一种具有独立运动的自重构机器人单元模块

摘要

一种机器人技术领域的具有独立运动的自重构机器人单元模块，包括：一个U型外架、一个U型内架、一个主动连接机构，五个被动连接机构，一个驱动机构；一个底座旋转步进减速电机，及内架与外架连接组件(包括内主动侧板、内被动侧板)和旋转底座组件(包括一个旋转底座基板、一个第二连接板、一个电机安装架)。旋转底座基板能够绕中心轴360°旋转，实现机器人的转向运动；主动连接机构可实现主被动面的对齐与连接，提高了模块化自重构机器人的工作能力。单个模块的外架和内架间可进行360°旋转，具有直线运动功能，结合旋转底座基板的自由旋转，可实现单个模块独立且灵活的运动。多模块可进行有规则的组装。

主权项

一种具有独立运动的自重构机器人单元模块，其特征在于所述的单元模块主要包括：一个U型外架，一个U型内架，一个主动连接机构，五个被动连接机构，一个驱动机构；一个底座旋转步进减速电机，及内架与外架连接组件和旋转底座组件；其中，U型外架包括：外主动侧板、外被动侧板、中间板，两块侧板分别连接在中间板的两侧，形成U型外架；U型内架包括：一个内L型板和一个内I型板，将内L型板与内I型板连接形成U型内架；内架与外架连接组件包括：内主动侧板、内被动侧板，两块侧板分别安装在U型内架两侧，形成一个无盖的内架立方体，所述内架立方体开口处呈圆形；所述的内被动侧板外侧板上设有圆形凸台，圆形凸台中间开有一个用于安装第一连接板的方孔，所述圆形凸台与U型外架的外被动侧板上的圆孔配合；所述的内主动侧板的外侧开有齿轮安装槽，齿轮安装槽内安装驱动齿轮副，驱动齿轮副中的驱动小齿轮安装在内主动侧板的内侧板上固定的主轴翻转步进减速电机轴上，驱动齿轮副中的驱动大齿轮与U型外架的外主动侧板内侧板固定连接，构成驱动机构，这样使U型内架装配到U型外架上，且U型内架与U型外架配合能够进行360°旋转，提供U型内架相对U型外架的转动自由度；旋转底座组件包括一个旋转底座基板、一个第二连接板、一个电机安装架；所述旋转底座基板的内侧板上设有圆形凸台，圆形凸台与所述内架立方体的圆形开口配合，所述圆形凸台中间开有用于安装第二连接板的方孔，所述第二连接板嵌装在旋转底座基板上的方孔内；所述底座旋转步进减速电机通过电机安装架安装在内主动侧板的内侧板上，所述底座旋转步进减速电机轴与所述第二连接板上的中央孔固定配合，通过第二连接板带动旋转底座基板在U型内架构成的内架立方体上进行转动，实现单元模块的旋转运动；所述旋转底座基板上设置有一个被动连接机构，可与主动连接机构连接；主动连接机构包括：四个钩爪、齿轮传动机构和直流电机及其固定架；其中齿轮传动机构安装在第三连接板上，第三连接板嵌装在U型内架的内I型板中间的方孔内，直流电机通过两个电机固定架固定安装在第三连接板上，直流电机的输出轴带动齿轮传动机构驱动四个钩爪转动向外伸出第三连接板表面进行连接动作；四个钩爪的分布设置上，有三个钩爪的旋转方向是同一方向，最后一个钩爪相对其他三个是反向安装及旋转，这样的钩爪结构设计在实现与其他模块正常对接时，同时也完成了两个连接板的位置姿态矫正的功能；所述主动连接机构中的齿轮传动机构包括：一个大锥齿轮、三个小锥齿轮、一个连接大直齿轮、一个连接小直齿轮、两个短连接轴和一个长连接轴；所述的大锥齿轮与连接大直齿轮固结在一起，连接大直齿轮在下方，连接大直齿轮和连接小直齿轮相互啮合并安装于第三连接板内侧板上的对应凹槽内，长连接轴通过钩爪固定轴架安装在第三连接板上，长连接轴中部与一个小锥齿轮固定连接，该小锥齿轮与大锥齿轮啮合，长连接轴的两端各安装一个钩爪，且钩爪的方向相同；两个短连接轴同样通过轴架安装在第三连接板上，两个短连接轴同轴且与长连接轴垂直，两个短连接轴上分别与一个小锥齿轮固定连接，并各安装一个钩爪，且钩爪的方向相反，两个短连接轴上的小锥齿轮与大锥齿轮啮合；直流电机输出轴通过与之固定的连接小直齿轮来带动第三连接板上的连接大直齿轮和大锥齿轮转动，再由大锥齿轮带动其他三个小锥齿轮旋转，完成直流电机对钩爪的传动；五个被动连接机构分别设在U型外架的中间板的外表面、裸露在U型外架的外被动侧板上的圆孔外的内被动侧板上的第一连接板的外表面、U型内架的内L型板的两个外表面以及旋转底座组件中的转动底座基板中的第二连接板的外表面，每个连接板上设有八个长方形通孔，由于主动连接机构是钩爪式的连接方式，并且四个钩爪里有三个是同一方向运动，另一个钩爪是反向运动，所以八个长方形通孔分为四组呈两两对称式分布在各连接板四周，并与主动连接机构中的四个钩爪的位置分别对应，使单元模块的连接板与连接板之间能够在360°方向自由对接；所述的自重构机器人单元模块共有2个自由度，分别为U型内架与U型外架之间360°旋转自由度，以及整个单元模块相对旋转底座基板的360°旋转的平面自由度，以满足不同构型之间的变换。