一种可重构的模块化机器人单元结构制造技术

本发明专利技术提供了一种可重构的模块化机器人单元结构，包括：机器人机身本体，所述机器人机身本体上设置有直线伸缩关节，所述直线伸缩关节连接旋转关节，所述旋转关节末端连接对接装置；所述机器人机身本体为多棱柱框架，多棱柱框架的内壁设有丝杆电机，在多棱柱框架的外壁连接有至少三条臂，且所述臂呈正多角形分布，每条臂由直线伸缩关节、旋转关节和对接装置构成。本发明专利技术的伸缩关节加大了对接装置的活动范围，提升了模块机器人的实用价值；所述单元结构简洁、合理，控制方便、可靠，运动精度及可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人
，具体地，涉及一种可重构的模块化机器人单元结构。
技术介绍
随着社会的进步和科学技术的发展，机器人的应用越来越广泛，机器人的研究越来越受到国内外学者的重视。机器人有许多种类，但在一般情况下，各种机器人限于其结构设计等因素，只能完成某种特定的任务。模块化机器人的提出是基于机器人通过改变本身的结构来适应不同的工作环境和工作任务的理念，为了达到这个目的，模块化机器人由若干相同的模块构成，模块与模块之间通过对接机构连接。通过改变各个模块之间的连接关系达到改变机器人构型的目的。为实现空间太阳能电站的维护，提出了用模块化的机器人搭载太阳能电站。每一个模块机器人搭载了一块太阳能电池板，通过大量拥有相同结构的模块机器人的对接组合，从而得到一大块的空间太阳能电池板的阵列。其中每一个模块机器人是一个独立的逻辑与运动单元，能自主的感知并判断自身及环境的工作情况，模块与模块之间能实现互相通信，凭借彼此的协同工作可以完成模块间的重构、替换，以适应当前工作的要求。经对现有技术的文献检索发现，目前国外研究模块化机器人的研究小组主要集中在美日两国，典型的有日本东京技术研究所SatoshiMurata等人在《A3-Dself-reconfigurablestructure》中设计的M-TRAN系列自重构机器人模块和美国南加州大学Wei-MinShen等人在《MultimodelocomotionviaSuperBotreconfigurablerobots》中提出的Superbot自重构机器人。国内上海交通大学费燕琼在《混合型自重构机器人的结构设计及运动描述》提出了双柱型自重构模块化机器人。这类机器人结构紧凑，但是由于对接装置和机器人模块本体为一体式，对接装置没有自主运动能力，这样导致其运动范围有限，重构时间长，并且在实际应用过程中存在运动干涉、控制复杂等问题。同时，付庄等人在专利《用于自重构模块机器人的基于销-轴楔合的对接机构》(CN200910308439.X)中设计了一种可用于可重构模块化机器人的高强度对接装置，但是缺乏一种可使对接装置自主运动的模块化机器人单元结构作为其载体，难以应用到现有的模块化机器人中。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种可重构的模块化机器人单元结构，其设计简洁、合理，机械运动零部件少，可靠性高，对接装置活动范围大，能够帮助模块化机器人快速准确地实现自重构。为实现以上目的，本专利技术提供一种可重构的模块化机器人单元结构，包括：机器人机身本体，所述机器人机身本体上设置有直线伸缩关节，所述直线伸缩关节连接旋转关节，所述旋转关节末端连接对接装置；所述机器人机身本体为多棱柱框架，多棱柱框架的内壁设有丝杆电机，在多棱柱框架的外壁连接有至少三条臂，且所述臂呈正多角形分布，每条臂由直线伸缩关节、旋转关节和对接装置构成；所述直线伸缩关节包括连接件、导轨、滑块、导轨支承件、T型螺母、光电开关支架、光电开关挡板和光电开关，其中：导轨支承件一边连接在多棱柱框架的外壁上、另一边支承导轨，滑块套在导轨上；连接件为U型或四边形框架，连接件的底面固定连接在滑块上，连接件的一侧面与旋转关节的舵机连接、另一侧面与T型螺母连接，T型螺母套在丝杆电机的丝杆上，丝杆电机转动丝杆带动T型螺母和连接件做直线运动；光电开关支架一边固定于多棱柱框架的外壁上、另一边上安装光电开关，光电开关挡板设置在连接件上并随连接件做直线运动；所述旋转关节包括扁平U型连接件和舵机，其中：舵机与扁平U型连接件连接，扁平U型连接件与U型连接件连接；所述对接装置与旋转关节中的舵机连接；直线伸缩关节在丝杆电机的带动下沿导轨方向做直线往返运动，旋转关节在舵机的驱动下实现旋转运动并带动对接装置沿舵机的输出轴转动。优选地，所述丝杆电机外露丝杆的长度等于T型螺母的长度与T型螺母直线运动行程之和。优选地，所述连接件的运动受到导轨与滑块的限制，只能进行直线往复运动。优选地，所述连接件的两侧面间的距离大于T型螺母直线运动的行程。优选地，所述导轨支承件为T型或L型，导轨支承件短边连接在多棱柱框架的外壁上，导轨连接在导轨支承件的长边上。优选地，所述导轨支承件的长边靠近多棱柱框架的部分比其他部分宽，从而保证支承件的强度与刚度；远离多棱柱框架的部分比其他部分窄，从而保证不会对光电开关挡板的运动产生干涉。优选地，所述光电开关支架为T型或L型，光电开关支架的短边固定于多棱柱框架的外壁上、长边上安装光电开关，所述光电开关的安装距离等于T型螺母直线运动的行程。优选地，所述光电开关挡板安装位置以满足能够顺利通过两个光电开关，并在T型螺母处于直线运动的两个极限位置时，光电开关挡板刚好能够挡住光电开关的光信号通路，光信号的通断反馈给控制电路，控制电路对丝杆电机断电，从而保证滑块及连接件的直线运动不会超出导轨的范围。优选地，所述光电开关挡板移动平面位于光电开关信号发射点与接收点之间。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过增加伸缩自由度使对接装置能够有更大的运动空间，从而避免了机器人在进行重构时模块单元与模块单元之间产生运动干涉。由于采用丝杆电机来驱动直线运动，简化了机械结构，有效降低了直线伸缩运动的复杂性，同时有导轨和滑块的约束，提高了直线伸缩运动的精度，增强了其负载能力。进一步的，光电开关保证了直线伸缩运动的行程，增加了运动的可靠性。因此本模块化机器人单元结构用简单的机械结构赋予了对接装置较强的运动能力。此外，本专利技术采用的连接件及支承件结构简单，组合方便，对机器人的维护十分有利，同时降低了成本。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例的三维示意图；图2为本专利技术一实施例的俯视图；图3为本专利技术另一实施例的结构示意图；图中：六棱柱框架1、丝杆步进电机2、驱动器3、T型螺母4、U型连接件5、导轨6、滑块7、L型支承件8、L型支架9、光电开关10、光电开关挡板11、扁平U型连接件12、舵机13、法兰盘14、对接装置15。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，为该专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构的模块化机器人单元结构，其特征在于，包括：机器人机身本体，所述机器人机身本体上设置有直线伸缩关节，所述直线伸缩关节连接旋转关节，所述旋转关节末端连接对接装置；所述机器人机身本体为多棱柱框架，多棱柱框架的内壁设有丝杆电机，在多棱柱框架的外壁连接有至少三条臂，且所述臂呈正多角形分布，每条臂由直线伸缩关节、旋转关节和对接装置构成；所述直线伸缩关节包括连接件、导轨、滑块、导轨支承件、T型螺母、光电开关支架、光电开关挡板和光电开关，其中：导轨支承件一边连接在多棱柱框架的外壁上、另一边支承导轨，滑块套在导轨上；连接件为U型或四边形框架，连接件的底面固定连接在滑块上，连接件的一侧面与旋转关节的舵机连接、另一侧面与T型螺母连接，T型螺母套在丝杆电机的丝杆上，丝杆电机转动丝杆带动T型螺母和连接件做直线运动；光电开关支架一边固定于多棱柱框架的外壁上、另一边上安装光电开关，光电开关挡板设置在连接件上并随连接件做直线运动；所述旋转关节包括扁平U型连接件和舵机，其中：舵机与扁平U型连接件连接，扁平U型连接件与U型连接件连接；所述对接装置与旋转关节中的舵机连接；直线伸缩关节在丝杆电机的带动下沿导轨方向做直线往返运动，旋转关节在舵机的驱动下实现旋转运动并带动对接装置沿舵机的输出轴转动。...

【技术特征摘要】
1.一种可重构的模块化机器人单元结构，其特征在于，包括：机器人机身本体，
所述机器人机身本体上设置有直线伸缩关节，所述直线伸缩关节连接旋转关节，所述旋
转关节末端连接对接装置；
所述机器人机身本体为多棱柱框架，多棱柱框架的内壁设有丝杆电机，在多棱柱框
架的外壁连接有至少三条臂，且所述臂呈正多角形分布，每条臂由直线伸缩关节、旋转
关节和对接装置构成；
所述直线伸缩关节包括连接件、导轨、滑块、导轨支承件、T型螺母、光电开关支
架、光电开关挡板和光电开关，其中：导轨支承件一边连接在多棱柱框架的外壁上、另
一边支承导轨，滑块套在导轨上；连接件为U型或四边形框架，连接件的底面固定连接
在滑块上，连接件的一侧面与旋转关节的舵机连接、另一侧面与T型螺母连接，T型螺
母套在丝杆电机的丝杆上，丝杆电机转动丝杆带动T型螺母和连接件做直线运动；光电
开关支架一边固定于多棱柱框架的外壁上、另一边上安装光电开关，光电开关挡板设置
在连接件上并随连接件做直线运动；
所述旋转关节包括扁平U型连接件和舵机，其中：舵机与扁平U型连接件连接，
扁平U型连接件与U型连接件连接；
所述对接装置与旋转关节中的舵机连接；
直线伸缩关节在丝杆电机的带动下沿导轨方向做直线往返运动，旋转关节在舵机的
驱动下实现旋转运动并带动对接装置沿舵机的输出轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种可重构的模块化机器人单元结构，其特征在于，所
述丝杆电机外露丝杆的长度等于T型螺母的长度与T型螺母直线运动行程之和。
3.根据权利要求1所述的一种可重构的模块化机器人单元结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：田仕禾，俞港，管恩广，付庄，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31