[发明专利]一种四自由度球形模块单元

说明书

一种四自由度球形模块单元，它涉及模块化机器人模块单元，以解决现有机器人模块单元自由度配置较少，灵活性较弱以及空间利用率较低的问题，它包括球壳、正四面体组件和四套连接组件；正四面体组件包括正四面体支架和四个驱动电机；每套连接组件包括传动机构、外壳和两个升降机构；球壳内布置有正四面体支架和四套连接组件，正四面体支架每个安装座内安装有一个驱动电机，每个驱动电机的输出轴上安装有一个外壳；外壳上加工有两个主动导轨孔和两个被动导轨孔；传动机构安装在外壳内侧面上，传动机构上连接有两个升降机构，主动导轨孔用于伸出模块单元自有升降机构，被动导轨孔用于接收被对接的模块单元自有升降机构。本发明用于模块化机器人。

技术领域

本发明涉及模块化机器人模块单元，具体涉及一种四自由度球形模块单元。

背景技术

模块化机器人由结构简单的模块单元组成，凭借其形态可塑，功能可变的优势，成为了近年研究的热点。国外在该型机器人的研究上起步较早，已有了一定研究基础，我国起步较晚，并且多集中于一个或二个自由度模块单元的研发上，研制的结构也大多采用传统的六面体构型。

连接机构是自重构模块设计中最重要问题之一，必须保证机器人模块间机械电气连接可靠、分离容易，同时要求体积小、节能。现有的机器人模块的连接机构大都采用了机械式、电磁式或永磁式的结构。机械式连接可靠性高。但分离操作需要额外的分离空间，限制了自重构的能力。电磁式的连接机构可以降低机构设计的复杂性，但存在体积大、重量大、发热量大等问题。永磁式的连接机构具有连接强度大，体积、重量小等优点，其主要问题在于连接面抗剪切的能力较弱，连接不可靠。

发明内容

本发明为解决现有机器人模块单元自由度配置较少，灵活性较弱以及空间利用率较低的问题，进而提供一种四自由度球形模块单元。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种四自由度球形模块单元包括球壳、正四面体组件和四套连接组件；正四面体组件包括正四面体支架和四个驱动电机；每套连接组件包括传动机构、外壳和两个升降机构；

球壳内布置有正四面体支架和四套连接组件，正四面体支架上具有四个安装座，四个安装座构成正四面体的顶点，每个安装座内安装有一个驱动电机，每个驱动电机的输出轴上安装有一个外壳，外壳布置在球壳上开设的对接孔内，四个驱动电机的输出轴的轴线的交汇点与所述正四面体的中心重合；

外壳上加工有两个主动导轨孔和两个被动导轨孔；主动导轨孔与被动导轨孔沿外壳轴线旋转均布；传动机构安装在外壳内侧面上，传动机构上连接有两个升降机构，主动导轨孔用于伸出模块单元自有的升降机构，被动导轨孔用于接收被对接的模块单元自有的升降机构，位于外壳的内侧面上的每个被动导轨孔的外缘上布置有用于定位升降机构的限位件。

进一步地，传动机构包括传动电机、电机架、齿轮挡板、主齿轮、两个齿轮一和两个内螺纹齿轮二；

传动电机安装在电机架上，齿轮挡板安装在电机架上，电机架安装在外壳上，齿轮挡板下方布置有主齿轮、两个齿轮一和两个内螺纹齿轮二；主齿轮安装在传动电机的输出轴上，主齿轮的两侧分别布置有一个齿轮一和一个内螺纹齿轮二，齿轮一与内螺纹齿轮二啮合，两个齿轮一分别与主齿轮啮合，每个内螺纹齿轮二的内螺纹孔上布置有升降机构。

进一步地，每个升降机构包括螺杆和固接在螺杆端部上的定位块，螺杆旋拧在内螺纹齿轮二的内螺纹孔内并穿过齿轮挡板，定位块布置在主动导轨孔内。

进一步地，所述限位件为限位块，位于外壳的内侧面上的每个被动导轨孔的外缘上布置有用于定位升降机构的两个限位块，两个限位块对角布置。

进一步地，主动导轨孔和被动导轨孔均为矩形孔，定位块与矩形孔配合。

进一步地，被动导轨孔的深度小于主动导轨孔的深度。