CN211967573U - 一种模块化蛇形机器人连接关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化蛇形机器人连接关节，涉及仿生机器人技术领域。本实用新型包括壳体、关节接插电路、舵机、CAN通信接口、关节控制电路、模拟通信接口、关节安装机械接口、指示灯、电池仓；壳体内与舵机电性相连的关节控制电路以及与关节控制电路插接电性相连的关节接插电路构成的关节内部电路；相邻两连接关节之间通过舵盘经舵机转轴连接的机械接口交错安装。本实用新型从产品化角度出发，综合考虑功能、性能、成本、安装和外观设计，具有设计上的标准化和通用化，外观美观、设计简单、走线巧妙的优点。

Description

一种模块化蛇形机器人连接关节

技术领域

本实用新型属于仿生机器人技术领域，特别是涉及一种模块化蛇形机器人连接关节。

背景技术

本实用新型属于蛇类机器人的一项设计，目前可参考的现有技术如下：

国际研究机构：德国国家信息技术研究中心研制的GMD-snake搭载压力传感器、摄像传感器等；密西根大学的OmniTead OT系列，采用气动多自由度关节；卡内基梅隆大学的Uncle Sam，模块化机器人；挪威科技大学的Anna Konda，用于救火。

国内主要研究：沈阳自动化研究所研制的巡视者系列机器人；上海交大研制的适用于爬行的CSR机器人；国防科技大学的NUDT SR机器人和北京信息科技大学研发的“中国龙”。产品化蛇形机械臂：OC robotics公司的蛇形机械臂，Festo仿生机器人BionicMotionRobot和新松公司的蛇形机械臂。

上述各类蛇形机器人的设计、外观形态各有不同，均差异较大；

上述各蛇形机器人中，有的设计，未考虑实用性，设计复杂，不便于拆装，可复制性差；有的设计，未考虑经济效益，定制化程度高，零部件昂贵；有的设计，外观不美观，产品化程度低；因此针对以上问题，提供一种模块化蛇形机器人连接关节具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的一种模块化蛇形机器人连接关节，从产品化角度出发，综合考虑功能、性能、成本、安装和外观设计，具有设计上的标准化和通用化，外观的美观、结构设计简单、走线巧妙的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种模块化蛇形机器人连接关节，包括圆筒型的壳体、安装于壳体内的关节接插电路、安装于壳体内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘和轴承的舵机、连接于关节接插电路与舵机之间用于传导关节控制信号实现舵机连接控制通信、插接于关节接插电路上并与舵机电性相连的关节控制电路、设置于关节接插电路上用于可传输视图数据的模拟通信接口、设置于连接关节底端“凵”型连接基座上的关节安装机械接口、安装于关节接插电路上的指示灯；

所述壳体内与舵机电性相连的关节控制电路以及与关节控制电路插接电性相连的关节接插电路构成关节的内部电路；相邻两连接关节之间通过舵盘经舵机转轴连接的机械接口交错安装。

进一步地，相邻两所述连接关节之间呈相互90°交错串联设置，所述连接关节之间最大转角为180°。

进一步地，所述关节接插电路上设置有铜制定制插针，所述关节控制电路上设置有与铜制定制插针相对且插接配合的铜制插针筒。

进一步地，相邻两所述连接关节电路之间通过“凵”型连接基座的转轴孔以及壳体内走线槽实现插接相连。

进一步地，每一节所述连接关节采用经供电线相连进行外部供电或由电池进行独立供电。

本实用新型相对于现有技术具有的有益效果：

1、本产品设计上的标准化和通用化：该关节设计在保证功能基础上，强调通用化和标准化；该关节的通用性体现在：(1)、除蛇头、蛇尾两个关节，其它蛇形机器人关节均可相互替换；(2)、可以随意增加、减少该关节数量，通过对不同关节数量的机器蛇进行设置适配，可以实现对不同关节数量的机器蛇的控制；(3)、任意两个该关节可以随意调换使用，不影响机器人的功能；

2、外观的美观性：该关节在设计上参考生物蛇体的特点“圆形”，为提高设计外观的美观性，设计中强调在蛇体为拉直状态，所安装的所有关节均处于同一圆形轮廓内，且是一个标准圆，有非常完美的对称美。除美观考虑，圆形的外轮廓有利于机器人运动，机器人可以以任意姿态完成运动，不受结构形状限制，同时圆滑表面有利于适应各种复杂地形；

3、简单的结构设计：该连接关节所有部件仅为：舵机、舵盘、轴承、电路板组(2块)、通信/供电线、安装螺栓和结构体。设计上极为简单，有效控制BOM成本；

4、巧妙的走线：蛇形机器人由多个具有相对运动关系的关节模块串联而成，给每个关节的供电线、控制线、信号线的布线带来非常大的难度，而紧凑的结构，使得关节内走线空间非常紧张，同时还要考虑信号衰减等问题。针对上述问题，(1)、本设计采用并联控制的舵机，可以缩减舵机控制线的规格；(2)、采用转轴轴孔内部走线，布线贴合在转动的零件上的方式；这种布线方式，使线缆和运动件间不会发生相对运动，而造成线路缠绕或影响关节运动；

5、供电设计：关节设计考虑外部供电和独立供电两种方式，即可通过外部直流电源给机器人供电，从而驱动每个关节运动，也可在关节上安装电池，单独为每个关节供电。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种模块化蛇形机器人连接关节的单个连接关节的结构示意图；

图2为图1的结构右视图；

图3为相邻两连接关节的连接后的结构示意图；

图4为图3的结构右视图；

图5为图4的内部结构示意图；

图6为关节控制电路与关节接插电路的插接结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-壳体，2-舵盘，3-关节控制电路，4-轴承，6-指示灯，7-关节接插电路，71-铜制定制插针，8-通信接口，9-关节安装机械接口，11-电池仓，12- 舵机，13-转轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“顶部”、“外两侧”、“底端”、“内部”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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实用新型的限制。

请参阅图1-6所示，本实用新型的一种模块化蛇形机器人连接关节，包括圆筒型的壳体1、安装于壳体1内的关节接插电路7、安装于壳体1内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘2和轴承4的舵机12、插接于关节接插电路7上并与舵机12电性相连的关节控制电路3、设置于关节接插电路7上用于传输的通信接口8、设置于连接关节底端“凵”型连接基座上的关节安装机械接口9、安装于关节接插电路7上的指示灯6、用于后代产品预设于壳体 1内用于放置电池进行独立供电的电池仓11；

壳体1内与舵机12电性相连的关节控制电路3以及与关节控制电路3 插接电性相连的关节接插电路7构成每一连接关节的内部电路；相邻两连接关节之间通过舵盘经舵机转轴连接的机械接口交错安装。

其中，相邻两连接关节之间呈相互90°交错串联设置，连接关节之间最大转角为180°。

如图6所示，其中，关节接插电路7上设置有铜制定制插针71，关节控制电路3上设置有与铜制定制插针71相对且插接配合的铜制插针筒31。

其中，相邻两连接关节电路之间通过“凵”型连接基座的转轴孔B以及壳体1内走线槽A实现插接相连。

其中，每一节连接关节采用经供电线串接的外部供电或由关节电池进行独立供电。

如图5所示，通用关节示意图及组成；

机械装配说明:关节间相互90°交错串联安装，由螺栓安装紧固，转轴一侧由舵机及舵盘带动零件转动，另一侧的安装轴承，起到转动运动支撑；驱动动力：舵机为驱动动力，带动舵盘，舵盘通过螺栓安装在结构件上，从而带动相关关节运动；电路安装：主控电路为舵机一侧电路组，通过线缆，沿舵机后侧走线槽，由转轴中心孔布置走出，连接上一关节接插电路。从而实现关节线路的联通。

本实用新型相对于现有技术具有的有益效果：

1、本产品设计上的标准化和通用化：该关节设计在保证功能基础上，强调通用化和标准化；该关节的通用性体现在：(1)、除蛇头、蛇尾两个关节，其它蛇形机器人关节均可相互替换；(2)、可以随意增加、减少该关节数量，通过对不同关节数量的机器蛇进行设置适配，可以实现对不同关节数量的机器蛇的控制；(3)、任意两个该关节可以随意调换使用，不影响机器人的功能；

2、外观的美观性：该关节在设计上参考生物蛇体的特点“圆形”，为提高设计外观的美观性，设计中强调在蛇体为拉直状态，所安装的所有关节均处于同一圆形轮廓内，且是一个标准圆，有非常完美的对称美。除美观考虑，圆形的外轮廓有利于机器人运动，机器人可以以任意姿态完成运动，不受结构形状限制，同时圆滑表面有利于适应各种复杂地形；

3、简单的结构设计：该连接关节所有部件仅为：舵机、舵盘、轴承、电路板组(2块)、通信/供电线、安装螺栓和结构体。设计上极为简单，有效控制BOM成本；

4、巧妙的走线：蛇形机器人由多个具有相对运动关系的关节模块串联而成，给每个关节的供电线、控制线、信号线的布线带来非常大的难度，而紧凑的结构，使得关节内走线空间非常紧张，同时还要考虑信号衰减等问题。针对上述问题，(1)、本设计采用并联控制的舵机，可以缩减舵机控制线的规格；(2)、采用转轴轴孔内部走线，布线贴合在转动的零件上的方式；这种布线方式，使线缆和运动件间不会发生相对运动，而造成线路缠绕或影响关节运动；

5、供电设计：关节设计考虑外部供电和独立供电两种方式，即可通过外部直流电源给机器人供电，从而驱动每个关节运动，也可在关节上安装电池，单独为每个关节供电。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种模块化蛇形机器人连接关节，其特征在于：

包括圆筒型的壳体(1)、安装于壳体(1)内的关节接插电路(7)、安装于壳体(1)内顶部且外两侧分别对称伸出设置有舵盘(2)和轴承(4)的舵机(12)、连接于关节接插电路(7)与舵机(12)之间用于传导关节控制信号实现舵机(12)连接控制通信、插接于关节接插电路(7)上并与舵机(12)电性相连的关节控制电路(3)、设置于关节接插电路(7)上用于传输信号的通信接口(8)、设置于连接关节底端“凵”型连接基座上的关节安装机械接口(9)、安装于关节接插电路(7)上的指示灯(6)；

所述壳体(1)内与舵机(12)电性相连的关节控制电路(3)以及与关节控制电路(3)插接电性相连的关节接插电路(7)构成每一连接关节的内部电路；相邻两连接关节之间通过舵盘经舵机转轴连接的机械接口交错安装。

2.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机器人连接关节，其特征在于，相邻两所述连接关节之间呈相互90°交错串联设置，所述连接关节之间最大转角为180°。

3.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机器人连接关节，其特征在于，所述关节接插电路(7)上设置有铜制定制插针(71)，所述关节控制电路(3)上设置有与铜制定制插针(71)相对且插接配合的铜制插针筒(31)。

4.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机器人连接关节，其特征在于，相邻两所述连接关节电路之间通过插于“凵”型连接基座的转轴孔(B)以及壳体(1)内走线槽(A)上的导线相连。

5.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机器人连接关节，其特征在于，每一节所述连接关节采用经供电线相连进行外部供电或由电池进行独立供电。

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