CN106002992B - 一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，为解决现有机器人模块结构复杂，可靠性差，不能批量化生产的问题。所述壳体包括模块座和四个支腿，模块座为方形盒体，四个支腿分别位于模块座下面的四角处，每个凹槽中嵌装一个径向磁铁，每个竖向孔中嵌装一个竖向磁铁，每个支腿的下端设置一个支脚，电机设置在电机槽中，减速器的输入端与电机的输出端连接，驱动轮固装在减速器的输出轴上，转动轴的下端通过连接元件与电机座连接，转动轴的中部支撑在轴承中，轴承安装在轴承座板中，轴承座板与模块座固定连接，外齿轮套装在转动轴的上端，内齿轮与外齿轮啮合，内齿轮与模块座固定连接。本发明可用于自重构机器人、变形机器人以及群机器人的通用研究平台。

Description

一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人

技术领域

本发明涉及一种模块化自重构移动机器人，具体涉及一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人。

背景技术

目前，对于模块化自重构移动机器人来讲，模块间的连接机构设计是至关重要的一环。目前已有的连接机构大多是以机械连接结构为主，这种结构对运动精度要求高，快速连接性能差，而且模块个体的多个连接面都有单独电机驱动，使得模块结构过于复杂，功耗大，从而导致模块可靠性降低，其成本也高，很难批量化。

发明内容

本发明为解决现有模块化自重构移动机器人，模块间的连接机构大多是以机械连接结构为主，这种结构对运动精度要求高，快速连接性能差，而且模块个体的多个连接面都由单独电机驱动，使得模块结构过于复杂，功耗大，从而导致模块可靠性降低的问题，而提出一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人。

本发明的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人包括至少两个模块，两个模块并排布置，每个模块包括壳体、电机座、电机、减速器、驱动轮、转动轴、轴承、轴承座板、外齿轮、内齿轮、两个连接元件、四个径向磁铁、四个竖向磁铁和四个支脚，所述壳体包括模块座和四个支腿，模块座为方形盒体，方形盒体上端为敞开式腔体，四个支腿分别位于模块座下面的四角处，模块座的每个侧壁的内侧中间位置设有凹槽，每个凹槽中嵌装一个径向磁铁，每个支腿的下端设有竖向孔，每个竖向孔中嵌装一个竖向磁铁，每个支腿的下端设置一个支脚，电机座的上端设有电机槽，电机设置在电机槽中，减速器的输入端与电机的输出端连接，驱动轮固装在减速器的输出轴上，转动轴的下端通过连接元件与电机座连接，转动轴的中部支撑在轴承中，轴承安装在轴承座板中，轴承座板与模块座固定连接，外齿轮套装在转动轴的上端，内齿轮与外齿轮啮合，内齿轮与模块座固定连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明采用了单轮驱动的方式，降低了机构的复杂度和功耗，使得单个模块的复杂度和成本大大降低，模块壳体内部嵌装了径向磁铁和竖向磁铁，通过径向磁铁和竖向磁铁使得邻接的模块可实现任意相对方位的自动连接，从而保证了模块间能够快速、可靠的连接与断开，本发明增加了整体的可靠性。

二、模块兼具自重构特性和移动特性，通过内部模块间重构实现多种整体构型，并具有轮式移动能力。

三、所设计机器人以阵列式模块化自重构机器人理论模型与设计参考，可作为自重构机器人、变形机器人以及群机器人的通用研究平台。鉴于自重构机器人的构型可重构和功能自适应特性，所设计机器人在未来抢险救灾，太空探索等复杂、未知环境与任务中发挥重要作用。作为新概念机器人的一种物理样机，可作为教育机器人演示自组织机器人、分布式机器人的相关概念。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图；

图2是单个模块A的立体图；

图3是图2的B-B剖视图；

图4是图2的C-C剖视图；

图5是电机座2、驱动轮5、转动轴6、轴承8、轴承座板9的连接关系示意图；

图6是电机座2、电机3、减速器4、驱动轮5、转动轴6、轴承8、外齿轮10的分解图；

图7是本发明的工作原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式包括至少两个模块A，两个模块A并排布置，每个模块A包括壳体1、电机座2、电机3、减速器4、驱动轮5、转动轴6、轴承8、轴承座板9、外齿轮10、内齿轮11、两个连接元件7、四个径向磁铁12、四个竖向磁铁13和四个支脚14，壳体1包括模块座1-1和四个支腿1-2，模块座1-1为方形盒体，方形盒体上端为敞开式腔体1-1-1，四个支腿1-2分别位于模块座1-1下面的四角处，模块座1-1的每个侧壁的内侧中间位置设有凹槽1-1-2，每个凹槽1-1-2中嵌装一个径向磁铁12，每个支腿1-2的下端设有竖向孔1-2-1，每个竖向孔1-2-1中嵌装一个竖向磁铁13，每个支腿1-2的下端设置一个支脚14，电机座2的上端设有电机槽2-1，电机3设置在电机槽2-1中，减速器4的输入端与电机3的输出端连接，驱动轮5固装在减速器4的输出轴上，转动轴6的下端通过连接元件7与电机座2连接，转动轴6的中部支撑在轴承8中，轴承8安装在轴承座板9中，轴承座板9与模块座1-1固定连接，外齿轮10套装在转动轴6的上端，内齿轮11与外齿轮10啮合，内齿轮11与模块座1-1固定连接。

具体实施方式二：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的四个支腿1-2与模块座1-1制成一体。这样设计使得壳体1稳定性好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4和图6说明本实施方式，本实施方式的外齿轮10与转动轴6过渡配合。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式的模块座1-1的下端设有轴承座板安装槽1-1-3，轴承座板9与轴承座板安装槽1-1-3过渡配合。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的径向磁铁12可在凹槽1-1-2中自由转动。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的竖向磁铁13可在竖向孔1-2-1中自由转动。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的敞开式腔体1-1-1内且位于方形盒体的底部设有走线孔15和传动孔16。走线孔15用于穿电机3的电源线和数据线，传动孔16用于传递运动到齿轮11，经过齿轮11和外齿轮10的啮合将运动传递到转动轴6。其它步骤与具体实施方式六相同。

本发明的工作原理：见图7，传动孔16经内齿轮11与外齿轮10啮合控制转动轴6的转动，进而控制电机3和驱动轮5的轴线指向。电机3启动，通过减速器4带动驱动轮5转动，由于在壳体1的四个连接面上设置径向磁铁12及四个支腿1-2中设置竖向磁铁13，使得邻接模块可实现任意相对方位的自动连接，径向磁铁2与竖向磁铁3构成保持模块间连接关系的连接力，相邻两个壳体之间的两个竖向磁铁3自动吸引为相对转动的相邻模块提供转轴K-K，驱动轮5带动带动模块A转动，左侧的模块A上的竖向磁铁13与右侧的模块A上的竖向磁铁13相互吸引，使得转动的模块A始终绕转轴K-K转动。

Claims (7)

1.一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，所述机器人包括至少两个模块(A)，两个模块(A)并排布置，每个模块(A)包括壳体(1)、电机座(2)、电机(3)、减速器(4)、驱动轮(5)、转动轴(6)、轴承(8)、轴承座板(9)、外齿轮(10)、内齿轮(11)、两个连接元件(7)、四个径向磁铁(12)、四个竖向磁铁(13)和四个支脚(14)，所述壳体(1)包括模块座(1-1)和四个支腿(1-2)，模块座(1-1)为方形盒体，方形盒体上端为敞开式腔体(1-1-1)，四个支腿(1-2)分别位于模块座(1-1)下面的四角处，模块座(1-1)的每个侧壁的内侧中间位置设有凹槽(1-1-2)，每个凹槽(1-1-2)中嵌装一个径向磁铁(12)，每个支腿(1-2)的下端设有竖向孔(1-2-1)，每个竖向孔(1-2-1)中嵌装一个竖向磁铁(13)，每个支腿(1-2)的下端设置一个支脚(14)，电机座(2)的上端设有电机槽(2-1)，电机(3)设置在电机槽(2-1)中，减速器(4)的输入端与电机(3)的输出端连接，驱动轮(5)固装在减速器(4)的输出轴上，转动轴(6)的下端通过连接元件(7)与电机座(2)连接，转动轴(6)的中部支撑在轴承(8)中，轴承(8)安装在轴承座板(9)中，轴承座板(9)与模块座(1-1)固定连接，外齿轮(10)套装在转动轴(6)的上端，内齿轮(11)与外齿轮(10)啮合，内齿轮(11)与模块座(1-1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述四个支腿(1-2)与模块座(1-1)制成一体。

3.根据权利要求1或2所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述外齿轮(10)与转动轴(6)过渡配合。

4.根据权利要求3所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述模块座(1-1)的下端设有轴承座板安装槽(1-1-3)，轴承座板(9)与轴承座板安装槽(1-1-3)过渡配合。

5.根据权利要求4所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述径向磁铁(12)可在凹槽(1-1-2)中自由转动。

6.根据权利要求5所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述竖向磁铁(13)可在竖向孔(1-2-1)中自由转动。

7.根据权利要求6所述的一种单轮驱动的模块化自重构移动机器人，其特征在于：所述敞开式腔体(1-1-1)内且位于方形盒体的底部设有走线孔(15)和传动孔(16)。