一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)器人的研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。機(jī)器人有許多種類，但在一般情況下，各種機(jī)器人限于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素，只能完成某種特定的任務(wù)。模塊化機(jī)器人的提出是基于機(jī)器人通過改變本身的結(jié)構(gòu)來適應(yīng)不同的工作環(huán)境和工作任務(wù)的理念，為了達(dá)到這個(gè)目的，模塊化機(jī)器人由若干相同的模塊構(gòu)成，模塊與模塊之間通過對(duì)接機(jī)構(gòu)連接。通過改變各個(gè)模塊之間的連接關(guān)系達(dá)到改變機(jī)器人構(gòu)型的目的。
[0003]為實(shí)現(xiàn)空間太陽能電站的維護(hù)，提出了用模塊化的機(jī)器人搭載太陽能電站。每一個(gè)模塊機(jī)器人搭載了一塊太陽能電池板，通過大量擁有相同結(jié)構(gòu)的模塊機(jī)器人的對(duì)接組合，從而得到一大塊的空間太陽能電池板的陣列。其中每一個(gè)模塊機(jī)器人是一個(gè)獨(dú)立的邏輯與運(yùn)動(dòng)單元，能自主的感知并判斷自身及環(huán)境的工作情況，模塊與模塊之間能實(shí)現(xiàn)互相通信，憑借彼此的協(xié)同工作可以完成模塊間的重構(gòu)、替換，以適應(yīng)當(dāng)前工作的要求。
[0004]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國外研究模塊化機(jī)器人的研究小組主要集中在美日兩國，典型的有日本東京技術(shù)研究所Satoshi Murata等人在《A 3-Dself-reconfigurabIe structure))中設(shè)計(jì)的M-TRAN系列自重構(gòu)機(jī)器人模塊和美國南加州大學(xué) We1-Min Shen 等人在《Multimode locomot1n via SuperBot reconfigurabIerobots》中提出的Superbot自重構(gòu)機(jī)器人。國內(nèi)上海交通大學(xué)費(fèi)燕瓊在《混合型自重構(gòu)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)描述》提出了雙柱型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，但是由于對(duì)接裝置和機(jī)器人模塊本體為一體式，對(duì)接裝置沒有自主運(yùn)動(dòng)能力，這樣導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)范圍有限，重構(gòu)時(shí)間長(zhǎng)，并且在實(shí)際應(yīng)用過程中存在運(yùn)動(dòng)干涉、控制復(fù)雜等問題。同時(shí)，付莊等人在專利《用于自重構(gòu)模塊機(jī)器人的基于銷-軸楔合的對(duì)接機(jī)構(gòu)》(CN200910308439.X)中設(shè)計(jì)了一種可用于可重構(gòu)模塊化機(jī)器人的高強(qiáng)度對(duì)接裝置，但是缺乏一種可使對(duì)接裝置自主運(yùn)動(dòng)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)作為其載體，難以應(yīng)用到現(xiàn)有的模塊化機(jī)器人中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、合理，機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件少，可靠性高，對(duì)接裝置活動(dòng)范圍大，能夠幫助模塊化機(jī)器人快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)自重構(gòu)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)，包括:機(jī)器人機(jī)身本體，所述機(jī)器人機(jī)身本體上設(shè)置有直線伸縮關(guān)節(jié)，所述直線伸縮關(guān)節(jié)連接旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)末端連接對(duì)接裝置；
[0007]所述機(jī)器人機(jī)身本體為多棱柱框架，多棱柱框架的內(nèi)壁設(shè)有絲桿電機(jī)，在多棱柱框架的外壁連接有至少三條臂，且所述臂呈正多角形分布，每條臂由直線伸縮關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和對(duì)接裝置構(gòu)成；
[0008]所述直線伸縮關(guān)節(jié)包括連接件、導(dǎo)軌、滑塊、導(dǎo)軌支承件、T型螺母、光電開關(guān)支架、光電開關(guān)擋板和光電開關(guān)，其中:導(dǎo)軌支承件一邊連接在多棱柱框架的外壁上、另一邊支承導(dǎo)軌，滑塊套在導(dǎo)軌上；連接件為U型或四邊形框架，連接件的底面固定連接在滑塊上，連接件的一側(cè)面與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的舵機(jī)連接、另一側(cè)面與T型螺母連接，T型螺母套在絲桿電機(jī)的絲桿上，絲桿電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿帶動(dòng)T型螺母和連接件做直線運(yùn)動(dòng)；光電開關(guān)支架一邊固定于多棱柱框架的外壁上、另一邊上安裝光電開關(guān)，光電開關(guān)擋板設(shè)置在連接件上并隨連接件做直線運(yùn)動(dòng)；
[0009]所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括扁平U型連接件和舵機(jī)，其中:舵機(jī)與扁平U型連接件連接，扁平U型連接件與U型連接件連接；
[0010]所述對(duì)接裝置與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的舵機(jī)連接；
[0011]直線伸縮關(guān)節(jié)在絲桿電機(jī)的帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌方向做直線往返運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)對(duì)接裝置沿舵機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，所述絲桿電機(jī)外露絲桿的長(zhǎng)度等于T型螺母的長(zhǎng)度與T型螺母直線運(yùn)動(dòng)行程之和。
[0013]優(yōu)選地，所述連接件的運(yùn)動(dòng)受到導(dǎo)軌與滑塊的限制，只能進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0014]優(yōu)選地，所述連接件的兩側(cè)面間的距離大于T型螺母直線運(yùn)動(dòng)的行程。
[0015]優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌支承件為T型或L型，導(dǎo)軌支承件短邊連接在多棱柱框架的外壁上，導(dǎo)軌連接在導(dǎo)軌支承件的長(zhǎng)邊上。
[0016]優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌支承件的長(zhǎng)邊靠近多棱柱框架的部分比其他部分寬，從而保證支承件的強(qiáng)度與剛度；遠(yuǎn)離多棱柱框架的部分比其他部分窄，從而保證不會(huì)對(duì)光電開關(guān)擋板的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生干涉。
[0017]優(yōu)選地，所述光電開關(guān)支架為T型或L型，光電開關(guān)支架的短邊固定于多棱柱框架的外壁上、長(zhǎng)邊上安裝光電開關(guān)，所述光電開關(guān)的安裝距離等于T型螺母直線運(yùn)動(dòng)的行程。
[0018]優(yōu)選地，所述光電開關(guān)擋板安裝位置以滿足能夠順利通過兩個(gè)光電開關(guān)，并在T型螺母處于直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置時(shí)，光電開關(guān)擋板剛好能夠擋住光電開關(guān)的光信號(hào)通路，光信號(hào)的通斷反饋給控制電路，控制電路對(duì)絲桿電機(jī)斷電，從而保證滑塊及連接件的直線運(yùn)動(dòng)不會(huì)超出導(dǎo)軌的范圍。
[0019]優(yōu)選地，所述光電開關(guān)擋板移動(dòng)平面位于光電開關(guān)信號(hào)發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)之間。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0021]本發(fā)明通過增加伸縮自由度使對(duì)接裝置能夠有更大的運(yùn)動(dòng)空間，從而避免了機(jī)器人在進(jìn)行重構(gòu)時(shí)模塊單元與模塊單元之間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。由于采用絲桿電機(jī)來驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，有效降低了直線伸縮運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，同時(shí)有導(dǎo)軌和滑塊的約束，提高了直線伸縮運(yùn)動(dòng)的精度，增強(qiáng)了其負(fù)載能力。進(jìn)一步的，光電開關(guān)保證了直線伸縮運(yùn)動(dòng)的行程，增加了運(yùn)動(dòng)的可靠性。因此本模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)賦予了對(duì)接裝置較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力。此外，本發(fā)明采用的連接件及支承件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組合方便，對(duì)機(jī)器人的維護(hù)十分有利，同時(shí)降低了成本。
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0023]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的三維示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的俯視圖；
[0025]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中:六棱柱框架1、絲桿步進(jìn)電機(jī)2、驅(qū)動(dòng)器3、T型螺母4、U型連接件5、導(dǎo)軌6、滑塊7、L型支承件8、L型支架9、光電開關(guān)10、光電開關(guān)擋板11、扁平U型連接件12、舵機(jī)13、法蘭盤14、對(duì)接裝置15。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]如圖1所示，為該發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中采用六棱柱框架、三條臂構(gòu)成，當(dāng)然本發(fā)明不限于該實(shí)施例，在其他實(shí)施例中，也可以是其他的多棱柱框架、其他數(shù)目的臂。
[0029]具體的，一種可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人單元結(jié)構(gòu)，包括:機(jī)身本體，直線伸縮關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，對(duì)接裝置，其中:機(jī)身本體由六棱柱框架1、絲桿步進(jìn)電機(jī)2、驅(qū)動(dòng)器3構(gòu)成；直線伸縮關(guān)節(jié)由T型螺母4、U型連接件5、導(dǎo)軌6、滑塊7、L型支承件8、L型支架9、光電開關(guān)10、光電開關(guān)擋板11構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由扁平U型連接件12、舵機(jī)13構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接對(duì)接裝