[发明专利]一种模块化可重构机器人的单元模块机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及分布式模块化可重构机器人，为一种模块化可重构机器人的单元模块机构。

背景技术

可重构模块化机器人是一种高柔性度的机器人,它是由若干个独立的具有相同或不同尺寸和性能特征的关节模块和连杆模块组成,这些模块可以通过增减、互换,重新搭配等方式改变整体的构形、扩展运动形式、实现不同的运动步态、完成相应的运动及操作任务。具有如下特点：1）可重构功能，2）易修复性，3）功能可扩展性，4）自适应性，5）高可靠性，6）良好经济性。

单元模块是构建可重构机器人系统的最基本元素，模块的运动能力、自由度数量以及质量，都直接影响整体机器人系统的协调运动和作业能力。目前可重构单元模块主要分为3类：（1）链状、（2）晶体形、（3）混合型。

目前已知的模块化可重构机器人的单元模块设计中存在如下问题：（1）连接方式单一，系统通用性不高，如GZ-I；（2）单体模块自由度数目少，运动能力较低，如MTRAN；（3）单元模块转角不能准确调整，如SuperBot；（4）单元模块机构复杂、成本高、不便普及和推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于构建模块化可重构机器人的单元模块机构，以克服背景技术中存在的模块化可重构机器人结构复杂、运动能力不足、运动效率不高，转角调整不够精确的缺点。

本发明的技术方案为：一种模块化可重构机器人的单元模块机构，包括前臂、后臂和连杆装置，其中：前臂包括L形半圆外板、电路板、旋转齿轮和轴承，所述L形半圆外板由两块“D”形面板组成L形，L形半圆外板的两端边缘为半圆弧形，L形半圆外板的两块面板的中心设有安装孔，所述安装孔中分别固定有轴承，电路板通过铜柱与L形半圆外板的一块面板固定，旋转齿轮设置在L形半圆外板另一块面板的内壁上，并与所在面板的轴承同轴；

后臂的结构和前臂完全相同；

连杆装置包括驱动连接轴、从动连接轴、直流电机和电机齿轮，驱动连接轴和从动连接轴的两端分别与前臂和后臂的轴承连接，其中驱动连接轴连接在前臂和后臂的设有旋转齿轮的面板之间，从动连接轴设置在前臂和后臂设有电路板的面板之间，直流电机固定安装在驱动连接轴的两端，安装在直流电机上的电机齿轮分别与前臂和后臂的旋转齿轮相啮合；

连杆装置把前臂和后臂连接构成单元模块机构，前臂和后臂的面板外侧为单元模块机构的对接面。

优选前臂和后臂的“D”型面板大小一致。

多个所述单元模块机构通过对接面连接，组成不同形状的机器人。

本发明具有以下有益效果：一、单元模块前臂、后臂机构完全相同，整体具备空间对称性，优选单元模块机构整体为正方体，对接面布局有利于空间的节省；二、模块有两个活动关节，具有两个相互正交的自由度，关节扭转角度精确，可实现多种步态组合，保证机器人系统运动的灵活性；三、单元模块机构具有四个对接面，且对接面完全对称，方便重构组合；四、结构简单，降低整体加工的成本，适合大批量制造。

附图说明

图1是本发明单元模块机构整体结构图。

图2是本发明单元模块机构前臂关节旋转后的结构图。

图3是本发明单元模块机构后臂关节旋转后的结构图。

图4是本发明单元模块机构旋转整体后的结构图。

图5是本发明单元模块机构的上视图。

图6是本发明单元模块机构组成的三关节最小系统结构图。

图7是本发明单元模块机构组成的一字形系统结构图。

图8是本发明单元模块机构组成的T″字形系统结构图。

图9是本发明单元模块机构组成的十字形系统结构图。

图10是本发明单元模块机构组成的O字形系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的单元模块机构由两个结构完全相同的L形前、后臂，以及连杆装置组成。

如图2和图3所示，单元模块机构的前臂以及后臂在连杆装置的驱动下，可以分别沿各自的半圆弧形边缘上下旋转，实现前臂或后臂对界面角度的精确调整。