一种模块化自重构机器人及其变形控制方法

摘要

一种模块化自重构机器人及其变形控制方法，机器人由单体连接构成，实现“一”构型和“十”构型，机器人的初始构型是“一”构型，将自身分为首模块、中间模块和尾模块三部分，接到变形控制命令时，首、尾模块和中间模块的对接机构实现分离，分离后，中间模块进行旋转，直至和首、尾模块成垂直状态；自动对接过程包括对接面初始相对角度调整、对接面相对角度偏差和相对位移偏差调整以及对接机构的锁紧，最终实现首、尾模块和中间模块的对接，完成由“一”构型到“十”构型的变形，其逆过程也可实现由“十”构型到“一”构型的变形。本发明的机器人及其控制方法可简单有效地实现单体之间的分离、对接，完成“一”构型和“十”构型之间的变形。

主权项

一种模块化自重构机器人，其特征是由至少三个单体连接构成，实现“一”构型和“十”构型，所述单体由前、中、后三个关节依次连接组成，所述关节包括两个U形框和舵机，所述U形框由一个底面和两个连接臂组成，连接臂对称设置在底面的两侧；两个U形框的连接臂上设有铰接孔，两个U形框通过铰接孔铰接在一起，转动连接，舵机固定在其中一个U形框内，驱动另一个U形框转动；前、中、后三个关节之间通过U形框的底面相互固定连接，所述单体放置在水平面上时，前关节和后关节俯仰转动，中关节左右转动；所述单体连接构型，“一”构型时，各单体前后关节相连成直链，单体之间相互连接的U形框底面上分别设有对接锥头和卡接孔，底面中间设有对接锥头的U形框称为对接公头，底面中间设有卡接孔的U形框称为对接母头，所述对接锥头与卡接孔构成卡接结构，对接公头的底面中间设有圆孔，对接锥头穿过所述圆孔连接一旋转齿轮，对接公头的底面上还设有直流电机，所述直流电机的输出轴驱动旋转齿轮，带动对接锥头旋转，对接锥头侧面设有卡齿，卡接孔直径与对接锥头一致，设有对应所述卡齿的卡槽，对接公头与对接母头连接时，对接锥头对应卡槽位置穿过卡接孔，旋转后，卡齿卡在卡接孔未设卡槽的边缘，实现卡接；“十”构型时，将“一”构型中的单体分为首模块、中间模块和尾模块三个部分，每个模块包括至少一个单体，十字交叉点位于中间模块，中间模块在所述十字交叉点位置的两侧设有连接面，连接面上设有卡接孔，首模块和尾模块通过连接锥头连接至所述连接面的卡接孔，得到“十”构型；其中，首模块和尾模块与连接面连接的U形框底面上设有一对红外接收管，对接母头及连接面上设有一对红外发射管。