專利名稱：自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種機(jī)器人領(lǐng)域的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人。
背景技術(shù)：
自重構(gòu)機(jī)器人由許多攜帶有相同連接裝置的基本模塊組成，通過調(diào)整各個(gè)模塊之間的連接狀態(tài)可重構(gòu)為不同的構(gòu)形，從而來(lái)適應(yīng)新的環(huán)境、執(zhí)行新的任務(wù)或者從損壞狀態(tài)中恢復(fù)過來(lái)。根據(jù)其不同幾何構(gòu)形，這類機(jī)器人原型通常分為三類晶格型、鏈?zhǔn)叫秃鸵苿?dòng)型。晶格型和鏈?zhǔn)叫妥灾貥?gòu)機(jī)器人因?yàn)樽陨碚w結(jié)構(gòu)不可分割，故易于實(shí)現(xiàn)對(duì)接，但存在著其個(gè)體單元由于缺乏移動(dòng)能力而不能單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)的缺點(diǎn)。相反，移動(dòng)型自重構(gòu)機(jī)器人由獨(dú)立的可移動(dòng)單元組成，不僅可以連接在一起形成新的構(gòu)形，也可以分開形成分布式機(jī)器人系統(tǒng)，因此同時(shí)具備自重構(gòu)機(jī)器人和分布式機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于自重構(gòu)機(jī)器人而言，連接機(jī)構(gòu)和自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)裝置是其自身設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，王巍等人在《International Journal of Advanced Robotic Systems))(國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)雜志)2010年發(fā)表的“JL-2 =A mobile multi-robot system with docking and manipulating capabilities", (JL-2 具有自重構(gòu)和操作能力的多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng))，鐘鳴等人《High Technology Letters)) 2009年發(fā)表的"A mobile self-reconfigurable robot based on modularity，，，(模塊化自重構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人)。以上兩文中所設(shè)計(jì)的自重構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的尺寸都比較大，機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所采用的基于超聲和微型攝像頭的對(duì)接方法都很難應(yīng)用到尺寸在幾十個(gè)立方厘米之內(nèi)的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種機(jī)器人領(lǐng)域的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、對(duì)接效率高等優(yōu)點(diǎn)，使機(jī)器人能夠在微小尺寸限制的條件下實(shí)現(xiàn)自重構(gòu)。本發(fā)明可通過動(dòng)力和無(wú)線通信兩種接力協(xié)作方式，擴(kuò)展移動(dòng)微型機(jī)器人整體的探測(cè)范圍，使其可攜帶不同傳感器進(jìn)入到范圍較大的狹小空間內(nèi)取代人類完成某些危險(xiǎn)、復(fù)雜、重復(fù)的工作。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括依次固定連接的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 萬(wàn)向連接器、對(duì)準(zhǔn)裝置和控制裝置，其中所述的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括微馬達(dá)、兩個(gè)移動(dòng)輪、一個(gè)腳輪和圓形底盤，其中兩個(gè)移動(dòng)輪和一個(gè)腳輪以三角形排列方式設(shè)置于圓形底盤的下方，兩個(gè)微馬達(dá)分別固定在圓形底盤的下方并與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)輪相連。所述的萬(wàn)向連接器包括端蓋、底座、閂片、彈性部件、紅寶石軸承、連接軸和插頭， 其中底座固定設(shè)置于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，連接軸的兩端分別與端蓋和固定于底座上的紅寶石軸承相連，端蓋和底座的前段均設(shè)有球形凹槽并組合構(gòu)成球形空腔，底座和端蓋的后端分別與彈性部件的兩端相連，插頭與端蓋分別位于底座的兩端。所述的微馬達(dá)固定設(shè)置于底座上且輸出軸與閂片固定連接，由閂片的位置實(shí)現(xiàn)端蓋的限位及插座的開閉。所述的插頭的一端活動(dòng)設(shè)置于其他機(jī)器人的球形空腔內(nèi)形成球形萬(wàn)向節(jié)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)微型機(jī)器人的串聯(lián)。所述的對(duì)準(zhǔn)裝置由一個(gè)全方位紅外接收器和四個(gè)紅外發(fā)射器組成，其中全方位紅外接收器固定設(shè)置于萬(wàn)向連接器的上表面且位于微機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)軸上，四個(gè)紅外發(fā)射器等角度分布于全方位紅外接收器接收平面的四個(gè)方向。所述的紅外發(fā)射器中兩個(gè)紅外發(fā)射器分別位于萬(wàn)向連接器的端蓋和插座的正上方，通過探測(cè)所接收的紅外線強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人之間的對(duì)準(zhǔn)。所述的控制裝置內(nèi)設(shè)有微控制器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、無(wú)線接收器和電源穩(wěn)壓模塊。本發(fā)明通過差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和被動(dòng)的萬(wàn)向連接器的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了微機(jī)器人的結(jié)構(gòu)； 通過采用基于紅外的對(duì)準(zhǔn)方法，所設(shè)計(jì)的對(duì)接裝置不僅具有較低功耗、較小的體積，而且控制簡(jiǎn)單，具有很高的效率和可靠性；在微小尺寸限制的條件下，將相關(guān)的控制電路和電源緊湊地集成在一起，實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人自主。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)裝配示意圖。圖2本發(fā)明萬(wàn)向連接器插座裝配示意圖。圖3本發(fā)明對(duì)準(zhǔn)裝置布局示意圖。圖4多微機(jī)器人協(xié)作示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例單個(gè)基本的微機(jī)器人的整體尺寸長(zhǎng)*寬*高=46mm女 30mm 觀讓，該微型機(jī)器人包括依次固定連接的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1，萬(wàn)向連接器2、對(duì)準(zhǔn)裝置 3和控制裝置4，其中所述的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1包括微馬達(dá)8、兩個(gè)移動(dòng)輪6、一個(gè)腳輪22和圓形底盤7， 其中兩個(gè)移動(dòng)輪6和一個(gè)腳輪22以三角形排列方式設(shè)置于圓形底盤7的下方，兩個(gè)微馬達(dá)8分別固定在圓形底盤7的下方并與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)輪6相連。所述的萬(wàn)向連接器2包括端蓋9、底座10、閂片11、彈性部件12、紅寶石軸承13、 連接軸14和插頭15，其中底座10固定設(shè)置于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1上，連接軸14的兩端分別與端蓋9和固定于底座10上的紅寶石軸承13相連，端蓋9和底座10的前段均設(shè)有球形凹槽并組合構(gòu)成球形空腔，底座10和端蓋9的后端分別與彈性部件12的兩端相連，插頭15與端蓋9分別位于底座10的兩端。所述的微馬達(dá)8固定設(shè)置于底座10上且輸出軸與閂片11固定連接，由閂片11的位置實(shí)現(xiàn)端蓋9的限位及插座的開閉。
所述的插頭15的一端活動(dòng)設(shè)置于其他機(jī)器人的球形空腔內(nèi)形成球形萬(wàn)向節(jié)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)微型機(jī)器人的串聯(lián)。所述的對(duì)準(zhǔn)裝置3由一個(gè)全方位紅外接收器16和四個(gè)紅外發(fā)射器17組成，其中 全方位紅外接收器16固定設(shè)置于萬(wàn)向連接器2的上表面且位于微機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)軸上，四個(gè)紅外發(fā)射器17等角度分布于全方位紅外接收器16接收平面的四個(gè)方向，所述的紅外發(fā)射器17中兩個(gè)紅外發(fā)射器17分別位于萬(wàn)向連接器2的端蓋9和插座的正上方，通過探測(cè)所接收的紅外線強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人之間的對(duì)準(zhǔn)。所述的控制裝置4內(nèi)含微控制器18、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器19、無(wú)線接收器20和電源穩(wěn)壓模塊21，從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人自主控制。本實(shí)施例中所述的微馬達(dá)8采用雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其直徑為6. 8mm或4. 4mm ；插頭15前端的圓球體32由硅制作；端蓋9和底座10由鋁合金制作；全方位紅外接收器16 的型號(hào)為OSRAM公司的SH1203P ；紅外發(fā)射器17的型號(hào)為Vishay公司的BPW17N。微控制器18為Philips公司的LPC2138 ；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器19為Atmel公司的ATA6836 ；無(wú)線接收器 20為Nordic公司的NrfMLOl ；電源穩(wěn)壓模塊21主要由National Semiconductor公司的 LM1117T-3. 3 和 LM1117T-5 組成。
權(quán)利要求
1.一種自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，包括依次固定連接的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向連接器、對(duì)準(zhǔn)裝置和控制裝置，其特征在于所述的萬(wàn)向連接器包括端蓋、底座、閂片、彈性部件、紅寶石軸承、連接軸和插頭，其中底座固定設(shè)置于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，連接軸的兩端分別與端蓋和固定于底座上的紅寶石軸承相連，端蓋和底座的前段均設(shè)有球形凹槽并組合構(gòu)成球形空腔，底座和端蓋的后端分別與彈性部件的兩端相連，插頭與端蓋分別位于底座的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括微馬達(dá)、兩個(gè)移動(dòng)輪、一個(gè)腳輪和圓形底盤，其中兩個(gè)移動(dòng)輪和一個(gè)腳輪以三角形排列方式設(shè)置于圓形底盤的下方，兩個(gè)微馬達(dá)分別固定在圓形底盤的下方并與對(duì)應(yīng)的移動(dòng)輪相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的微馬達(dá)固定設(shè)置于底座上且輸出軸與閂片固定連接，由閂片的位置實(shí)現(xiàn)端蓋的限位及插座的開閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的插頭的一端活動(dòng)設(shè)置于其他機(jī)器人的球形空腔內(nèi)形成球形萬(wàn)向節(jié)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)微型機(jī)器人的串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的對(duì)準(zhǔn)裝置由一個(gè)全方位紅外接收器和四個(gè)紅外發(fā)射器組成，其中全方位紅外接收器固定設(shè)置于萬(wàn)向連接器的上表面且位于微機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)軸上，四個(gè)紅外發(fā)射器等角度分布于全方位紅外接收器接收平面的四個(gè)方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的紅外發(fā)射器中兩個(gè)紅外發(fā)射器分別位于萬(wàn)向連接器的端蓋和插座的正上方，通過探測(cè)所接收的紅外線強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人之間的對(duì)準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，所述的控制裝置內(nèi)設(shè)有微控制器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、無(wú)線接收器和電源穩(wěn)壓模塊。
全文摘要
一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的自重構(gòu)移動(dòng)微型機(jī)器人，依次固定連接的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向連接器、對(duì)準(zhǔn)裝置和控制裝置，萬(wàn)向連接器包括微馬達(dá)、端蓋、底座、閂片、彈性部件、紅寶石軸承、連接軸和插頭，底座固定設(shè)置于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，連接軸的兩端分別與端蓋和固定于底座上的紅寶石軸承相連，端蓋和底座的前段均設(shè)有球形凹槽并組合構(gòu)成球形空腔，底座和端蓋的后端分別與彈性部件的兩端相連，微馬達(dá)固定設(shè)置于底座上且輸出軸與閂片固定連接，由閂片的位置實(shí)現(xiàn)端蓋的限位及插座的開閉，插頭與端蓋分別位于底座的兩端。本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、對(duì)接效率高等優(yōu)點(diǎn)，使機(jī)器人能夠在微小尺寸限制的條件下實(shí)現(xiàn)自重構(gòu)。
文檔編號(hào)B25J11/00GK102189554SQ20111010013
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者張大偉, 李振波, 陳佳品 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)