CN109352637A - 三自由度可重构模块化机器人单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三自由度可重构模块化机器人单元结构，包括球形壳体，所述球形壳体由旋转配合的上半球壳和下半球壳组成，所述上半球壳和下半球壳两者的中间均开设有槽口，所述上半球壳和下半球壳周侧设置有侧对接模块；所述上半球壳的槽口内铰接有上摆动架，所述上摆动架上端固定连接有上对接模块，所述下半球壳的槽口内铰接有下摆动架，所述下摆动架下端固定连接有下对接模块。本发明机器人单元结构具有三个自由度，提升了模块的灵活性，结构简单、可移植性好、便于安装和拆卸，便于控制，易于加工，可靠性好，可以广泛应用于场合。

Description

三自由度可重构模块化机器人单元结构

技术领域

本发明涉及一种三自由度可重构模块化机器人单元结构。

背景技术

随着科技的发展，传动机器人功能单一，完全适应不了现代社会的需求，人们开始寻找一种多功能的机器人来代替，可重构模块化机器人是由多个相同智能的单元组成，可以组成不同形状的机器人，如多足机器人、蛇形机器人等，智能模块变化灵活，可以再探险、航空等领域得到应用广泛，目前已发展为我们日常生活中应用，比如烹饪机器人，扫地机器人等，未来可重构模块化机器人可能会遍及我们日常生活。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单，便于安装和拆卸的三自由度可重构模块化机器人单元结构。

本发明采用以下方案实现：一种三自由度可重构模块化机器人单元结构，包括球形壳体，所述球形壳体由旋转配合的上半球壳和下半球壳组成，所述上半球壳和下半球壳两者的中间均开设有槽口，所述上半球壳和下半球壳周侧设置有侧对接模块；所述上半球壳的槽口内铰接有上摆动架，所述上摆动架上端固定连接有上对接模块，所述下半球壳的槽口内铰接有下摆动架，所述下摆动架下端固定连接有下对接模块。

进一步的，所述球形壳体中部设置有旋转配合的上连接板和下连接板，所述上半球壳固定安装于上连接板上，所述下半球壳固定安装于下连接板上，所述上连接板上安装有用以驱动上摆动架摆动的上摆动电机以及驱动下连接板转动的旋转电机，所述下连接板上安装有用以驱动下摆动架摆动的下摆动电机。

进一步的，所述上摆动架由上左摆杆和上右摆杆组成，所述上对接模块固定连接于上左摆杆和上右摆杆上端；上左摆杆和上右摆杆下端穿设有同一根上传动轴，上左摆杆和上右摆杆两者与上传动轴之间通过花键配合。

进一步的，所述上传动轴两端转动安装于上连接板上的上左支撑架和上右支撑架上，上传动轴其中一端向外延伸出并与上摆动电机传动连接。

进一步的，所述下摆动架由下左摆杆和下右摆杆组成，所述下对接模块固定连接于下左摆杆和下右摆杆下端；下左摆杆和下右摆杆上端穿设有同一根下传动轴，下左摆杆和下右摆杆两者与下传动轴之间通过花键配合。

进一步的，所述下传动轴两端转动安装于下连接板上的下左支撑架和下右支撑架上，下传动轴其中一端向外延伸出并与下摆动电机传动连接。

进一步的，所述上连接板上侧面开设有容纳槽，容纳槽设置有相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述容纳槽上盖设有盖板，所述旋转电机安装于所述盖板上，旋转电机的主轴穿过盖板伸入容纳槽中，所述主动齿轮安装于旋转电机的主轴上；所述上连接板和下连接板的中部开设有轴孔，所述从动齿轮下侧面具有向下穿过上连接板和下连接板上轴孔的凸轴，所述下连接板的轴孔内设置有键槽，所述凸轴侧部设置有与键槽配合的齿轮键。

进一步的，所述下连接板上侧面中部设置有沉孔，沉孔与下连接板上的轴孔形成阶梯孔结构，上连接板下侧面中部设置有向下凸起伸入沉孔中的上凸台，所述沉孔内设置有套装在上凸台上的轴承。

进一步的，所述下连接板下侧面中部设置有向上凸起的下凸台，所述下凸台侧部开设有通至键槽的径向通孔，所述径向通孔内穿设有紧定螺钉，所述齿轮键上开设有与紧定螺钉朝内一端螺纹配合的螺纹孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明机器人单元结构具有三个自由度，提升了模块的灵活性，结构简单、可移植性好、便于安装和拆卸，便于控制，易于加工，可靠性好，可以广泛应用于场合。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明整体构造立体图；

图2是本发明实施例主视图造图；

图3是本发明实施例俯视构造图；

图4是本发明实施例侧视构造图；

图5是本发明实施例上半球壳构造图；

图6是本发明实施例下半球壳构造图；

图7是本发明实施例内部爆炸构造图；

图8是本发明实施例上连接板和下连接板配合剖面图；

图中标号说明：1-上对接模块；2-上右摆杆；3-上右挡板；4-轴承；5-上右支撑架；6-盖板；7-从动齿轮；8-主动齿轮；9-上连接板；10-轴承；11-下连接板；12-轴承；13-下右支撑架；14-下右挡板；15-下右摆杆；16-下对接模块；17-下左摆杆；18-下左挡板；19-下左支撑架；20-下摆动电机；21-下传动轴；22-容纳槽；23-上摆动电机；24-上左支撑架；25-上传动轴；26-上左挡板；27-旋转电机；28-上左摆杆；29-上半球壳；30-下半球壳；31-槽口；32-侧对接模块、33-凸轴、34-键槽、35-齿轮键、36-上凸台、37-下凸台。

具体实施方式

如图1~8所示，一种三自由度可重构模块化机器人单元结构，包括球形壳体，所述球形壳体由旋转配合的上半球壳19和下半球壳组成30，所述上半球壳19和下半球壳30两者的中间均开设有槽口31，槽口呈U形，所述上半球壳19和下半球壳30周侧设置有侧对接模块32，侧对接模块32为被动对接模块，上半球壳19和下半球壳30分别设置有两个侧对接模块32并对称分布在槽口两侧，侧对接模块通过螺栓螺母固定连接于上半球壳和下半球壳上，上半球壳和下半球壳上设置有用以连接侧对接模块的法兰结构；所述上半球壳29的槽口内铰接有上摆动架，所述上摆动架上端固定连接有上对接模块1，上对接模块为被动对接模块，所述下半球壳30的槽口内铰接有下摆动架，所述下摆动架下端固定连接有下对接模块16，下对接模块为主动对接模块，上半球壳和下半球壳之间形成旋转关节，上摆动架与上半球壳之间形成上摆动关节，下摆动架与下半球壳之间形成上摆动关节，所述上摆动关节与下摆动关节上下对称设置；上摆动架的摆动中心线和下摆动架的摆动中心线平行，并且与上半球壳15和下半球壳16之间的转动中心线垂直；本发明机器人单元结构具有三个自由度，提升了模块的灵活性，结构简单、可移植性好、便于安装和拆卸，便于控制，易于加工，可靠性好，可以广泛应用于场合

在本实施例中，所述球形壳体中部设置有旋转配合的上连接板9和下连接板11，所述上半球壳29固定安装于上连接板9上，所述下半球壳30固定安装于下连接板11上，所述上连接板上安装有用以驱动上摆动架摆动的上摆动电机23以及驱动下连接板转动的旋转电机27，所述下连接板上安装有用以驱动下摆动架摆动的下摆动电机20，上摆动电机和下摆动电机为步进电机，旋转电机为直流电机。

在本实施例中，所述上摆动架由上左摆杆28和上右摆杆2组成，所述上对接模块1固定连接于上左摆杆28和上右摆杆2上端；上左摆杆28和上右摆杆2下端穿设有同一根上传动轴25，上左摆杆28和上右摆杆2两者与上传动轴之间通过花键配合。

在本实施例中，所述上传动轴25两端转动安装于上连接板上的上左支撑架24和上右支撑架5上，上左支撑架24和上右支撑架5两端通过螺栓螺母固定连接于上半球壳侧壁上，上传动轴其中一端向外延伸出并与上摆动电机23传动连接；上摆动电机通过一对相啮合的齿轮与上传动轴传动连接，上传动轴的两端通过轴承4分别与上左支撑架24和上右支撑架5旋转配合；再具体实施过程中，上摆动电机的主轴也可以和上传动轴伸出一端同轴连接。

在本实施例中，所述下摆动架由下左摆杆17和下右摆杆15组成，所述下对接模块16固定连接于下左摆杆17和下右摆杆15下端；下左摆杆17和下右摆杆15上端穿设有同一根下传动轴21，下左摆杆17和下右摆杆15两者与下传动轴之间通过花键配合。

在本实施例中，所述下传动轴21两端转动安装于下连接板上的下左支撑架19和下右支撑架13上，下左支撑架19和下右支撑架13两端通过螺栓螺母固定连接于下半球壳侧壁上；下传动轴21其中一端向外延伸出并与下摆动电机20传动连接；下摆动电机通过一对相啮合的齿轮与下传动轴传动连接，下传动轴的两端通过轴承12分别与下左支撑架19和下右支撑架13旋转配合；再具体实施过程中，下摆动电机的主轴也可以和下传动轴伸出一端同轴连接。

在本实施例中，所述上连接板9上侧面开设有容纳槽22，容纳槽22设置有相啮合的主动齿轮8和从动齿轮7，所述容纳槽22上盖设有盖板6，所述旋转电机27安装于所述盖板6上，旋转电机27的主轴穿过盖板伸入容纳槽中，所述主动齿轮8安装于旋转电机27的主轴上；所述上连接板9和下连接板11的中部开设有轴孔，所述从动齿轮7下侧面具有向下穿过上连接板和下连接板上轴孔的凸轴33，所述下连接板的轴孔内设置有键槽34，所述凸轴侧部设置有与键槽配合的齿轮键35。

在本实施例中，所述下连接板11上侧面中部设置有沉孔，沉孔与下连接板上的轴孔形成阶梯孔结构，上连接板9下侧面中部设置有向下凸起伸入沉孔中的上凸台36，所述沉孔内设置有套装在上凸台上的轴承10，所述轴承10内孔与上连接板的上凸台过盈配合，轴承10外周部与下连接板的沉孔内壁过盈配合。

上摆动关节运动步骤：所述摆动电机24驱动上传动轴25转动，传动轴25转动进而带动上左摆杆和上右摆杆摆动实现上摆动关节运动；旋转关节运动步骤：所述旋转电机27驱动主动齿轮8，所述主动齿轮8带动相啮合从动齿轮7，所述懂得齿轮7带动下连接板11转动实现上、下半球壳相对转动；下半球摆动关节运动步骤：所述摆动电机20驱动下传动轴21转动，传动轴21转动进而带动下左摆杆和下右摆杆摆动实现上摆动关节运动。

在本实施例中，所述下连接板11下侧面中部设置有向上凸起的下凸台37，所述下凸台侧部开设有通至键槽的径向通孔（图中未示出），所述径向通孔内穿设有紧定螺钉（图中未示出），所述齿轮键上开设有与紧定螺钉朝内一端螺纹配合的螺纹孔（图中未示出），所述从动齿轮与下连接板通过紧定螺钉连接在一起。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：包括球形壳体，所述球形壳体由旋转配合的上半球壳和下半球壳组成，所述上半球壳和下半球壳两者的中间均开设有槽口，所述上半球壳和下半球壳周侧设置有侧对接模块；所述上半球壳的槽口内铰接有上摆动架，所述上摆动架上端固定连接有上对接模块，所述下半球壳的槽口内铰接有下摆动架，所述下摆动架下端固定连接有下对接模块。

2.根据权利要求1所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述球形壳体中部设置有旋转配合的上连接板和下连接板，所述上半球壳固定安装于上连接板上，所述下半球壳固定安装于下连接板上，所述上连接板上安装有用以驱动上摆动架摆动的上摆动电机以及驱动下连接板转动的旋转电机，所述下连接板上安装有用以驱动下摆动架摆动的下摆动电机。

3.根据权利要求2所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述上摆动架由上左摆杆和上右摆杆组成，所述上对接模块固定连接于上左摆杆和上右摆杆上端；上左摆杆和上右摆杆下端穿设有同一根上传动轴，上左摆杆和上右摆杆两者与上传动轴之间通过花键配合。

4.根据权利要求3所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述上传动轴两端转动安装于上连接板上的上左支撑架和上右支撑架上，上传动轴其中一端向外延伸出并与上摆动电机传动连接。

5.根据权利要求2所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述下摆动架由下左摆杆和下右摆杆组成，所述下对接模块固定连接于下左摆杆和下右摆杆下端；下左摆杆和下右摆杆上端穿设有同一根下传动轴，下左摆杆和下右摆杆两者与下传动轴之间通过花键配合。

6.根据权利要求5所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述下传动轴两端转动安装于下连接板上的下左支撑架和下右支撑架上，下传动轴其中一端向外延伸出并与下摆动电机传动连接。

7.根据权利要求2所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述上连接板上侧面开设有容纳槽，容纳槽设置有相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述容纳槽上盖设有盖板，所述旋转电机安装于所述盖板上，旋转电机的主轴穿过盖板伸入容纳槽中，所述主动齿轮安装于旋转电机的主轴上；所述上连接板和下连接板的中部开设有轴孔，所述从动齿轮下侧面具有向下穿过上连接板和下连接板上轴孔的凸轴，所述下连接板的轴孔内设置有键槽，所述凸轴侧部设置有与键槽配合的齿轮键。

8.根据权利要求7所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述下连接板上侧面中部设置有沉孔，沉孔与下连接板上的轴孔形成阶梯孔结构，上连接板下侧面中部设置有向下凸起伸入沉孔中的上凸台，所述沉孔内设置有套装在上凸台上的轴承。

9.根据权利要求7或8所述的三自由度可重构模块化机器人单元结构，其特征在于：所述下连接板下侧面中部设置有向上凸起的下凸台，所述下凸台侧部开设有通至键槽的径向通孔，所述径向通孔内穿设有紧定螺钉，所述齿轮键上开设有与紧定螺钉朝内一端螺纹配合的螺纹孔。