本發(fā)明涉及一種模塊化可重構(gòu)軟體機(jī)器人，具體涉及用于模塊化軟體機(jī)器人的基于磁性實(shí)現(xiàn)的非接觸式連接與關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，模塊化自重構(gòu)軟體機(jī)器人以其靈活可變的整體構(gòu)型和功能，具有良好的靈活性、環(huán)境適應(yīng)性，在未知環(huán)境和任務(wù)各個(gè)方面都很有巨大應(yīng)用前景，例如太空探索，軍事行軍，工業(yè)生產(chǎn)，醫(yī)療服務(wù)，地震救援中等，但是目前的已有的機(jī)器人關(guān)節(jié)模塊設(shè)計(jì)大以剛性模塊通過運(yùn)動副連接構(gòu)成，這種關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整體可靠性差，成本高，很難大批量，模塊化制作，環(huán)境適應(yīng)性較差，限制了在某些領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用研究。對于軟體機(jī)器人，目前都沒有出現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)，主要一個(gè)原因就在于傳統(tǒng)的剛性連接機(jī)構(gòu)不適用于軟體結(jié)構(gòu)，此外還受限于它的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為解決傳統(tǒng)的剛性連接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體可靠度低，環(huán)境適應(yīng)性差，成本較高，以及不適用于軟體機(jī)器人模塊驅(qū)動的問題，進(jìn)而提供用于模塊化機(jī)器人的非接觸式連接與關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明用于模塊化機(jī)器人的非接觸式連接與關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括主動驅(qū)動模塊、被動驅(qū)動模塊和兩個(gè)軟體球殼；主動驅(qū)動模塊和被動驅(qū)動模塊分別布置在一個(gè)軟體球殼內(nèi)；

所述主動驅(qū)動模塊包括通訊及控制模塊、電機(jī)驅(qū)動器、主動輪軸、殼體、電源、兩個(gè)齒輪副、兩個(gè)主動磁體輪和兩個(gè)電機(jī)；被動驅(qū)動模塊包括連接件和兩個(gè)被動磁體輪；

殼體上布置有通訊及控制模塊、電機(jī)驅(qū)動器、電源和并排設(shè)置的兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的輸出端連接有一個(gè)齒輪副，每個(gè)齒輪副的兩個(gè)齒輪相嚙合，主動輪軸固裝在殼體上，每個(gè)齒輪副的其中一個(gè)齒輪與一個(gè)主動磁體輪連接在一起，連接在一起的齒輪及主動磁體輪轉(zhuǎn)動安裝在主動輪軸上；連接件上布置有同軸設(shè)置的兩個(gè)被動磁體輪，兩個(gè)被動磁體輪能自轉(zhuǎn)，被動磁體輪和主動磁體輪磁極性相反并吸合在一起；電機(jī)驅(qū)動器接收通訊及控制模塊的信號用于驅(qū)動電機(jī)動作，電源給通訊及控制模塊、電機(jī)驅(qū)動器和電機(jī)供電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1、以往都是采用人造肌肉致動，化學(xué)致動、sma致動、電磁制動，微流致動。本發(fā)明為采用雙輪驅(qū)動的方法，使得單個(gè)模塊的復(fù)雜度和成本大大降低，成本降低了45％，提高了機(jī)器人模塊可靠性。

2、本發(fā)明利用軸向磁體既作為驅(qū)動部分也作為被動連接機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速連接，提高了連接機(jī)構(gòu)對相對方位的魯棒性，降低了連接機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度，增加了整體的可靠性，同時(shí)提高關(guān)節(jié)連接與驅(qū)動機(jī)構(gòu)抗破壞的能力。

3、模塊兼具自重構(gòu)特性和多種運(yùn)動特性，通過內(nèi)部模塊間重構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種整體構(gòu)型，利用主動驅(qū)動模塊的運(yùn)動控制可以實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動，便于大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體今結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明主動驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的局部剖視圖；

圖4為本發(fā)明被動驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地說明

參見圖1-圖4說明，用于模塊化機(jī)器人的非接觸式連接與關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括主動驅(qū)動模塊2、被動驅(qū)動模塊3和兩個(gè)軟體球殼1；主動驅(qū)動模塊2和被動驅(qū)動模塊3分別布置在一個(gè)軟體球殼1內(nèi)；

主動驅(qū)動模塊2包括通訊及控制模塊2-1、電機(jī)驅(qū)動器2-3、主動輪軸2-8、殼體2-9、電源2-11、兩個(gè)齒輪副2-4、兩個(gè)主動磁體輪2-5和兩個(gè)電機(jī)2-10；被動驅(qū)動模塊3包括連接件3-2和兩個(gè)被動磁體輪3-1；

殼體2-9上布置有通訊及控制模塊2-1、電機(jī)驅(qū)動器2-3、電源2-11和并排設(shè)置的兩個(gè)電機(jī)2-10，每個(gè)電機(jī)2-10的輸出端連接有一個(gè)齒輪副2-4，每個(gè)齒輪副2-4的兩個(gè)齒輪相嚙合，主動輪軸2-8固裝在殼體2-9上，每個(gè)齒輪副2-4的其中一個(gè)齒輪與一個(gè)主動磁體輪2-5連接在一起，連接在一起的齒輪及主動磁體輪2-5轉(zhuǎn)動安裝在主動輪軸2-8上；連接件3-2上布置有同軸設(shè)置的兩個(gè)被動磁體輪3-1，兩個(gè)被動磁體輪3-1能自轉(zhuǎn)，被動磁體輪3-1和主動磁體輪2-5磁極性相反并相互吸合在一起；電機(jī)驅(qū)動器2-3接收通訊及控制模塊2-1的信號用于驅(qū)動電機(jī)2-10動作，電源2-11給通訊及控制模塊2-1、電機(jī)驅(qū)動器2-3和電機(jī)2-10供電。

本發(fā)明模塊機(jī)器人非接觸式關(guān)節(jié)連接與驅(qū)動機(jī)構(gòu)，分為主動驅(qū)動模塊和被動驅(qū)動模塊，他們之間通過主被動模塊的連接與磁體輪進(jìn)行連接，由于磁體輪是軸向充磁的，它既能為其提供連接力，也能保證對中性，此外它還能保證受到外界沖擊的時(shí)候模塊之間相互分離，且保持可恢復(fù)的能力。主動驅(qū)動模塊由無線與通訊及控制模塊接受指令，然后通過電機(jī)驅(qū)動器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)主動驅(qū)動模塊的運(yùn)動。

本發(fā)明通過主動驅(qū)動模塊和被動驅(qū)動模塊將軟體球殼連接起來，可以實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人直線運(yùn)動、蛇形運(yùn)動、翻轉(zhuǎn)、越障等多種形式的運(yùn)動，同時(shí)多個(gè)模塊間可以任意組合，實(shí)現(xiàn)各種構(gòu)型。

為了保證軟體機(jī)器人運(yùn)動，軟體球殼采用柔性材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)多種構(gòu)型，優(yōu)選地，軟體球殼1為熱塑性塑料。優(yōu)選地，軟體球殼1為硅膠球殼。

參見圖2說明，為了保證運(yùn)動的可靠穩(wěn)定，每個(gè)齒輪副的兩個(gè)齒輪分別為小齒輪和大齒輪，電機(jī)2-10輸出端連接小齒輪，主動磁體輪2-5連接大齒輪，小齒輪和大齒輪的傳動比為1:2。

優(yōu)選地，主動磁體輪2-5和被動磁體輪3-1均為磁鐵輪。如此設(shè)置，取材方便，廉價(jià)易得。優(yōu)選地，主動磁體輪2-5和被動磁體輪3-1替換為線圈通電產(chǎn)生磁性的電磁輪，電源2-11(或不間斷電源)通過導(dǎo)線及安裝在電磁輪的輪軸上的滑環(huán)與電磁輪電連接。

主動驅(qū)動模塊2還包括兩個(gè)主動輪套2-6和兩個(gè)主動彈簧擋圈2-7；連接在一起的齒輪及主動磁體輪2-5套裝在轉(zhuǎn)動安裝于輪軸2-8上的主動輪套2-6上，主動輪套2-6通過安裝在輪軸2-8端部的主動彈簧擋圈2-7定位。連接件3-2為桿狀結(jié)構(gòu)，被動驅(qū)動模塊3還包括被動輪軸3-5、兩個(gè)被動輪套3-3和被動彈簧擋圈3-4；被動輪軸3-5固裝在連接件3-2上，被動磁體輪3-1套裝在轉(zhuǎn)動安裝于被動輪軸3-5上的被動輪套3-3上，被動輪套3-3通過安裝在被動輪軸3-5上的被動彈簧擋圈3-4定位。主動磁體輪2-5通過主動輪套2-6轉(zhuǎn)動連接在輪軸2-8上，被動磁體輪3-1通過被動輪套3-3轉(zhuǎn)動連接在輪軸2-8上，由主動彈簧擋圈2-7和被動彈簧擋圈3-4分別定位。結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。

以上實(shí)施例用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明的精神和原則的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
用于模塊化機(jī)器人的非接觸式連接與關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它涉及一種模塊化可重構(gòu)軟體機(jī)器人，以解決傳統(tǒng)的剛性連接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體可靠度低，環(huán)境適應(yīng)性差，成本較高，以及不適用于軟體機(jī)器人模塊驅(qū)動的問題，包括主動驅(qū)動模塊、被動驅(qū)動模塊和兩個(gè)軟體球殼；主動驅(qū)動模塊和被動驅(qū)動模塊分別布置在一個(gè)軟體球殼內(nèi)；主動驅(qū)動模塊包括通訊及控制模塊、電機(jī)驅(qū)動器、主動輪軸、殼體、電源、兩個(gè)齒輪副、兩個(gè)主動磁體輪和兩個(gè)電機(jī)；被動驅(qū)動模塊包括連接件和兩個(gè)被動磁體輪；殼體上布置有通訊及控制模塊、電機(jī)驅(qū)動器、電源和并排設(shè)置的兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)的輸出端連接有一個(gè)齒輪副，每個(gè)齒輪副的兩個(gè)齒輪相嚙合。本發(fā)明用于制作模塊化軟體機(jī)器人。

技術(shù)研發(fā)人員：朱延河;別東洋;張宇;陳注詳;趙傳武;趙杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.25
技術(shù)公布日：2017.11.07