CN208117847U - 一种模块化结构的机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了种模块化结构的机器人，该机器人包括控制器和机器人，所述机器人包括基座、末端执行模块以及两者之间交替连接的中空关节模块和连接模块，通过调整中空关节模块和连接模块改变机器人的自由度和输出力矩，控制器通过连接线依次与中空关节模块和末端执行模块串联连接，所述连接模块内部中空，所述连接线贯穿中空关节模块和连接模块。本实用新型通过使用内部中空的中空关节模块和连接模块，连接线直接贯穿中空关节模块和连接模块，提高了机器人运动的灵活性，根据不同的应用场景切换末端执行模块，提高了机器人的适应性和增加机器人的功能，满足用户对机器人多功能的要求，可广泛应用于机器人领域。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种模块化结构的机器人及其控制方法。
背景技术
随着工业自动化的发展，机器人的使用越来越广泛。面对越来越多的应用要求，机器人的发展也呈现多样化。例如，目前已经有用于工厂的装配机器人，金属焊接机器人，也有用于与工人进行人机合作的协作机器人。这种发展呈现出的趋势是机器人呈现特种化，根据不同的需求设计制造不同的机器人，以最大化自动化的效果。而与特种机器人相对应的模块化机器人，特点是它们没有唯一的自由度，可以根据用户需要增加换删除模块，以扩大机器人的使用灵活度。
专利CN102101290A中提供的模块化重构机器人是一种较为简单的模块化机器人，可将模块化运用于机器人本身结构中，但其结构比较单一，连接方式存有缺陷，不能最大化机器人关节的运动角度，及机器人的关节不能进行360°运动，限制了机器人的灵活性。另外该模块化机器人运用的是Can协议，且末端执行器只能固定一个两臂爪子，限定了机器人的功能，无法满足机器人多功能的要求。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种模块化结构的机器人。
本实用新型所采用的技术方案是：一种模块化结构的机器人，包括控制器和机器人，所述机器人包括基座、末端执行模块以及两者之间交替连接的中空关节模块和连接模块，通过调整中空关节模块和连接模块改变机器人的自由度和输出力矩，控制器通过连接线依次与中空关节模块和末端执行模块串联连接，所述连接模块内部中空，所述连接线贯穿中空关节模块和连接模块。
进一步，所述末端执行模块包括若干个末端执行器。
进一步，所述末端执行器具有多种不同功能的执行器。
进一步，所述中空关节模块包括至少两个中空关节。
进一步，所述中空关节包括多种型号的中空关节，且每种型号的中空关节具有不同的扭矩功率。
进一步，所述连接模块包括若干个直线连接杆和/或若干个转角连接杆。
进一步，所述直线连接杆包括多种型号的直线连接杆，所述转角连接杆包括多种型号的转角连接杆。
进一步，各所述中空关节包括输出端编码器、中空谐波减速器、中空力矩电机、输入端光栅编码器和驱动器，所述驱动器分别与输出端编码器、输入端光栅编码器和中空力矩电机连接，所述中空谐波减速器分别与输出端编码器与中空力矩电机连接，所述中空力矩电机与输入端光栅编码器连接，所述驱动器可拆卸的固定在中空关节的外壳上。
进一步，各所述中空关节还包括失电制动器，所述失电制动器与中空力矩电机连接。
进一步，所述中空关节模块和连接模块之间采用径向连接方式进行连接。
本实用新型的有益效果是：一种模块化结构的机器人，包括控制器和机器人，所述机器人包括基座、末端执行模块以及两者之间交替连接的中空关节模块和连接模块，通过调整中空关节模块和连接模块改变机器人的自由度和输出力矩，控制器通过连接线依次与中空关节模块和末端执行模块串联连接，所述连接模块内部中空，所述连接线贯穿中空关节模块和连接模块。通过使用内部中空的中空关节模块和连接模块，连接线直接贯穿中空关节模块和连接模块，提高了机器人运动的灵活性，根据不同的应用场景切换末端执行模块，提高了机器人的适应性和增加机器人的功能，满足用户对机器人多功能的要求。
附图说明
图1是本实用新型一种模块化结构的机器人的结构示意图；
图2是中空关节的内部结构示意图；
图3是长的20A&25A直线连接杆的结构示意图；
图4是短的20A&25A直线连接杆的结构示意图；
图5是短的17A&20A直线连接杆的结构示意图；
图6是长的14A&17A直线连接杆的结构示意图；
图7是短的14A&17A直线连接杆的结构示意图；
图8是14A&17A转角连接杆的结构示意图；
图9是17A&20A转角连接杆的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，一种模块化结构的机器人，包括控制器和机器人，所述机器人包括基座、末端执行模块以及两者之间交替连接的中空关节模块和连接模块，通过调整中空关节模块和连接模块改变机器人的自由度和输出力矩，控制器通过连接线依次与中空关节模块和末端执行模块串联连接，所述连接模块内部中空，所述连接线贯穿中空关节模块和连接模块。
上述机器人工作原理为：用户根据应用场景的需要，调整中空关节模块、连接模块和末端执行模块，从而得到用户所需的自由度和输出力矩的机器人，控制器通过采用串联式EtherCAT通讯方法分别与中空关节模块和末端执行模块连接，从而控制机器人的运动。因为机器人使用内部中空的中空关节模块和连接模块，连接线直接贯穿中空关节模块和连接模块，从而使中空关节模块的旋转角增加至360°，提高了机器人的灵活性，同时这种走线方法极大降低由于机器人运动范围过大而对电线造成的损耗，延长机器人寿命。控制器采用串联式方式与中空关节模块和末端执行模块连接，避免使用并联连接产生过多的连接线。通过使用可切换的末端执行模块，根据不同的应用场景进行切换不同的末端执行模块，从而增加机器人的功能，满足人们对机器人多功能的要求。
进一步作为优选的实施方式，所述末端执行模块包括若干个末端执行器。
进一步作为优选的实施方式，所述末端执行器具有多种不同功能的执行器。
当末端执行模块包括两个或两个以上的末端执行器时，末端执行器采用串联的方式连接至连接线。在本实施例中，包括两个末端执行器，一个是自适应抓手，另一个是摄像机，自适应抓手和摄像机串联至连接线，摄像机将采集到的拍摄信息通过连接线传输至控制器，控制器将控制信号通过连接线传输给自适应抓手，从而控制自适应抓手的运动状态。
进一步作为优选的实施方式，所述中空关节模块包括至少两个中空关节。
进一步作为优选的实施方式，所述中空关节包括多种型号的中空关节，且每种型号的中空关节具有不同的扭矩功率。
所述各中空关节具有两个连接口，一个固定接口，一个运动接口。根据中空关节所能提供的扭矩功率将中空关节区分成不同的型号，型号分别有：14A、17A、20A、25A等，不同型号的中空关节的连接口尺寸不一样。一个机器人可以包括若干个中空关节，机器人根据应用环境选择不同的自由度和输出力矩，从而选择不同的中空关节。
进一步作为优选的实施方式，所述连接模块包括若干个直线连接杆和/或若干个转角连接杆。
进一步作为优选的实施方式，所述直线连接杆包括多种型号的直线连接杆，所述转角连接杆包括多种型号的转角连接杆。
所述直线连接杆和转角连接杆都具有两个连接口，所述直线连接杆的两连接口的轴向相同，所述转角连接杆的两连接口的轴向相互垂直。根据连接杆的两连接口区分连接杆的型号，如果某连接杆的两连接口分别与20A型号的中空关节连接，则该连接杆的型号为20A&20A；如果某连接杆的一连接口与25A型号的中空关节连接，另一接口与20A型号的中空关节连接，则该连接杆的型号为20A&25A。每种型号的直线连接杆根据长度的长短区分长直线连接杆和短直线连接杆，在每种型号下设定的以第一长度设定为长，以第二长度设定为短。如图3所示，为长的20A&25A直线连接杆；如图4所示，为短的20A&25A直线连接杆，如图5所示，为短的17A&20A直线连接杆；如图6所示，为长的14A&17A直线连接杆；如图7所示，为短的14A&17A直线连接杆；如图8所示，为14A&17A转角连接杆；如图9所示，为17A&20A转角连接杆。在选好中空关节后，选择直线连接杆和/或转角连接杆与中空关节进行组合，从而搭建我们想要的机器人。通过组合不同型号的中空关节和连接杆可以搭建丰富种类的机器人，可以满足多种应用场景，提高了机器人的适应性。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，各所述中空关节包括输出端编码器13、中空谐波减速器16、中空力矩电机14、输入端光栅编码器15和驱动器18，所述驱动器18分别与输出端编码器13、输入端光栅编码器15和中空力矩电机14连接，所述中空谐波减速器16分别与输出端编码器13与中空力矩电机14连接，所述中空力矩电机14与输入端光栅编码器15连接，所述驱动器18可拆卸的固定在中空关节的外壳上；
所述输出端编码器13设置在中空关节的运动接口附近，且中部留有用于走线的空间，所述中空谐波减速器16设置在输出端编码器13的内侧，且中部留有用于走线的空间，所述中空力矩电机14设置在中空谐波减速器16的内侧，且中部留有用于走线的空间，所述输入端光栅编码器15设置在中空力矩电机14的内侧，且中部留有用于走线的空间，所述驱动器18设置在输入端光栅编码器15且与中空关节的壳体连接。
所述输出端编码器13用于实时检测中空谐波减速器16输出端的速度；所述中空谐波减速器16用于降低中空力矩电机14的转速，从而提高输出力矩；所述中空力矩电机14用于向中空谐波减速器16提供动力；所述输入端光栅编码器15用于实时检测中空力矩电机14的转速；所述驱动器18用于控制和检测输出端编码器13、中空力矩电机14和输入端光栅编码器15的工作状态，并将从各部件接收到的数据反馈回给控制器。
所述中空谐波减速器16包括刚轮和柔轮，所述刚轮与中空关节的壳体固定连接。所述柔轮与中空力矩电机14连接，所述柔轮用于降低中空力矩电机14的转速，从而提高输出力矩。所述中空力矩电机14给柔轮提供动力。因为驱动器18可以拆卸，方便对对驱动器18进行线连接。当需要安装某中空关节时，可以拆卸下驱动器18进行线安装，提高了用户的操作体验。
进一步作为优选的实施方式，各所述中空关节还包括失电制动器17，所述失电制动器17与中空力矩电机14连接；所述失电制动器17被中空力矩电机14包裹在内部，且失电制动器17的中部留有用于走线的空间。所述失电制动器17用于失电制动。
进一步作为优选的实施方式，所述中空关节模块和连接模块之间采用径向连接方式进行连接。
采用径向连接方式进行连接，方便对中空关节模块和连接模块的组装和拆卸。由于每一个中空关节都有驱动器，每个驱动器都有线连接口，因此需要更换机器人某些部件时，只需拆卸某部件即可，无需整机拆卸。
参照图1，详细描述一种类型的模块化结构的机器人，包括基座1，基座1与第一25A中空关节2的固定接口连接，所述第一25A中空关节2的运动接口与第二25A中空关节3的固定接口连接，所述第二25A中空关节3的运动接口与20A&25A直线连接杆4的一接口连接，所述20A&25A直线连接杆4的另一接口与20A中空关节5的固定接口连接，所述20A中空关节5的运动接口与17A&20A转角连接杆6的一接口连接，所述17A&20A转角连接杆6的另一接口通过一17A&17A直线连接杆7与第一17A中空关节8的固定接口连接，所述第一17A中空关节8的运动接口与第二17A中空关节9的固定接口连接，所述第二17A中空关节9的运动接口与14A&17A直线连接杆10的一接口连接，所述14A&17A直线连接杆10的另一接口与第一14A中空关节11的固定接口连接，所述第一14A中空关节11的运动接口与第二14A中空关节12的固定接口连接，所述第二14A中空关节12的运动接口与末端执行模块连接；
所述控制器通过连接线连接至第一25A中空关节2的驱动器，第一25A中空关节2的驱动器通过连接线连接至第二25A中空关节3的驱动器，各中空关节的驱动器依次连接，最后第二14A中空关节12的驱动器通过连接线连接至末端执行模块。
上述机器人包括了7个中空关节，每个中空关节都可以进行360°选择，也即该机器人具有7个自由度，最终该机器人的输出力矩为14A。用户可根据具体的使用场景可以搭建不同自由度的机器人和不同输出力矩的机器人，该机器人具有良好的适应性，而且机器人搭建方便，有利于用户的操作。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种模块化结构的机器人，其特征在于，包括控制器和机器人，所述机器人包括基座、末端执行模块以及两者之间交替连接的中空关节模块和连接模块，通过调整中空关节模块和连接模块改变机器人的自由度和输出力矩，控制器通过连接线依次与中空关节模块和末端执行模块串联连接，所述连接模块内部中空，所述连接线贯穿中空关节模块和连接模块。
2.根据权利要求1所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述末端执行模块包括若干个末端执行器。
3.根据权利要求2所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述末端执行器具有多种不同功能的执行器。
4.根据权利要求1所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述中空关节模块包括至少两个中空关节。
5.根据权利要求4所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述中空关节包括多种型号的中空关节，且每种型号的中空关节具有不同的扭矩功率。
6.根据权利要求1所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述连接模块包括若干个直线连接杆和/或若干个转角连接杆。
7.根据权利要求6所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述直线连接杆包括多种型号的直线连接杆，所述转角连接杆包括多种型号的转角连接杆。
8.根据权利要求4所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，各所述中空关节包括输出端编码器、中空谐波减速器、中空力矩电机、输入端光栅编码器和驱动器，所述驱动器分别与输出端编码器、输入端光栅编码器和中空力矩电机连接，所述中空谐波减速器分别与输出端编码器与中空力矩电机连接，所述中空力矩电机与输入端光栅编码器连接，所述驱动器可拆卸的固定在中空关节的外壳上。
9.根据权利要求8所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，各所述中空关节还包括失电制动器，所述失电制动器与中空力矩电机连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种模块化结构的机器人，其特征在于，所述中空关节模块和连接模块之间采用径向连接方式进行连接。
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| CN201820123308.9U CN208117847U (zh) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | 一种模块化结构的机器人 |
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| WO2021027245A1 (zh) * | 2019-08-09 | 2021-02-18 | 山东中衡光电科技有限公司 | 一种复杂面零件的多机器人加工装备 |
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2018
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