作，但是其主動連接板可以被其他單元模塊進行連接，這種連接板設(shè)計方法相當于增加了單元模塊的被動連接板，豐富了單元模塊組合變形的方式，提高了模塊化自重組機器人的工作能力。
[0059]如圖19所示，所述的安裝在第三連接板凹槽內(nèi)的齒輪傳動機構(gòu)包括:一個大錐齒輪18 (參見圖12)、三個小錐齒輪17 (參見圖11)、一個連接大直齒輪25 (參見圖13)、一個連接小直齒輪20 (參見圖10)、兩個短連接軸16 (參見圖9)、一個長連接軸(參見圖8);其中大錐齒輪18與連接大直齒輪25固結(jié)在一起，安裝到第三連接板的底面上，連接小直齒輪20安裝在直流電機13的輸出軸末端并與底面上的連接大直齒輪嚙合。長連接軸通過鉤爪固定軸架24安裝在第三連接板上，長連接軸上固定安裝一個小錐齒輪17，該小錐齒輪與大錐齒輪嚙合，長連接軸兩端各安裝一個鉤爪6，且鉤爪6的方向相同。兩個短連接軸16同樣通過鉤爪固定軸架同軸安裝在第三連接板上且與長連接軸垂直，兩個短連接軸的內(nèi)側(cè)一端分別與一個小錐齒輪17固定連接，兩個短連接軸的外側(cè)一端各安裝一個鉤爪6，且鉤爪6的方向相反，三個小錐齒輪17分別與大錐齒輪18嚙合。直流電機輸出軸通過與之固定的連接小直齒輪20來帶動底面上的連接大直齒輪25和大錐齒輪18轉(zhuǎn)動，再由大錐齒輪18帶動其他三個小錐齒輪17同向旋轉(zhuǎn)，完成直流電機對鉤爪6的傳動。
[0060]如圖1和圖2所示，所述的五個被動連接機構(gòu)分別設(shè)在U型外架的中間板的外表面、裸露在U型外架的外被動側(cè)板上的圓孔外的內(nèi)被動側(cè)板上的第一連接板的外表面、U型內(nèi)架的內(nèi)L型板的側(cè)板和中間板的兩個外表面以及旋轉(zhuǎn)底座組件中的轉(zhuǎn)動底座基板中的第二連接板的外表面，每個連接板上有八個長方形通孔，由于自動連接機構(gòu)是鉤爪式的連接方式，并且四個鉤爪6里有三個是同一方向運動，另一個鉤爪6是反向運動，所以八個長方形通孔分為四組呈兩兩對稱式分布在連接板四周，并與主動連接機構(gòu)中的四個鉤爪的位置分別對應(yīng)，使單元模塊的連接板與連接板之間能夠在360°方向自由對接，擴充了其單元模塊之間的組合方式。
[0061]如圖22和圖23所示，為三個自重構(gòu)單元模塊1、IIJII組合成的攝像機器人的工作過程，重構(gòu)單元模塊I的主動連接機構(gòu)與重構(gòu)單元模塊II的第四被動連接機構(gòu)11固定連接，重構(gòu)單元模塊II的主動連接機構(gòu)與重構(gòu)單元模塊III的第四被動連接機構(gòu)11相連接，在重構(gòu)單元模塊I的U型外架I的中間面裝視覺攝像頭(圖中未畫出)。在圖22狀態(tài)下，機器人處于尋找目標階段，重構(gòu)單元模塊III的旋轉(zhuǎn)底座轉(zhuǎn)動，可使機器人整體轉(zhuǎn)向運動，重構(gòu)單元模塊III驅(qū)動單元模塊轉(zhuǎn)動，可使機器人整體前進或后退運動，以達到目標位置附近，圖22的重構(gòu)單元模塊III轉(zhuǎn)向90°得到圖23，圖23為準備攝像階段，重構(gòu)單元模塊II的U型外架I在第二步進電機帶動下旋轉(zhuǎn)90°，帶動帶有視覺攝像頭的重構(gòu)單元模塊I立起，重構(gòu)單元模塊I的第四被動連接機構(gòu)11可繞重構(gòu)單元模塊I旋轉(zhuǎn)180°，通過協(xié)調(diào)運動，使得視覺攝像頭可采集到空間任意位置的圖像，以呈現(xiàn)未知環(huán)境的全面信息。
【主權(quán)項】
1.一種具有獨立運動的自重構(gòu)機器人單元模塊，其特征在于所述的單元模塊主要包括:一個U型外架，一個U型內(nèi)架，一個主動連接機構(gòu)，五個被動連接機構(gòu)，一個驅(qū)動機構(gòu)；一個底座旋轉(zhuǎn)步進減速電機，及內(nèi)架與外架連接組件和旋轉(zhuǎn)底座組件； 其中，U型外架包括:外主動側(cè)板、外被動側(cè)板、中間板，兩塊側(cè)板分別連接在中間板的兩側(cè)，形成U型外架； U型內(nèi)架包括:一個內(nèi)L型板和一個內(nèi)I型板，將內(nèi)L型板與內(nèi)I型板連接形成U型內(nèi)架； 內(nèi)架與外架連接組件包括:內(nèi)主動側(cè)板、內(nèi)被動側(cè)板，兩塊側(cè)板分別安裝在U型內(nèi)架兩偵牝形成一個無蓋的內(nèi)架立方體，所述內(nèi)架立方體開口處呈圓形；所述的內(nèi)被動側(cè)板外側(cè)板上設(shè)有圓形凸臺，圓形凸臺中間開有一個用于安裝第一連接板的方孔，所述圓形凸臺與U型外架的外被動側(cè)板上的圓孔配合；所述的內(nèi)主動側(cè)板的外側(cè)開有齒輪安裝槽，齒輪安裝槽內(nèi)安裝驅(qū)動齒輪副，驅(qū)動齒輪副中的驅(qū)動小齒輪安裝在內(nèi)主動側(cè)板的內(nèi)側(cè)板上固定的主軸翻轉(zhuǎn)步進減速電機軸上，驅(qū)動齒輪副中的驅(qū)動大齒輪與U型外架的外主動側(cè)板內(nèi)側(cè)板固定連接，構(gòu)成驅(qū)動機構(gòu)，這樣使U型內(nèi)架裝配到U型外架上，且U型內(nèi)架與U型外架配合能夠進行360°旋轉(zhuǎn)，提供U型內(nèi)架相對U型外架的轉(zhuǎn)動自由度； 旋轉(zhuǎn)底座組件包括一個旋轉(zhuǎn)底座基板、一個第二連接板、一個電機安裝架；所述旋轉(zhuǎn)底座基板的內(nèi)側(cè)板上設(shè)有圓形凸臺，圓形凸臺與所述內(nèi)架立方體的圓形開口配合，所述圓形凸臺中間開有用于安裝第二連接板的方孔，所述第二連接板嵌裝在旋轉(zhuǎn)底座基板上的方孔內(nèi)；所述底座旋轉(zhuǎn)步進減速電機通過電機安裝架安裝在內(nèi)主動側(cè)板的內(nèi)側(cè)板上，所述底座旋轉(zhuǎn)步進減速電機軸與所述第二連接板上的中央孔固定配合，通過第二連接板帶動旋轉(zhuǎn)底座基板在U型內(nèi)架構(gòu)成的內(nèi)架立方體上進行轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)單元模塊的旋轉(zhuǎn)運動；所述旋轉(zhuǎn)底座基板上設(shè)置有一個被動連接機構(gòu)，可與主動連接機構(gòu)連接； 主動連接機構(gòu)包括:四個鉤爪、齒輪傳動機構(gòu)和直流電機及其固定架；其中齒輪傳動機構(gòu)安裝在第三連接板上，第三連接板嵌裝在U型內(nèi)架的內(nèi)I型板中間的方孔內(nèi)，直流電機通過兩個電機固定架固定安裝在第三連接板上，直流電機的輸出軸帶動齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動四個鉤爪轉(zhuǎn)動向外伸出第三連接板表面進行連接動作；四個鉤爪的分布設(shè)置上，有三個鉤爪的旋轉(zhuǎn)方向是同一方向，最后一個鉤爪相對其他三個是反向安裝及旋轉(zhuǎn)，這樣的鉤爪結(jié)構(gòu)設(shè)計在實現(xiàn)與其他模塊正常對接時，同時也完成了兩個連接板的位置姿態(tài)矯正的功能；所述主動連接機構(gòu)中的齒輪傳動機構(gòu)包括:一個大錐齒輪、三個小錐齒輪、一個連接大直齒輪、一個連接小直齒輪、兩個短連接軸和一個長連接軸；所述的大錐齒輪與連接大直齒輪固結(jié)在一起，連接大直齒輪在下方，連接大直齒輪和連接小直齒輪相互嚙合并安裝于第三連接板內(nèi)側(cè)板上的對應(yīng)凹槽內(nèi)，長連接軸通過鉤爪固定軸架安裝在第三連接板上，長連接軸中部與一個小錐齒輪固定連接，該小錐齒輪與大錐齒輪嚙合，長連接軸的兩端各安裝一個鉤爪，且鉤爪的方向相同；兩個短連接軸同樣通過軸架安裝在第三連接板上，兩個短連接軸同軸且與長連接軸垂直，兩個短連接軸上分別與一個小錐齒輪固定連接，并各安裝一個鉤爪，且鉤爪的方向相反，兩個短連接軸上的小錐齒輪與大錐齒輪嚙合；直流電機輸出軸通過與之固定的連接小直齒輪來帶動第三連接板上的連接大直齒輪和大錐齒輪轉(zhuǎn)動，再由大錐齒輪帶動其他三個小錐齒輪旋轉(zhuǎn)，完成直流電機對鉤爪的傳動； 五個被動連接機構(gòu)分別設(shè)在U型外架的中間板的外表面、裸露在U型外架的外被動側(cè)板上的圓孔外的內(nèi)被動側(cè)板上的第一連接板的外表面、U型內(nèi)架的內(nèi)L型板的兩個外表面以及旋轉(zhuǎn)底座組件中的轉(zhuǎn)動底座基板中的第二連接板的外表面，每個連接板上設(shè)有八個長方形通孔，由于自動連接機構(gòu)是鉤爪式的連接方式，并且四個鉤爪里有三個是同一方向運動，另一個鉤爪是反向運動，所以八個長方形通孔分為四組呈兩兩對稱式分布在各連接板四周，并與主動連接機構(gòu)中的四個鉤爪的位置分別對應(yīng)，使單元模塊的連接板與連接板之間能夠在360°方向自由對接； 所述的自重構(gòu)機器人單元模塊共有2個自由度，分別為U型內(nèi)架與U型外架之間360°旋轉(zhuǎn)自由度，以及整個單元模塊相對旋轉(zhuǎn)底座基板的360°旋轉(zhuǎn)的平面自由度，以滿足不同構(gòu)型之間的變換。
【專利摘要】一種機器人技術(shù)領(lǐng)域的具有獨立運動的自重構(gòu)機器人單元模塊，包括：一個U型外架、一個U型內(nèi)架、一個主動連接機構(gòu)，五個被動連接機構(gòu)，一個驅(qū)動機構(gòu)；一個底座旋轉(zhuǎn)步進減速電機，及內(nèi)架與外架連接組件(包括內(nèi)主動側(cè)板、內(nèi)被動側(cè)板)和旋轉(zhuǎn)底座組件(包括一個旋轉(zhuǎn)底座基板、一個第二連接板、一個電機安裝架)。旋轉(zhuǎn)底座基板能夠繞中心軸360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向運動；主動連接機構(gòu)可實現(xiàn)主被動面的對齊與連接，提高了模塊化自重構(gòu)機器人的工作能力。單個模塊的外架和內(nèi)架間可進行360°旋轉(zhuǎn)，具有直線運動功能，結(jié)合旋轉(zhuǎn)底座基板的自由旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)單個模塊獨立且靈活的運動。多模塊可進行有規(guī)則的組裝。
【IPC分類】F16H1-22, B25J9-00
【公開號】CN104742117
【申請?zhí)枴緾N201510113235
【發(fā)明人】葛為民, 王肖鋒, 劉振民, 勾月凱, 賴邵宇, 黃杰
【申請人】天津理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月16日