四对接槽和球形足，所述第四对接槽与第一对接槽结构相同，用于与底座的第二对接槽连接，所述球形足设于第四对接槽底部，与地面接触的球形表面设有橡胶垫。

进一步地，所述躯体装置、多个关节装置、多个可更换足根据需要选取不同数量组装为不同型号的多足机器人。

进一步地，所述机器人由耐高温、耐腐蚀、耐磨材料构成。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的可组装机器人将多个关节装置串联组合或与一个躯体装置组合，可以组装形成多自由度的蛇形关节机器人、四足关节机器人、或者六足关节机器人、人形关节机器人等。相邻自由度之间的旋转轴既可以平行又可以垂直，具备蜿蜒、蠕动的三维运动能力，以及柔性运动作业能力。利用关节装置、躯体装置、可更换足自由组合形成不同自由度、不同结构的关节机器人，该组装机器人可探测、感知、识别地形和目标物体，控制机器人的关节装置运动，实现不同机器人结构的运动和作业，应用领域包括不限于教育、娱乐、特种作业、空间、军事、工业等。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为本发明一个实施例中关节装置结构示意图；

图2为本发明一个实施例中关节装置爆炸图；

图3为本发明一个实施例中躯体装置结构示意图；

图4为本发明一个实施例中躯体装置中部分应用模块示意图；

图5为本发明一个实施例中可更换足结构示意图；

图6为本发明一个实施例中蛇形机器人组装结构示意图；

图7a为本发明一个实施例中四足机器人组装结构示意图；

图7b为本发明一个实施例中六足机器人组装结构示意图；

图8本发明一个实施例中人形机器人组装结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明公开的一种可组装机器人，包括：至少一个关节装置，所述关节装置包括底座2和对接单元1，所述对接单元1内设有舵机14，伺服舵机14集成了电机、减速器、编码器等部组件，支持总线指令控制。舵机轴15与底座2侧壁26连接，对接单元1可绕舵机轴15在底座2上转动，对接单元1顶部设有第一对接槽13，所述底座2底面设有第二对接槽23，可通过一个关节装置的第一对接槽13与另一个关节装置的第二对接槽23可拆卸连接将关节装置组装。

具体的，串行伺服舵机14提供旋转动力，舵机轴15与法兰盘25连接在一起，法兰盘25与内连接板21连接在一起，内连接板21随舵机轴一起旋转，内连接板21与外连接板22连接在一起后，利用紧固件与底座2的侧面连接在一起。对称地，串行伺服舵机14的另一侧伸出平滑的舵机轴15与法兰盘25被动连接在一起，继而与内连接板21、外连接板22和底座2连接在一起，作为输出轴的支撑，承受轴向负载。通信用的线缆从底座2开始，从侧面26的小孔穿过内连接板21与外连接板22中间的空心层，从伺服舵机轴15中心孔穿过，连接到对接单元1。对接单元1通过紧固件连接到伺服舵机11上。左右包络板11连接到伺服舵机14的左右侧面，前后包络板12连接到伺服舵机14的前后侧面。

第一对接槽13上的四个圆弧销凸起16与第二对接槽23的四个圆柱孔24呈现均匀对称分布，经过插入、旋转后，第一对接槽13的圆柱销16可以插入到第二对接槽23的圆柱孔24中，实现位姿锁紧。同时，位于第一对接槽13和第二对接槽23上的电气连接装置17可对应连接在一起，实现电路导通和信号传输。当需要分离时，第一对接槽13的圆柱销16缩回，经过旋转、拔出后，一个关节装置的对接单元1和另一个装置的底座2分离。

如图6所示，多个关节装置串联在一起，可以组装形成多个自由度的蛇形关节机器人，相邻自由度之间的旋转轴既可以平行又可以垂直，每个关节装置均可旋转0-180度，具备蜿蜒、蠕动的三维运动能力，以及柔性运动作业能力，通过每个关节装置中舵机设定的旋转角度进行旋转向设定方向移动。特别适用于进入入口较小一般机器人无法通过的复杂地形进行探测。

如图3和图4所示，机器人还包括躯体装置3，躯体装置3由顶板36、立体视觉模块32、控制器34、通讯模块35、电池33、激光雷达等等组成。躯体装置3的侧前、侧后、左、右、下侧面分布有多个第三对接槽31，第三对接槽31与第二对接槽23结构相同。电池33和控制器34连接在一起，进行供配电，控制器34和通讯模块35、立体视觉模块32连接在一起，进行供电和通信。电池33和控制器34与所有的第三对接槽31连接在一起，进行供电和通信。躯体装置3尾部的通孔中设有USB接口37、HDMI接口38、充电口39等，便于程序下载、终端显示、充放电操作。

立体视觉模块32包括摄像机，可以为红外摄像机、深度视觉摄像机等，用于拍摄并存储周围环境图像信息并反馈到控制器34，通讯模块35用于实时获取周围环境的声音信号并反馈到控制模块。

如图5所示，机器人还包括可更换足4，所述可更换足4包括第四对接槽41和球形足42，第四对接槽41与第一对接槽13结构相同，用于与底座2的第二对接槽23连接，所述球形足42设于第四对接槽41底部，球形底端能够与地面形成点接触，与地面接触的球形表面设有橡胶垫，可以最大程度的增加摩擦力，降低地面凹凸不平对机器人位姿影响。

如图7a所示，多个关节装置串联组成四条腿，分别与设于躯体装置3下表面的第三对接槽31对接，形成前后布局的四足关节机器人，躯体装置3作为机器人的身体及头部，在四足底部的第二对接槽23上分别与可更换足4对接，作为机器人的“脚”。可更换足4连接到腿的末端可为机器人提供稳定性，整个机器人。

如图7b所示，多个关节装置串联组成六条腿，分别与设于躯体装置3侧面的第三对接槽31对接，形成六足关节机器人，可在地面“爬行移动”，为提供稳定性，可更换足4连接到腿末端的关节装置上作为机器人的脚，这种爬行机器人可以出入入口较矮的区域进行工作。

如图8所示，多个关节装置串联组成两支手臂，两条腿，分别连接到躯体装置3的侧面，形成人形关节机器人，此机器人可直立横向或纵向行走，由于机器人整体身形很窄，可以出入夹缝类型的入口中进行工作。

不同数量的关节装置可以连接在一起，能够无紧固件，三步以内快速实现机电对接和分离，并进行三维移动，组装简单，实用性高，实现不同机器人结构的运动和作业，应用领域包括不限于教育、娱乐、特种作业、空间、军事、工业等。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种可组装机器人，其特征在于，包括：至少一个关节装置，所述关节装置包括底座和对接单元，所述对接单元内设有舵机，舵机轴与底座侧壁连接，对接单元可绕舵机轴在底座上转动，对接单元顶部设有第一对接槽，所述底座底面设有第二对接槽，可通过一个关节装置的第一对接槽与另一个关节装置的第二对接槽可拆卸连接将关节装置组装。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述对接单元四周设有包络板，分别与舵机连接，对接单元的第一对接槽表面设有可伸缩的圆柱销，用于关节装置间连接时进行固定，所述第一对接槽内设有电气连接装置，用于关节装置间连接时进行电路导通和信号传递。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，所述底座包括：外连接板、内连接板、底板，所述内连接板上设有法兰盘，内连接板通过法兰盘的中心孔与舵机轴连接并随舵机轴转动，底板两侧面与内连接板连接，内置线缆从底板侧面穿过内连接板与外连接板的空心层，穿过舵机轴的中心孔连接到对接单元。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，多个关节装置分别首尾连接形成条状体，所述条状体中的每个关节装置均可旋转0-180度，通过每个关节装置中舵机设定的旋转角度和速度进行旋转向设定方向移动。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括躯体装置，所述躯体装置包括第三对接槽、USB接口、充电接口、HDMI接口，躯体装置内部设有电池模块、立体视觉模块、通讯模块、控制模块，所述第三对接槽与第二对接槽结构相同，用于与对接单元的第一对接槽连接。

6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，所述立体视觉模块包括摄像机，用于获取并存储周围环境图像信息并反馈到控制模块，所述通讯模块用于实时获取周围环境的声音信号并反馈到控制模块。

7.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，多个所述关节装置分别通过第一连接槽与设置在所述躯体装置两侧或下表面的第三对接槽连接，支撑躯体装置并向设定方向移动。

8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括可更换足，所述可更换足包括第四对接槽和球形足，所述第四对接槽与第一对接槽结构相同，用于与底座的第二对接槽连接，所述球形足设于第四对接槽底部，与地面接触的球形表面设有橡胶垫。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述躯体装置、多个关节装置、多个可更换足根据需要选取不同数量组装为不同型号的多足机器人。

10.根据权利要求1-9任一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人由耐高温、耐腐蚀、耐磨材料构成。