CN110802582B - 一种自重构模块化移动机器人前后连接机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自重构模块化机器人前后连接机构及机器人，其包括：主动对接机构：包括由第一轴和第二轴构成的十字轴，第一轴两端与固定设置的壳体内的第一支架转动连接，第二轴的两端与第二支架转动连接，第二支架与公头杆固定连接，公头杆通过内层摆动件和外层摆动件设置的滑槽依次穿过内层摆动件和外层摆动件，内层摆动件及外层摆动件垂直设置且两端与壳体转动连接，内层摆动件和外层摆动件均与对接驱动件连接；受体对接机构：包括安装在基座内部的受体驱动件，受体驱动件与连接机构连接，连接机构与第一开关门和第二关门连接，使用本发明的连接机构能够使机器人适合更复杂的工作场景。

Description

一种自重构模块化移动机器人前后连接机构及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种自重构模块化移动机器人前后连接机构及机器人。

背景技术

当前，机器人是一门非常火热的研究方向，他在代替人力方面起到巨大的作用，大大减少了完成工作任务所需人力。而自重构机器人是一种新兴的机器人，它在多变复杂的环境下适应性更强，所能实现的功能更多，是未来机器人的发展趋势之一。

自重构机器人又可称之为模块化机器人，它由多个独立的模块组成，各个模块相对整体体积更小，更加灵活轻便，而且各个相似模块组成，使对整体机器人的开发时间大大缩短，各个模块移植性高，因此可重构机器人具有高效率，高适应性，高可靠稳定性，低成本，开发相对简便的特点。

当前，对自重构机器人也已经有了一些研究成果，最早的在1988年，由美国卡内基梅隆大学研制出的可重构模块化机械手系统(RMMS)，就在硬件、控制算法、软件等方面都实现了可重构性；在自重构机器人系统方面、Johns Hopki ns大学的Gregory，日本的Murate、美国的Kotay等等一些研究都对自重构机器人系统有一定的探索。现在，在自重构机器人连接方式方面，主要有通过机械结构纯机械连接、电磁式连接、电磁与机械结构结合式连接、机械结构结合形状记忆合金连接等。

然而，发明人发现，目前自重构机器人的连接装置拥有一些技术上的不足，即未能考虑到实际应用场景中地形变化的复杂性，所对接的两部分机器人模块之间没有足够的运动自由度，故而会对连接之后的总体运动产生阻碍。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种自重构模块化移动机器人前后连接机构，能够使连接的两部分机器人模块之间具有足够的运动自由度，使机器人适合复杂的应用场景。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种自重构模块化机器人前后连接机构，包括：

主动对接机构：包括由第一轴和第二轴构成的十字轴，第一轴两端与固定设置的壳体内的第一支架转动连接，第二轴的两端与第二支架转动连接，第二支架与公头杆固定连接，公头杆通过内层摆动件和外层摆动件设置的滑槽依次穿过内层摆动件和外层摆动件，内层摆动件及外层摆动件垂直设置且两端与壳体转动连接，内层摆动件和外层摆动件均与对接驱动件连接，对接驱动件能够驱动内层摆动件和外层摆动件的摆动，进而带动公头杆运动。

受体对接机构：包括安装在基座内部的受体驱动件，所述受体驱动件与连接机构连接，连接机构与第一开关门和第二关门连接，受体驱动件能够通过连接机构驱动第一开关门和第二开门的关紧和分开，第一开关门的关紧和松开能够实现对公头杆卡紧和松开状态的切换。

进一步的，所述内层摆动件包括平行设置的第一弧形杆和第二弧形杆，第一弧形杆和第二弧形杆之间的空间构成内层摆动件的滑槽，第一弧形杆和第二弧形杆两端均与内层连接部固定连接，所述内层连接部与壳体转动连接。

进一步的，所述外层摆动件包括平行设置的第三弧形杆和第四弧形杆，第三弧形杆和第四弧形杆之间的空间构成外层摆动件的滑槽，第三弧形杆和第四弧形杆两端均与外层连接部固定连接，所述外层连接部与壳体转动连接。

进一步的，与内层摆动件连接的对接驱动件包括第一驱动电机，所述第一驱动电机通过锥齿轮传动机构与内层摆动件连接，第一驱动电机固定在壳体内部。

进一步的，与外层摆动件连接的对接驱动机构包括第二驱动电机，所述第二驱动电机通过锥齿轮传动机构与外层摆动件连接，第二驱动电机均固定在壳体内部。

进一步的，所述连接机构包括连接盘，所述连接盘与受体驱动件连接，受体驱动件能够驱动连接盘的转动，所述连接盘同一条直径线的两个端部分别与第一连杆和第二连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与第一开关门铰接，第二连杆的另一端与第二开关门铰接，连接盘的转动能够通过第一连杆和第二连杆带动第一开关门和第二开关门做同步的相向或远离运动。

进一步的，所述连接盘上设置有凹槽，所述公头杆的端部设置有卡盘，所述卡盘能够伸入凹槽的空间中，防止公头杆与受体对接结构脱离。

进一步的，所述第一开关门和第二开关门上分别开设有与公头杆相匹配的第一卡槽和第二卡槽，第一卡槽和第二卡槽构成用于公头杆穿过第一开关门和第二开关门的开孔，开孔的直径大于公头杆的直径。

进一步的，所述第一开关门和第二开关门上设置有滑块，所述滑块与基座设置的滑道滑动连接，用于对第一开关门和第二开门的运动进行导向。

本发明还公开了一种机器人，包括多个机器人模块，机器人模块的前后两端分别安装有主动对接机构和受体对接机构，相邻机器人模块通过主动对接机构和受体对接机构进行连接。

本发明的有益效果：

1.本发明的自重构模块化移动机器人前后连接机构，结构紧凑、占用体积小，符合自重构机器人小巧的需求，公头杆与十字轴连接，并且能够在垂直分布的内层摆动件和外层摆动件的作用下实现朝向任何方向的转动，使得两个机器人模块之间具有足够的自由度，各个机器人模块之间能够产生一定幅度的相对运动，能够适应较为复杂、崎岖路面的应用场景，不会对连接后的机器人模块的总体运动产生阻碍。

2.本发明的自重构模块化移动机器人前后连接机构，连接盘上设置有凹槽，公头杆端部的卡盘能够伸入凹槽中，利用第一开关门和第二开关门防止公头杆与受体对接机构分离，连接可靠性好，同时第一开关门和第二开关门上设置有第一卡槽和第二卡槽，第一卡槽和第二卡槽形成的开孔的直径大于公头杆的直径，允许公头杆在连接盘的凹槽内产生一定的转动，使机器人各个模块之间的连接更加灵活。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1主动对接机构整体结构示意图；

图2为本发明实施例1公头杆、第一支架、第二支架及十字轴装配示意图；

图3为本发明实施例1内层摆动件与对接驱动件连接示意图；

图4为本发明实施例1外层摆动件与对接驱动件连接示意图；

图5为本发明实施例1受体对接机构整体结构示意图；

图6为本发明实施例1受体对接机构整体剖面示意图；

图7为本发明实施例1受体驱动件、连接机构、第一开关门和第二开关门装配示意图；

图8为本发明实施例2机器人整体结构示意图；

其中，1.壳体，2.第一轴，3.第二轴，4.第一底板，5.第一侧板，6.第二底板，7.第二侧板，8.公头杆，9.内层摆动件，9-1.第一弧形杆，9-2.第二弧形杆，9-3.第一内层连接部，9-4.第二内层连接部，9-5.第一连接轴，9-6.第一滚针轴承，9-7.第一轴承端盖，9-8.第一角接触轴承，9-9.第二连接轴，9-10.第一锁紧螺母，9-11.第一电机，9-12.第一锥齿轮，9-13.第二锥齿轮，10.外层摆动件，10-1.第三弧形杆，10-2.第四弧形杆，10-3.第一外层连接部，10-4.第二外层连接部，10-5.第三连接轴，10-6.第二轴承端盖，10-7.第四连接轴，10-8.第二锁紧螺母，10-9.第二电机，10-10.第三锥齿轮，10-11.第四锥齿轮，11.基座，12.第三电机，13.连接盘，14.第一连杆，15.第二连杆，16.第一开关门，17.第二开关门，18.滑块，19.滑道，20.凹槽，21.卡盘，22.第一卡槽，23.第二卡槽，24.保护罩，25.机器人模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前的自重构机器人各个模块之间的连接装置没有足够的运动自由度，使得机器人无法适应复杂的应用场景，针对上述问题，本申请提出了一种自重构模块化移动机器人前后连接机构。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-7所示，一种自重构模块化移动机器人前后连接机构，包括用于分别安装在机器人模块前后两端的主动对接机构和受体对接机构，主动对接机构能够和受体对接机构连接，实现相邻机器人模块的连接。

所述主动对接机构包括壳体1，所述壳体为一端敞口且内部具有空腔的箱体结构，所述壳体能够与机器人模块的端面固定连接。

所述壳体的底面与第一支架固定连接，所述第一支架与十字轴连接。

所述十字轴包括垂直连接的第一轴2和第二轴3，所述第二轴的长度大于第一轴的长度。

所述第一支架包括与壳体固定连接的第一底板4及固定在第一底板两端的第一侧板5，所述第一轴设置在两个第一侧板之间且第一轴的两端与两个第一侧板转动连接。

所述第二轴的两端与第二支架转动连接，所述第二支架包括第二底板6及固定在第二底板两端的第二侧板7，第二轴的两端与两个第二侧板转动连接，两个第二侧板相对端面的距离大于第一侧板的宽度，使得第一侧板不妨碍第二支架的转动。

两个第一侧板和第二侧板之间的十字轴部分为方形轴，即第一轴在两个侧板之间的轴段为方形轴，第二轴在两个第二侧板之间的轴段为方形轴，方形轴的端部能够与第一侧板和第二侧板的内侧面接触，用于对十字轴进行限位固定。

所述第二底板与公头杆8的一端固定连接，公头杆的另一端依次穿过内层摆动件9和外层摆动件10。

所述内层摆动件包括平行设置的第一弧形杆9-1和第二弧形杆9-2，第一弧形杆和第二弧形杆之间的空间构成公头杆穿过的滑槽，所述第一弧形杆和第二弧形杆轴线所在圆周面与第一轴的轴线垂直设置。

所述第一弧形杆和第二弧形杆的两端分别固定在第一内层连接部9-3和第二内层连接部9-4上，第一内层连接部和第二内层连接部均为立方体块状结构，所述第一内层连接部固定有第一连接轴9-5，所述第一连接轴的一端通过第一滚针轴承9-6与壳体的壳壁转动连接，第一滚针轴承利用固定在壳壁上的第一轴承端盖9-7进行限位固定，第一连接轴的另一端与对接驱动件连接，所述第二内层连接部通过第一角接触轴承9-8与第二连接轴9-9转动连接，所述第二连接轴与壳体的壳壁螺纹固定连接，并旋紧有第一锁紧螺母9-10，第一锁紧螺母压紧在壳体的外侧面上，第一锁紧螺母用于对第二连接轴进行锁紧固定。

与第一连接轴连接的对接驱动件包括第一电机9-11，所述第一电机固定在壳体内部，所述第一电机的输出轴与第一锥齿轮9-12连接，第二锥齿轮与第二锥齿轮9-13相啮合，第二锥齿轮通过键与第一连接轴固定连接。

第一电机能够通过第一锥齿轮和第二锥齿轮带动内层摆动件的摆动。

所述外层摆动件包括平行设置的第三弧形杆10-1和第四弧形杆10-2，第三弧形杆和第四弧形杆之间的空间构成公头杆穿过的滑槽，所述第三弧形杆和第四弧形杆轴线所在的圆周面与第二轴的轴线垂直设置，即外层摆动件与内层摆动件相互垂直设置。

所述第三弧形杆和第四弧形杆的两端分别固定在第一外层连接部10-3和第二外层连接部10-4上，所述第一外层连接部上固定有第三连接轴10-5，所述第三连接轴一端通过第二滚针轴承与壳体的壳壁转动连接，第二滚针轴承利用固定在壳壁上的第二轴承端盖10-6进行限位固定，所述第三连接轴的另一端与对接驱动件连接。所述第二外层连接部通过第二角接触轴承与第四连接轴10-7转动连接，所述第四连接轴与壳体的壳壁螺纹固定连接，且第四连接轴上螺纹连接有第二锁紧螺母10-8，所述第二锁紧螺母压紧在壳体的外侧面上，对第四连接轴进行锁紧固定。

与第三连接轴连接的对接驱动件包括固定在壳体内部的第二电机10-9，所述第二电机输出轴与第三锥齿轮10-10连接，第三锥齿轮与第四锥齿轮10-11相啮合，第四锥齿轮通过键与第三连接轴固定连接。

第二电机能够通过第三锥齿轮和第四锥齿轮带动外层摆动件的转动。

在内层摆动件、外层摆动件和十字轴的作用下，公头杆端部能够向一个球面的任意位置移动，所以公头杆能够向任意方向转动。

所述受体对接机构包括基座11，所述基座内部具有空腔，基座内部的空腔内固定有受体驱动件，所述受体驱动件采用第三电机12，所述第三电机固定在基座的空腔内部，所述第三电机的输出轴通过键固定连接有连接盘13，连接盘所在圆周同一个直径线的两端分别与第一连杆14和第二连杆15的一端铰接，第一连杆的另一端与第一开关门16铰接，第二连杆的另一端与第二开关门17铰接，所述第一开关门和第二开关门的上下两端设置有T型的滑块18，所述基座上设有与所述T型滑块相匹配的滑道19，所述滑道位于基座的中部位置，所述滑块与滑道滑动连接，滑道能够对第一开关门和第二开关门的运动进行导向。

第三电机带动连接盘转动，在第一连杆和第二连杆的作用下，第一开关门和第二开关门能够做同步的相向或远离运动，从而实现第一开关门和第二开关门的闭合和分开。

所述连接盘的中心位置开设凹槽20，所述公头杆的端部设置有卡盘21，所述卡盘能够伸入凹槽的空间中，第一开关门和第二开关门关闭状态下，能够利用卡盘防止公头杆从凹槽的空间中脱离。

所述第一开关门和第二开关门相对的端面上分别开设有第一卡槽22和第二卡槽23，第一开关门和第二开关门完全关闭时，第一卡槽和第二卡槽能够形成开孔，所述开孔的直径略大于公头杆的直径，公头杆能够通过开孔伸入连接盘凹槽的内部。

设置第一卡槽和第二卡槽，能够实现第一开关门和第二开关门完全关闭状态下使公头杆的卡盘伸入凹槽内部，防止机器人模块在连接状态下外界灰尘进入连接盘凹槽内空间，对受体对接机构造成污染，延长了受体对接机构的使用寿命。

所述基座上还设置有两个保护罩24，两个保护罩相对于第一开关门和第二开关门完全关闭时的接触面对称分布，所述保护罩为U型结构，与基座的上下端面固定连接，所述保护罩与基座的前侧面之间留出空隙，用于第一开关门和第二开关门分开时通过。

实施例2：

本实施例公开了机器人，如图8所示，包括多个机器人模块25，所述机器人模块采用现有的自重构模块化移动机器人的机器人模块即可，其具体结构在此不进行详细叙述，所述机器人模块的前端中心部位安装有实施例1所述的主动对接机构，所述机器人模块的后端中心部位安装有实施例1所述的受体对接机构。

本实施例的机器人的前后连接机构，第三电机带动连接盘转动，连接盘通过第一连杆和第二连杆带动第一开关门和第二开关门打开，此时公头杆和卡盘伸入连接盘的凹槽中，第三电机带动连接盘反向转动，第一连杆和第二连杆带动第一开关门和第二开关门关闭，在卡盘的作用下，公头杆无法与受体对接机构分离，完成了相邻机器人模块的对接。

由于在内层摆动件、外层摆动件和十字轴的作用下，公头杆端部能够向一个球面内的任意位置移动，所以公头杆能够向任意方向转动，因此相邻两个机器人模块可以产生一定幅度的相对运动，可以更好的适应不同的、复杂的、崎岖的路面实际使用状况，由于第一卡槽和第二卡槽形成的开孔的直径大于公头杆的直径，公头杆可以在凹槽内转动，增加了相邻两个机器人模块的灵活性。

本实施例的连接机构，结构紧凑、占用体积小，符合自重构机器人小巧的需求，相邻两个机器人模块能够产生一定的相对运动，适应更加复杂的场景，大大降低了连接机构出现损坏的可能性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，包括：

主动对接机构：包括由第一轴和第二轴构成的十字轴，第一轴两端与固定设置的壳体内的第一支架转动连接，第二轴的两端与第二支架转动连接，第二支架与公头杆固定连接，公头杆通过内层摆动件和外层摆动件设置的滑槽依次穿过内层摆动件和外层摆动件，在内层摆动件、外层摆动件和十字轴的作用下，公头杆端部能够向一个球面的任意位置移动，内层摆动件及外层摆动件垂直设置且两端与壳体转动连接，内层摆动件和外层摆动件均与对接驱动件连接，对接驱动件能够驱动内层摆动件和外层摆动件的摆动，进而带动公头杆运动；

受体对接机构：包括安装在基座内部的受体驱动件，所述受体驱动件与连接机构连接，连接机构与第一开关门和第二开关门连接，受体驱动件能够通过连接机构驱动第一开关门和第二开关门的关紧和分开，第一开关门和第二开关门的关紧和松开能够实现对公头杆卡紧和松开状态的切换；

所述连接机构包括连接盘，所述连接盘上设置有凹槽，所述公头杆的端部设置有卡盘，所述卡盘能够伸入凹槽的空间中，防止公头杆与受体对接机构脱离；

所述基座上还设置有两个保护罩，两个保护罩相对于第一开关门和第二开关门完全关闭时的接触面对称分布，所述保护罩为U型结构，与基座的上下端面固定连接。

2.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，所述内层摆动件包括平行设置的第一弧形杆和第二弧形杆，第一弧形杆和第二弧形杆之间的空间构成内层摆动件的滑槽，第一弧形杆和第二弧形杆两端均与内层连接部固定连接，所述内层连接部与壳体转动连接。

3.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，所述外层摆动件包括平行设置的第三弧形杆和第四弧形杆，第三弧形杆和第四弧形杆之间的空间构成外层摆动件的滑槽，第三弧形杆和第四弧形杆两端均与外层连接部固定连接，所述外层连接部与壳体转动连接。

4.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，与内层摆动件连接的对接驱动件包括第一驱动电机，所述第一驱动电机通过锥齿轮传动机构与内层摆动件连接，第一驱动电机固定在壳体内部。

5.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，与外层摆动件连接的对接驱动件 包括第二驱动电机，所述第二驱动电机通过锥齿轮传动机构与外层摆动件连接，第二驱动电机固定在壳体内部。

6.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，所述连接盘与受体驱动件连接，受体驱动件能够驱动连接盘的转动，所述连接盘同一条直径线的两个端部分别与第一连杆和第二连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与第一开关门铰接，第二连杆的另一端与第二开关门铰接，连接盘的转动能够通过第一连杆和第二连杆带动第一开关门和第二开关门做同步的相向或远离运动。

7.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，所述第一开关门和第二开关门上分别开设有与公头杆相匹配的第一卡槽和第二卡槽，第一卡槽和第二卡槽构成用于公头杆穿过第一开关门和第二开关门的开孔，开孔的直径大于公头杆的直径。

8.如权利要求1所述的一种自重构模块化机器人前后连接机构，其特征在于，所述第一开关门和第二开关门上设置有滑块，所述滑块与基座设置的滑道滑动连接，用于对第一开关门和第二开门的运动进行导向。

9.一种机器人，其特征在于，包括多个机器人模块，机器人模块的前后两端分别安装有权利要求1-8任一项所述的主动对接机构和受体对接机构，相邻机器人模块通过主动对接机构和受体对接机构进行连接。

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