[发明专利]可重构的模块化机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是可重构模块化机器人。

背景技术

可重构模块化机器人是一种能根据任务需要和环境的变化，重新组合构形的机器人。它一般是由许多个一种或有限的几种通用模块通过连接组成,各模块间有统一的接口环境,可用于传递力、运动、能量和通信,通过模块之间的连接断开操作进行重组改变整体构形,扩展运动形式,完成多种运动及操作任务。与传统的固定构形机器人相比,自重构机器人具有环境适应能力强、制造成本低、可自行修复、自变形等优点,可以应用于多种不同的场合和完成各种复杂的任务。

自上世纪八十年代末以来，可重构机器人研究也得到了迅速的发展，成为近年来机器人技术研究普遍关注的热点之一。可重构机器人技术的发展拓展了机器人的应用空间，使其在敏捷制造领域、极限环境中作业、灾难救援、军事领域、星球探测等方面均有良好的应用前景。在国外，典型的与本发明相关的模块化机器人有  PolyBot （by Mark Yim ,at Palo Alto Research Center），SuperBot （by Wei-Min Shen ,at the University of Southern California），iMobot（by Harry H.Cheng，at University of California,Davis）。PolyBot的单个模块是一种外形为约50mm的正方体，具有一个旋转自由度，最大旋转角度为180°，每个模块具有两个连接面用于模块之间的连接。通过多个模块的组合，该模块系统可以完成多种运动方式及构型。但是，该模块的最大缺点是单个模块不可运动，且只有在较多个模块的组合时，才能体现出模块化机器人整体的优点。SuperBot的单个模块在外形上类似两个PolyBot组合而成，但在两个PolyBot之间增加了一个旋转自由度，所以每个SuperBot具有3个自由度，两个可以旋转180°，另一个自由度可以连续旋转。SuperBot与 PolyBot具有同样的缺点，但是也有所改进。同时，SuperBot的结构相对复杂。iMobot是外形为长方体集成度比较高的单个模块，每个模块具有四个自由度，单个模块的运动功能比较强，有爬行及依靠两侧的方轮转动两个主要运动方式。但由于iMobot的主体和侧轮同样大小，主体充当支架的时候便要求地面平整才可以轮式移动。做爬行运动时也有很多的局限性，如运动缓慢，对地面的要求比较高等。

虽然经过几十年的发展,模块化重构机器人在技术上已经取得了很大的进步,但在硬件设计方面依然存在着许多难题。最急需解决的一个问题就是通用模块的设计,以提高模块的适用范围。

发明内容

本发明目的是克服现有技术中模块机器人单个模块设计上存在的上述问题，提供一种可重构的模块化机器人。

本发明提供的可重构的模块化机器人由至少两个可以独立运动的重构模块通过重构模块上设置的模块组合连接外圈孔或模块组合连接内圈孔或模块组合连接全孔连接组合构成；

所述的重构模块包括，一个U型外架，一个U型内架，一个舵机架、一个内架连轴件和一个舵机；U型外架的一侧具有与舵机架连接的一组外架螺栓孔，一个定位孔及一组模块组合连接外圈孔，另一侧具有与安装在内架连轴件上轴承相配合的外架轴承孔，及一组模块组合连接外圈孔，U型外架的底侧设置有一组模块组合连接外圈孔和模块组合连接内圈孔，模块组合连接外圈孔和模块组合连接内圈孔共同构成模块组合连接全孔，这三种孔统称为模块组合连接孔；U型内架的与U型外架具有外架螺栓孔面配合的一侧具有与安装在舵机架上的轴承相配合的内架轴承孔，另一侧具有与外架轴承孔同轴的用来穿过内架连轴件轴台的连轴件配合孔及与连轴件固定连接的一组内架螺栓孔，U型内架在底侧具有一组模块组合连接全孔；舵机架的一侧为三个呈阶梯状轴台，外端轴台小于里侧的轴台，最外端轴台插入U型外架的定位孔，用于装配时的定位，中间的轴台用于安装与U型内架轴承孔配合的轴承，里侧的轴台用于轴承的轴向定位，舵机架的中间轴台上设有一组与U型外架上的外架螺栓孔对应的舵机架螺栓孔，舵机架和U型外架通过螺栓固定连接在一起，舵机架的内侧为夹板状舵机固定架，舵机固定架内固定安装舵机；内架连轴件整体为三个呈阶梯状的轴台，内架连轴件的伸出端为舵机轴轴套，内侧为花键孔，用于与舵机输出轴上的花键配合，里侧轴台插入U型内架的配合孔中，中间轴台用于安装与U型外架轴承孔配合的轴承，外侧轴台用于轴承的轴向定位，内架连轴件外侧轴台具有一组与U型内架螺栓孔对应的连轴件螺栓孔，用于与U型内架螺栓连接，内架连轴件外侧轴台的外侧面同时设有一组模块组合连接内圈孔。