CN118514116A - 一种仿生机器人可重构模块化关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种仿生机器人可重构模块化关节结构，包括后连接块，后连接块固定连接有第一角度调节机构一端，第一角度调节机构另一端固定连接有联轴器机构一端，联轴器机构另一端固定连接有第二角度调节机构一端，第二角度调节机构的调节方向与第一角度调节机构的调节方向空间垂直，第二角度调节机构另一端固定连接有前连接块，联轴器机构上设置有快速锁紧机构。本发明可以实现多节仿生机器人各躯干的左右摆动和上下摆动，同时可以实现节与节之间的快速拆装，方便携带，大大提升了机器人的可携带性以及复杂环境下的可用性。

Description

一种仿生机器人可重构模块化关节结构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种仿生机器人可重构模块化关节结构。

背景技术

侦察探测平台经常需要在未知的危险或恶劣环境中进行侦察或探测工作，在此过程中，受复杂的地形环境、侦察探测平台、自身的尺寸、通信信号的传输等因素的影响，导致传统侦察探测平台工作效率低、应用领域及场景少、使用条件及要求高，而无法在军事应用或灾后救援行动中实现其基本的侦察探测功能。

相对于其他侦测平台，多节仿生机器人可以在多种复杂地形中灵活运用，被广泛应用于楼道、煤矿、管道等复杂环境及危险环境中，不仅能够保障工作人员的安全，还能有效地完成侦察任务。然而，目前国内研制的多节仿生机器人通常未进行快速拆装、组装设计，多节仿生机器人需装配完成后整体进行运输、部署，实际携带占用体积大，在狭窄的地方执行任务时，携带、使用较为不便。

因此，需要设计一种仿生机器人可重构模块化关节结构以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生机器人可重构模块化关节结构，提升在恶劣环境下仿生机器人携带、使用的便携性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种仿生机器人可重构模块化关节结构，包括后连接块，所述后连接块固定连接有第一角度调节机构一端，所述第一角度调节机构另一端固定连接有联轴器机构一端，所述联轴器机构另一端固定连接有第二角度调节机构一端，所述第二角度调节机构的调节方向与所述第一角度调节机构的调节方向空间垂直，所述第二角度调节机构另一端固定连接有前连接块，所述联轴器机构上设置有快速锁紧机构。

优选的，所述联轴器机构包括联轴器插头和联轴器插座，所述联轴器插头与所述联轴器插座可拆卸连接，所述联轴器插头与所述第一角度调节机构端部固定连接，所述联轴器插头远离所述第一角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮孔，所述联轴器插座与所述第二角度调节机构端部固定连接，所述联轴器插座远离所述第二角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮座，所述旋钮座与所述旋钮孔一一对应且适配，所述快速锁紧机构设置在对应的所述旋钮座和所述旋钮孔内。

优选的，所述联轴器插头靠近所述联轴器插座的一端固定连接有橡胶垫和若干均匀设置的弹簧针，所述联轴器插座靠近所述联轴器插头的一端固定连接有若干均匀设置的接触片，所述弹簧针与所述接触片一一对应。

优选的，所述联轴器插头靠近所述联轴器插座的一端内侧开设有锥角，所述锥角上开设有键槽，所述联轴器插座靠近所述联轴器插头的一端外侧固定连接有键位，所述键位与所述键槽相适配。

优选的，所述快速锁紧机构包括快速锁紧器，所述快速锁紧器包括锁体，所述锁体一端固定连接有旋钮，所述锁体内部设置有按压弹簧，所述锁体中部外侧壁内部对称固定连接有两个顶珠弹簧，所述顶珠弹簧端部固定连接有顶珠。

优选的，所述锁体远离所述旋钮的一端外侧壁对称固定连接有两个短销。

优选的，所述第一角度调节机构包括抬头电机，所述抬头电机与所述后连接块固定连接，所述抬头电机为双输出轴电机，所述抬头电机的两个输出轴分别固定连接有第一主动齿轮，每个所述第一主动齿轮均啮合有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮为半齿轮，两个所述第一从动齿轮之间固定连接有第一传动轴，所述第一传动轴与所述联轴器插头转动连接。

优选的，所述第二角度调节机构包括转向电机，所述转向电机与所述前连接块固定连接，所述转向电机为双输出轴电机，所述转向电机的两个输出轴分别固定连接有第二主动齿轮，每个所述第二主动齿轮均啮合有第二从动齿轮，所述第二从动齿轮为半齿轮，两个所述第二从动齿轮之间固定连接有第二传动轴，所述第二传动轴与所述联轴器插座转动连接，所述第二从动齿轮与所述第一从动齿轮的转动方向空间垂直。

优选的，所述后连接块和所述前连接块上均开设有走线孔和若干螺纹孔。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明利用设置的第一角度调节机构和第二角度调节机构能够实现多节仿生机器人各躯干的左右摆动与上下摆动；同时设置的联轴器机构和快速锁紧机构能够实现节与节之间的快速拆装，方便携带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明联轴器插座结构示意图；

图3为本发明联轴器插头结构示意图；

图4为本发明快速锁紧器结构示意图；

图5为本发明对接状态示意图；

图6为本发明快速锁紧器插入状态示意图；

图7为本发明快速锁紧器锁紧状态示意图；

图8为本发明抬头状态示意图；

图9为本发明转向状态示意图。

其中，1、螺纹孔；2、走线孔；3、后连接块；4、抬头电机；5、第一主动齿轮；6、第一从动齿轮；7、第一传动轴；8、快速锁紧器；9、联轴器插头；10、联轴器插座；11、第二传动轴；12、第二从动齿轮；13、第二主动齿轮；14、转向电机；15、前连接块；16、键位；17、接触片；18、旋钮座；19、第一插针座；20、键槽；21、弹簧针；22、锥角；23、橡胶垫；24、旋钮孔；25、第二插针座；26、旋钮；27、顶珠；28、按压弹簧；29、顶珠弹簧；30、短销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1至图9所示，本发明提供一种仿生机器人可重构模块化关节结构，包括后连接块3，后连接块3固定连接有第一角度调节机构一端，第一角度调节机构另一端固定连接有联轴器机构一端，联轴器机构另一端固定连接有第二角度调节机构一端，第二角度调节机构的调节方向与第一角度调节机构的调节方向空间垂直，第二角度调节机构另一端固定连接有前连接块15，联轴器机构上设置有快速锁紧机构。

仿生机器人通过将各节端部的联轴器机构进行对接，再旋入快速锁紧机构进行固定，从而快速完成机械连接、机械锁紧等功能。

进一步优化方案，联轴器机构包括联轴器插头9和联轴器插座10，联轴器插头9与联轴器插座10可拆卸连接，联轴器插头9与第一角度调节机构端部固定连接，联轴器插头9远离第一角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮孔24，联轴器插座10与第二角度调节机构端部固定连接，联轴器插座10远离第二角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮座18，旋钮座18与旋钮孔24一一对应且适配，快速锁紧机构设置在对应的旋钮座18和旋钮孔24内。

进一步的，联轴器插座10上设置有第一插针座19，联轴器插头9上设置有第二插针座25，第一插针座19和第二插针座25用于躯干之间的供电及信号传输。

进一步优化方案，联轴器插头9靠近联轴器插座10的一端固定连接有橡胶垫23和若干均匀设置的弹簧针21，联轴器插座10靠近联轴器插头9的一端固定连接有若干均匀设置的接触片17，弹簧针21与接触片17一一对应。

采用弹簧针21结构，相比于传统的针孔式接触件，弹簧针21在接触时有弹性，在误差对接时可以先压缩弹簧针21，在接触过程中可实现径向移动，并在对接到位还有弹簧针21也接触到位，从而避免在联轴器插头9、联轴器插座10对接时接触件弯针、折断等问题。

进一步优化方案，联轴器插头9靠近联轴器插座10的一端内侧开设有锥角22，锥角22上开设有键槽20，联轴器插座10靠近联轴器插头9的一端外侧固定连接有键位16，键位16与键槽20相适配。

通过锥角22的设计实现对机构快速连接时的偏差校正。联轴器插头9、联轴器插座10插合处形状为两段圆弧和两段直边结合的跑道形。插合处的锥角22可以使得当联轴器插头9和联轴器插座10轴向存在一定偏差，或者角度不对正时，通过锥角22的导向作用使联轴器插头9和联轴器插座10顺利插合。

设置的键位16和键槽20，可防止联轴器插头9和联轴器插座10反插。在联轴器插头9和联轴器插座10插合界面处安装了橡胶垫23，用于对接口的结构缓冲，防止刚性连接。

进一步优化方案，快速锁紧机构包括快速锁紧器8，快速锁紧器8包括锁体，锁体一端固定连接有旋钮26，锁体内部设置有按压弹簧28，锁体中部外侧壁内部对称固定连接有两个顶珠弹簧29，顶珠弹簧29端部固定连接有顶珠27。

进一步优化方案，锁体远离旋钮26的一端外侧壁对称固定连接有两个短销30。

利用按压弹簧28可通过旋钮26的按压旋转至插入位置的90°方向，顶珠27可卡紧联轴器插头9的旋钮孔24内壁，同时短销30与旋钮座18中的短销孔方向垂直，可进一步保证联轴器插头9、联轴器插座10的连接可靠性。

进一步优化方案，第一角度调节机构包括抬头电机4，抬头电机4与后连接块3固定连接，抬头电机4为双输出轴电机，抬头电机4的两个输出轴分别固定连接有第一主动齿轮5，每个第一主动齿轮5均啮合有第一从动齿轮6，第一从动齿轮6为半齿轮，两个第一从动齿轮6之间固定连接有第一传动轴7，第一传动轴7与联轴器插头9转动连接。

进一步优化方案，第二角度调节机构包括转向电机14，转向电机14与前连接块15固定连接，转向电机14为双输出轴电机，转向电机14的两个输出轴分别固定连接有第二主动齿轮13，每个第二主动齿轮13均啮合有第二从动齿轮12，第二从动齿轮12为半齿轮，两个第二从动齿轮12之间固定连接有第二传动轴11，第二传动轴11与联轴器插座10转动连接，第二从动齿轮12与第一从动齿轮6的转动方向空间垂直。

进一步优化方案，后连接块3和前连接块15上均开设有走线孔2和若干螺纹孔1。

后连接块3和前连接块15分别通过四个螺纹孔1与躯干连接，并通过中部的走线孔2为关节中的抬头电机4和转向电机14供电。

本发明的可重构模块化关节能够实现机械、电气上的灵活拆卸：当仿生机器人各节需要进行组装时，将联轴器插头9、联轴器插座10进行对接，对接完成后，再装入快速锁紧器8进行固定，从而快速完成机械连接、机械锁紧等功能。同时，在联轴器插头9、联轴器插座10对接完成后，其内部设置的弹簧针21与接触片17也接触到位，可实现各躯干之间的电气信号快速互连。

本发明的可重构模块化关节能够实现关节的举升动作：仿生机器人躯干安装有摄像头，为了能够在遮挡环境下更好地观测周围环境，机器人关节需能够上下摆动。抬头电机4伸出的输出轴带动第一主动齿轮5转动，与第一主动齿轮5啮合的第一从动齿轮6随之转动，从而带动与第一从动齿轮6固定连接的第一传动轴7及联轴器机构转动，最终实现躯干的举升。

本发明的可重构模块化关节能够实现关节的横摆动作：为了使得机器人能够在复杂地形上能够灵活前进，关节需能够左右横向摆动。转向电机14伸出的输出轴带动第二主动齿轮13转动，与第二主动齿轮13啮合的第二从动齿轮12随之转动，从而带动与第二从动齿轮12固定连接的第二传动轴11及联轴器机构转动，最终实现躯干的左右转向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，包括后连接块(3)，所述后连接块(3)固定连接有第一角度调节机构一端，所述第一角度调节机构另一端固定连接有联轴器机构一端，所述联轴器机构另一端固定连接有第二角度调节机构一端，所述第二角度调节机构的调节方向与所述第一角度调节机构的调节方向空间垂直，所述第二角度调节机构另一端固定连接有前连接块(15)，所述联轴器机构上设置有快速锁紧机构。

2.根据权利要求1所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述联轴器机构包括联轴器插头(9)和联轴器插座(10)，所述联轴器插头(9)与所述联轴器插座(10)可拆卸连接，所述联轴器插头(9)与所述第一角度调节机构端部固定连接，所述联轴器插头(9)远离所述第一角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮孔(24)，所述联轴器插座(10)与所述第二角度调节机构端部固定连接，所述联轴器插座(10)远离所述第二角度调节机构的一端对称设置有两个旋钮座(18)，所述旋钮座(18)与所述旋钮孔(24)一一对应且适配，所述快速锁紧机构设置在对应的所述旋钮座(18)和所述旋钮孔(24)内。

3.根据权利要求2所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述联轴器插头(9)靠近所述联轴器插座(10)的一端固定连接有橡胶垫(23)和若干均匀设置的弹簧针(21)，所述联轴器插座(10)靠近所述联轴器插头(9)的一端固定连接有若干均匀设置的接触片(17)，所述弹簧针(21)与所述接触片(17)一一对应。

4.根据权利要求2所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述联轴器插头(9)靠近所述联轴器插座(10)的一端内侧开设有锥角(22)，所述锥角(22)上开设有键槽(20)，所述联轴器插座(10)靠近所述联轴器插头(9)的一端外侧固定连接有键位(16)，所述键位(16)与所述键槽(20)相适配。

5.根据权利要求2所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述快速锁紧机构包括快速锁紧器(8)，所述快速锁紧器(8)包括锁体，所述锁体一端固定连接有旋钮(26)，所述锁体内部设置有按压弹簧(28)，所述锁体中部外侧壁内部对称固定连接有两个顶珠弹簧(29)，所述顶珠弹簧(29)端部固定连接有顶珠(27)。

6.根据权利要求5所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述锁体远离所述旋钮(26)的一端外侧壁对称固定连接有两个短销(30)。

7.根据权利要求2所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述第一角度调节机构包括抬头电机(4)，所述抬头电机(4)与所述后连接块(3)固定连接，所述抬头电机(4)为双输出轴电机，所述抬头电机(4)的两个输出轴分别固定连接有第一主动齿轮(5)，每个所述第一主动齿轮(5)均啮合有第一从动齿轮(6)，所述第一从动齿轮(6)为半齿轮，两个所述第一从动齿轮(6)之间固定连接有第一传动轴(7)，所述第一传动轴(7)与所述联轴器插头(9)转动连接。

8.根据权利要求7所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述第二角度调节机构包括转向电机(14)，所述转向电机(14)与所述前连接块(15)固定连接，所述转向电机(14)为双输出轴电机，所述转向电机(14)的两个输出轴分别固定连接有第二主动齿轮(13)，每个所述第二主动齿轮(13)均啮合有第二从动齿轮(12)，所述第二从动齿轮(12)为半齿轮，两个所述第二从动齿轮(12)之间固定连接有第二传动轴(11)，所述第二传动轴(11)与所述联轴器插座(10)转动连接，所述第二从动齿轮(12)与所述第一从动齿轮(6)的转动方向空间垂直。

9.根据权利要求1所述的一种仿生机器人可重构模块化关节结构，其特征在于，所述后连接块(3)和所述前连接块(15)上均开设有走线孔(2)和若干螺纹孔(1)。