CN112356017B - 一种可重构机器人单元模块及可重构机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可重构机器人单元模块，包括主杆、连接杆、支杆，主杆的一端通过第一减速器与连接杆一端转动连接，连接杆另一端通过第二减速器与支杆的侧壁转动连接，支杆的一端连接有第一夹持对接件，支杆的另一端连接有第二夹持对接件，支杆上设有夹持控制机构，夹持控制机构用于控制第一夹持对接件和第二夹持对接件夹紧或松开。本发明还涉及一种可重构机器人，包括底座以及至少一个可重构机器人单元模块。本发明的可重构机器人单元模块能够稳定地夹持住另一个单元模块，实现多个单元模块的连接；本发明的可重构机器人自由度多，运行平稳顺畅，环境适应能力强，能够满足多重环境的任务要求。

Description

一种可重构机器人单元模块及可重构机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可重构机器人单元模块及可重构机器人。

背景技术

近三十年来，信息技术、新材料技术等科学学科技术的快速发展与广泛应用，引起了全球制造业的巨大变革。工业机器人作为一种高新数字化智能装备，以其高效率、高灵活性等优势已经被广泛应用于机械加工、汽车及汽车零部件制造等众多工业领域，成为了柔性制造系统(FMS)、工业自动化(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的先进自动化工具。然而，随着工业机器担任的任务越来越复杂多样，传统构型的机器人将不足以满足多重环境的任务要求，为了满足多重环境的任务要求，开始使用可重构机器人，可重构机器人是一种能根据任务的需要和环境的变化，重新构型的机器人，它一般是由多个同种或不同种的单元模块通过连接组成，各模块间有统一的接口环境，可用于传递力、运动和能量等，通过模块之间的连接断开操作，进行重组改变整体构型，扩展运动形式，完成多种运动及操作任务。与传统的固定构型机器人相比较，可重构机器人环境适应能力强，并且对于零件损坏的包容性更高，模块化组合式设计能够提高零件的通用性。然而，现有的可重构机器人的单元模块通常存在以下问题，单体模块自由度较少，连接方式精度较低，单元模块较为复杂、成本高、不便于推广与普及等。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供一种可重构机器人单元模块，该单元模块具有两个自由度，该单元模块通过两个夹持对接件能稳定地夹持住另一个单元模块，实现多个单元模块的连接。

本发明的第二个目的是：提供一种可重构机器人，该可重构机器人由至少一个可重构机器人单元模块构成，该可重构机器人具有多个自由度，灵活度高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可重构机器人单元模块，包括主杆、连接杆、支杆，主杆的一端通过第一减速器与连接杆一端转动连接，连接杆另一端通过第二减速器与支杆的侧壁转动连接，支杆的一端连接有第一夹持对接件，支杆的另一端连接有第二夹持对接件，支杆上设有夹持控制机构，夹持控制机构用于控制第一夹持对接件和第二夹持对接件夹紧或松开。

进一步的，主杆内设有第一伺服电机，第一伺服电机与第一减速器连接并驱动连接杆在主杆上转动；连接杆内设有第二伺服电机，第二伺服电机与第二减速器连接并驱动支杆在连接杆上转动。

进一步的，夹持控制机构包括电机安装架、第一转轴和第二转轴，电机安装架固定在支杆侧壁上，电机安装架上安装有第三伺服电机，第三伺服电机的输出轴上套装有主动锥齿轮，第一转轴的一端套装有第一从动锥齿轮，第一转轴的另一端套装有第一圆柱齿轮，第二转轴的一端套装有第二从动锥齿轮，第二转轴的另一端套装有第二圆柱齿轮，主动锥齿轮的一侧与第一从动锥齿轮啮合连接，主动锥齿轮的另一侧与第二从动锥齿轮啮合连接。

进一步的，第一夹持对接件包括第一轴承，第一轴承套装在支杆的一端，第一轴承的内圈与支杆相固定，第一轴承的外圈内侧设有第一齿条，第一齿条与第一圆柱齿轮啮合连接，第一轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第一弧形夹持片，第一弧形夹持片上设有第一弧形导轨，第一轴承的内圈上设有多个与第一弧形导轨相对应的第一调节杆，第一调节杆位于第一弧形导轨中。

进一步的，第二夹持对接件包括第二轴承，第二轴承套装在支杆的另一端，第二轴承的内圈与支杆相固定，第二轴承的外圈内侧设有第二齿条，第二齿条与第二圆柱齿轮啮合连接，第二轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第二弧形夹持片，第二弧形夹持片上设有第二弧形导轨，第二轴承的内圈上设有多个与第二弧形导轨相对应的第二调节杆，第二调节杆位于第二弧形导轨中。

进一步的，第一弧形夹持片的安装方向与第二弧形夹持片的安装方向相反。

进一步的，第一弧形夹持片的数量与第二弧形夹持片的数量均为三个以上。

进一步的，主杆的另一端的侧壁上设有用于与底座连接的卡槽。

一种可重构机器人，包括底座以及至少一个可重构机器人单元模块；

当单元模块的数量为一个时，单元模块的主杆固定在底座上；

当单元模块的数量为两个以上时，其中一个单元模块的主杆固定在底座上，相邻的另一个单元模块的主杆固定在其中一个单元模块的支杆中。

进一步的，底座上设有插槽，与底座连接的单元模块的主杆插入插槽中，底座的侧壁上设有插孔，底座还包括插杆，插杆穿过底座的插孔并卡在主杆的卡槽中。

总的说来，本发明具有如下优点：

1、本发明的可重构机器人单元模块具有两个自由度，并且该单元模块通过两个夹持对接件能稳定地夹持住另一个单元模块，实现多个单元模块的连接。

2、本发明的可重构机器人由至少一个可重构机器人单元模块构成，在使用时，可根据需要调整单元模块的数量，组成不同形式的可重构机器人，该可重构机器人具有多个自由度，灵活度高，环境适应能力强，能够满足多重环境的任务要求。

3、本发明的可重构机器人自由度多，运行平稳顺畅，单元模块的结构简单，单元模块之间的连接精度高，有利于推广与普及。

附图说明

图1是本发明可重构机器人单元模块的结构示意图。

图2是本发明两个可重构机器人单元模块连接的结构示意图。

图3是本发明可重构机器人的结构示意图。

图4是本发明支杆和第一夹持对接件、第二夹持对接件连接的结构示意图。

图5是本发明支杆和第一夹持对接件、第二夹持对接件连接的示意图。

图6是本发明第一夹持对接件的结构示意图。

图7是本发明第一夹持对接件的示意图。

图8是本发明底座的结构示意图。

其中：1为主杆，1-1为卡槽，2为连接杆，3为支杆，4为第一减速器，5为第二减速器，6为第一夹持对接件，6-1为第一轴承，6-2为第一轴承内圈，6-3为第一轴承外圈，6-4为第一齿条，6-5为第一弧形夹持片，6-6为第一弧形导轨，6-7为第一调节杆，7为第二夹持对接件，8为夹持控制机构，8-1为电机安装架，8-2为第三伺服电机，8-3为主动锥齿轮，8-4为第一转轴，8-5为第一从动锥齿轮，8-6为第一圆柱齿轮，8-7为第二转轴，8-8为第二从动锥齿轮，9为底座，9-1为插槽，9-2为插孔，9-3为插杆，10为底部单元模块，11为顶部单元模块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种可重构机器人单元模块，包括主杆、连接杆、支杆，主杆的一端通过第一减速器与连接杆一端转动连接，连接杆另一端通过第二减速器与支杆的侧壁转动连接，即支杆的侧壁上开设有端口，连接杆另一端通过第二减速器与支杆侧壁上的端口转动连接，在本实施方式中，连接杆的一端与连接杆的另一端相互垂直，即连接杆的一端与连接杆的另一端之间的角度为90°，支杆的一端连接有第一夹持对接件，支杆的另一端连接有第二夹持对接件，支杆为圆柱状中空结构，第一夹持对接件和第二夹持对接件用于夹紧或松开另一个单元模块的主杆，另一个单元模块的主杆穿过第一夹持对接件或第二夹持对接件并位于支杆中，支杆上设有夹持控制机构，夹持控制机构用于控制第一夹持对接件和第二夹持对接件夹紧或松开。主杆的另一端的侧壁上设有用于与底座连接的卡槽。

主杆内设有第一伺服电机，第一伺服电机与第一减速器连接并驱动连接杆在主杆上转动，连接杆能够在主杆上360°转动；连接杆内设有第二伺服电机，第二伺服电机与第二减速器连接并驱动支杆在连接杆上转动，支杆能够在连接杆上360°转动。

如图4和图5所示，夹持控制机构包括电机安装架、第一转轴和第二转轴，电机安装架固定在支杆侧壁上，电机安装架上安装有第三伺服电机，第三伺服电机的输出轴上套装有主动锥齿轮，第一转轴的一端套装有第一从动锥齿轮，第一转轴的另一端套装有第一圆柱齿轮，第二转轴的一端套装有第二从动锥齿轮，第二转轴的另一端套装有第二圆柱齿轮，主动锥齿轮的一侧与第一从动锥齿轮啮合连接，主动锥齿轮的另一侧与第二从动锥齿轮啮合连接。第三伺服电机用于驱动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮转动能够带动第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮转动，第一从动锥齿轮转动能够带动第一转轴转动，从而带动第一圆柱齿轮转动，第二从动锥齿轮转动能够带动第二转轴转动，从而带动第二圆柱齿轮转动。

如图6和图7所示，第一夹持对接件包括第一轴承，第一轴承套装在支杆的一端，第一轴承的内圈与支杆相固定，第一轴承的外圈内侧设有第一齿条，第一齿条与第一圆柱齿轮啮合连接，第一轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第一弧形夹持片，第一弧形夹持片上设有第一弧形导轨，第一轴承的内圈上设有多个与第一弧形导轨相对应的第一调节杆，第一调节杆位于第一弧形导轨中。由于第一齿条与第一圆柱齿轮啮合连接，第一圆柱齿轮转动能够带动第一轴承的外圈转动，第一轴承的外圈转动，就能带动第一弧形夹持片转动，由于第一轴承的内圈固定在支杆上，第一轴承的内圈上设有第一调节杆，第一调节杆位于第一弧形导轨中，所以第一弧形夹持片只能沿着第一弧形导轨的方向向中心靠拢夹紧或者向边缘散开松开。

参考图6和图7，第二夹持对接件包括第二轴承，第二轴承套装在支杆的另一端，第二轴承的内圈与支杆相固定，第二轴承的外圈内侧设有第二齿条，第二齿条与第二圆柱齿轮啮合连接，第二轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第二弧形夹持片，第二弧形夹持片上设有第二弧形导轨，第二轴承的内圈上设有多个与第二弧形导轨相对应的第二调节杆，第二调节杆位于第二弧形导轨中。由于第二齿条与第二圆柱齿轮啮合连接，第二圆柱齿轮转动能够带动第二轴承的外圈转动，第二轴承的外圈转动，就能带动第二弧形夹持片转动，由于第二轴承的内圈固定在支杆上，第二轴承的内圈上设有第二调节杆，第二调节杆位于第二弧形导轨中，所以第二弧形夹持片只能沿着第二弧形导轨的方向向中心靠拢夹紧或者向边缘散开松开。

第一弧形夹持片的安装方向与第二弧形夹持片的安装方向相反。当主动锥齿轮转动时，主动锥齿轮能够带动第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮转动，而第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮的转动方向是相反的，所以第一转轴和第二转轴的转动方向也是相反的，第一圆柱齿轮和第二圆柱齿轮的转动方向也是相反的，使得第一轴承的外圈和第二轴承的外圈的转动方向相反，导致第一弧形夹持片和第二弧形夹持片的转动方向相反，为了确保第一弧形夹持片和第二弧形夹持片能够同时向中心靠拢夹紧或者同时向边缘散开松开，将第一弧形夹持片的安装方向与第二弧形夹持片的安装方向相反，使得第一弧形夹持片和第二弧形夹持片的转动方向虽然相反，但是第一弧形夹持片和第二弧形夹持片能够同时向中心靠拢夹紧或者同时向边缘散开松开，保证第一弧形夹持片和第二弧形夹持片能够同时夹紧另一个单元模块的主杆或者同时松开另一个单元模块的主杆。

第一弧形夹持片的数量与第二弧形夹持片的数量均为三个以上。确保第一弧形夹持片和第二弧形夹持片能够夹紧另一个单元模块的主杆，在本实施方式中，第一弧形夹持片的数量与第二弧形夹持片的数量均为三个。

一种可重构机器人，包括底座以及至少一个可重构机器人单元模块；

当单元模块的数量为一个时，单元模块的主杆固定在底座上；

当单元模块的数量为两个以上时，其中一个单元模块的主杆固定在底座上，相邻的另一个单元模块的主杆固定在其中一个单元模块的支杆中。

多个单元模块可通过这样的方式连接起来，可根据需要调整单元模块的数量，组成不同形式的可重构机器人。

如图3所示，在本实施方式中，单元模块的数量为两个，底部的单元模块的主杆固定在底座上，顶部的单元模块的主杆固定在底部的单元模块的支杆中。

如图8所示，底座上设有插槽，与底座连接的单元模块的主杆插入插槽中，底座的侧壁上设有插孔，底座还包括插杆，插杆穿过底座的插孔并卡在主杆的卡槽中，将单元模块固定在底座上。

在使用本发明时，可先将底部单元模块和顶部单元模块连接起来，再将底部单元模块固定在底座上，或者也可以先将底部单元模块固定在底座上，再将顶部单元模块固定在底部单元模块上；将底部单元模块固定在底座上时，底部单元模块上的主杆插入到底座的插槽中，插杆穿过底座的插孔并卡在底部单元模块上的主杆的卡槽中，将底部单元模块固定在底座上；将顶部单元模块固定在底部单元模块上时，顶部单元模块的主杆从底部单元模块的第一夹持对接件或者第二夹持对接件中穿进，并穿入到底部单元模块的支杆中，然后通过底部单元模块的第三伺服电机驱动，将顶部单元模块的主杆夹紧在底部单元模块的支杆中，实现顶部单元模块和底部单元模块的连接。

总的来说，本发明的可重构机器人单元模块具有两个自由度，并且该单元模块通过两个夹持对接件能稳定地夹持住另一个单元模块，实现多个单元模块的连接。本发明的可重构机器人由至少一个可重构机器人单元模块构成，在使用时，可根据需要调整单元模块的数量，组成不同形式的可重构机器人，该可重构机器人具有多个自由度，灵活度高，环境适应能力强，能够满足多重环境的任务要求，运行平稳顺畅，单元模块的结构简单，单元模块之间的连接精度高，有利于推广与普及。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可重构机器人单元模块，其特征在于：包括主杆、连接杆、支杆，主杆的一端通过第一减速器与连接杆一端转动连接，连接杆另一端通过第二减速器与支杆的侧壁转动连接，支杆的一端连接有第一夹持对接件，支杆的另一端连接有第二夹持对接件，支杆上设有夹持控制机构，夹持控制机构用于控制第一夹持对接件和第二夹持对接件夹紧或松开；

夹持控制机构包括电机安装架、第一转轴和第二转轴，电机安装架固定在支杆侧壁上，电机安装架上安装有第三伺服电机，第三伺服电机的输出轴上套装有主动锥齿轮，第一转轴的一端套装有第一从动锥齿轮，第一转轴的另一端套装有第一圆柱齿轮，第二转轴的一端套装有第二从动锥齿轮，第二转轴的另一端套装有第二圆柱齿轮，主动锥齿轮的一侧与第一从动锥齿轮啮合连接，主动锥齿轮的另一侧与第二从动锥齿轮啮合连接；

第一夹持对接件包括第一轴承，第一轴承套装在支杆的一端，第一轴承的内圈与支杆相固定，第一轴承的外圈内侧设有第一齿条，第一齿条与第一圆柱齿轮啮合连接，第一轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第一弧形夹持片，第一弧形夹持片上设有第一弧形导轨，第一轴承的内圈上设有多个与第一弧形导轨相对应的第一调节杆，第一调节杆位于第一弧形导轨中。

2.根据权利要求1所述的一种可重构机器人单元模块，其特征在于：主杆内设有第一伺服电机，第一伺服电机与第一减速器连接并驱动连接杆在主杆上转动；连接杆内设有第二伺服电机，第二伺服电机与第二减速器连接并驱动支杆在连接杆上转动。

3.根据权利要求1所述的一种可重构机器人单元模块，其特征在于：第二夹持对接件包括第二轴承，第二轴承套装在支杆的另一端，第二轴承的内圈与支杆相固定，第二轴承的外圈内侧设有第二齿条，第二齿条与第二圆柱齿轮啮合连接，第二轴承的外圈的侧壁转动连接有多个第二弧形夹持片，第二弧形夹持片上设有第二弧形导轨，第二轴承的内圈上设有多个与第二弧形导轨相对应的第二调节杆，第二调节杆位于第二弧形导轨中。

4.根据权利要求3所述的一种可重构机器人单元模块，其特征在于：第一弧形夹持片的安装方向与第二弧形夹持片的安装方向相反。

5.根据权利要求3所述的一种可重构机器人单元模块，其特征在于：第一弧形夹持片的数量与第二弧形夹持片的数量均为三个以上。

6.根据权利要求1所述的一种可重构机器人单元模块，其特征在于：主杆的另一端的侧壁上设有用于与底座连接的卡槽。

7.一种可重构机器人，其特征在于：包括底座以及至少一个权利要求1-6中任一项所述的一种可重构机器人单元模块；

当单元模块的数量为一个时，单元模块的主杆固定在底座上；

当单元模块的数量为两个以上时，其中一个单元模块的主杆固定在底座上，相邻的另一个单元模块的主杆固定在其中一个单元模块的支杆中。

8.根据权利要求7所述的一种可重构机器人，其特征在于：底座上设有插槽，与底座连接的单元模块的主杆插入插槽中，底座的侧壁上设有插孔，底座还包括插杆，插杆穿过底座的插孔并卡在主杆的卡槽中。

Images