細(xì)胞機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種細(xì)胞機器人，采用球形細(xì)胞機器人單體組成。細(xì)胞機器人單體外殼包括上下兩個形狀相同的半球體，兩個半球體的底面重合裝配且中心對稱軸相互重合；每個半球體的周向上均勻設(shè)置有四個連接面。將兩個半球體形成的球體，用兩個相同的側(cè)棱長與底面邊長相等的正四棱錐構(gòu)成的正八面體相截，正八面體的每個側(cè)面與球體相截得到一個連接面。連接面設(shè)置有連接裝置，并實現(xiàn)兩個連接面之間正反兩種連接方式。每個單體的八個連接面間可與其他細(xì)胞機器人單體的任意連接面連接，于是將多個細(xì)胞機器人單體重構(gòu)成多種多樣的細(xì)胞機器人，可以在不同的環(huán)境，如抗震救災(zāi)、井下作業(yè)、太空探索中完成裝配、焊接等不同的任務(wù)。
【專利說明】細(xì)胞機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種細(xì)胞機器人。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機器人已廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，如工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、 軍事和救災(zāi)等。有些作業(yè)環(huán)境狹窄、多變且存在各種未知障礙，對于采用輪式、腿式等驅(qū)動 方式的傳統(tǒng)機器人自主移動和越障實現(xiàn)相對困難?，F(xiàn)有技術(shù)中也提出了一種球形機器人， 通過改變內(nèi)部重心位置提供移動驅(qū)動力，方向可變性好，能在泥、沙、雪甚至水中行動，也可 在一些危險環(huán)境下活動。
[0003] 目前國內(nèi)外一些著名大學(xué)和科研機構(gòu)也研究過模塊化機器人，例如美國USC的 CONRO和SUPERB0T，清華大學(xué)的組合機器人等，但是上述機器人每個單體只有兩個連接面 而且機器人單體轉(zhuǎn)角范圍有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種細(xì)胞機器人，該細(xì)胞機器人采用模塊化的設(shè)計方式，包括N個 結(jié)構(gòu)完全相同的球形細(xì)胞機器人單體。每個細(xì)胞機器人單體具有八個連接面，而且每兩個 連接面之間有正反兩種連接方式，這就使得多個細(xì)胞機器人單體可以重構(gòu)成多種多樣細(xì)胞 機器人。通過將若干個細(xì)胞機器人單體進(jìn)行重構(gòu)，可以實現(xiàn)多種復(fù)雜構(gòu)型的機器人運動形 式，從而適用不同應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行作業(yè)。
[0005] 本發(fā)明提供了一種球形細(xì)胞機器人單體，外殼包括上下兩個形狀相同的半球體， 兩個半球體的底面重合裝配且中心對稱軸相互重合。每個半球體的周向上均勻設(shè)置有四個 連接面。所述的連接面的獲取方式是：將兩個半球體形成的球體，用兩個相同的側(cè)棱長與底 面邊長相等的正四棱錐構(gòu)成的正八面體相截，正八面體的幾何中心與球體的球心重合，且 正四棱錐的底面與半球體的底面重合，正八面體的每個側(cè)面與球體相截得到一個連接面。
[0006] 連接面設(shè)置有連接裝置，用于實現(xiàn)兩個細(xì)胞機器人單體之間的連接。每個連接面 都可以與其他細(xì)胞機器人單體的任意連接面之間形成正反兩種連接方式。正的連接方式 下，兩個細(xì)胞機器人單體的軸線相互平行，簡稱"軸平行連接"；反的連接方式下，兩個細(xì)胞 機器人單體的軸線相交，簡稱"軸相交連接"。
[0007] -種細(xì)胞機器人，包括兩個以上所述的細(xì)胞機器人單體，每兩個細(xì)胞機器人單體 之間通過連接面設(shè)置的連接裝置相裝配。
[0008] 所述的半球體中設(shè)置有扭矩提供裝置，使得上下兩個半球體繞中心對稱軸相對旋 轉(zhuǎn)。
[0009] 特別地，本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體內(nèi)部提供了一種扭矩提供裝置，該扭矩提供裝 置包括電機、中心齒輪以及三個周邊齒輪。三個周邊齒輪與中心齒輪相嚙合，且三個周邊 齒輪的位置處于一個等邊三角形的三個頂點處。電機輸出動力傳給中心齒輪，中心齒輪帶 動與之嚙合的三個周邊齒輪轉(zhuǎn)動，三個周邊齒輪都與一個半球體殼體上設(shè)置的內(nèi)齒輪相嚙 合，從而帶動內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)，使得其中一個半球體相對另一個半球體產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動。
[0010] 特別地，本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體內(nèi)部提供了一種改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置， 所述的細(xì)胞機器人單體內(nèi)部包括改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置，該點觸滑環(huán)裝置包括滑環(huán)和 彈針，其中滑環(huán)與一個半球體固定連接，彈針與另一個半球體固定連接；滑環(huán)上面分布著多 圈同心的環(huán)形滑道；彈針上面分布著與滑環(huán)上同心的環(huán)形滑道一一對應(yīng)的彈針；當(dāng)滑環(huán)和 彈針在兩個半球體的帶動下產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時，彈針上的彈針觸點頂在滑環(huán)上的環(huán)形滑道里 面滑動，使得滑環(huán)和彈針始終通電連接。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于：
[0012] (1)本發(fā)明所提供的細(xì)胞機器人單體組裝方便，并可根據(jù)需要組裝成機器人，組裝 形式靈活多樣。本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體具有八個連接面，而且每個連接面都可以與其他 細(xì)胞機器人單體的任意連接面之間形成正反兩種連接方式（軸平行連接與軸相交連接）。 這就使得M個細(xì)胞機器人單體可以重構(gòu)成多種多樣的細(xì)胞機器人，可以在不同的環(huán)境，如 抗震救災(zāi)、井下作業(yè)、太空探索中完成裝配、焊接等不同的任務(wù)。
[0013] (2)本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體內(nèi)部提供的傳動裝置的三個小齒輪位于等邊三角形 的三個頂點，等邊三角形分布形式可以使三個小齒輪作用在電機輸出中心齒輪上的徑向力 相互抵消，同時三個小齒輪作用在外殼上大內(nèi)齒輪的徑向力也相互抵消，受力均勻，可承受 更大的負(fù)載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體的主視圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體的俯視圖；
[0016] 圖3是構(gòu)成本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體的球形和正八面體位置及相對大小說明圖； (a)是球體一般大小情況的說明圖，（b)是球體相對正八面體最小時的說明圖，（c)是球體 相對正八面體最大時的說明圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明的兩個細(xì)胞機器人單體正反兩種連接方式的示意圖；(a)是"軸平行 連接"的示意圖，（b)是"軸相交連接"的示意圖；
[0018] 圖5是實現(xiàn)本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體傳動裝置的一個示意圖；
[0019] 圖6是實現(xiàn)本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體傳動裝置的內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖7是本發(fā)明中采用的一種改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖8是本發(fā)明中采用的一種改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置的滑環(huán)示意圖；
[0022] 圖9是本發(fā)明中采用的一種改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置的彈針示意圖；
[0023] 圖10是本發(fā)明的細(xì)胞機器人單體的不同組合構(gòu)型示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025] 細(xì)胞是生命活動的基本單位，通過分裂和分化形成不同的組織，進(jìn)而形成生命體。 受此啟發(fā)，本發(fā)明提供了一種細(xì)胞機器人，通過球形細(xì)胞機器人單體以重構(gòu)的方式可以形 成不同的機器人，例如蟲形機器人，雙足機器人，四足機器人以及機械臂等等。所以本發(fā)明 的細(xì)胞機器人可以在不同的環(huán)境，如抗震救災(zāi)、井下作業(yè)、太空探索中完成裝配、焊接等不 同的任務(wù)。
[0026] 如圖1和2所示，本發(fā)明提供的一種細(xì)胞機器人單體，外殼包括上下兩個形狀相同 的半球體，兩個半球體的底面重合裝配且中心對稱軸相互重合，兩個半球體整體形成一個 球體。每個半球體的周向上均勻設(shè)置有四個連接面。
[0027] 連接面的獲取方式是：將兩個半球體形成的球體，用兩個相同的側(cè)棱長與底面邊 長相等的正四棱錐構(gòu)成的正八面體相截，正八面體的幾何中心與球體的球心重合，且正四 棱錐的底面與半球體的底面重合，正八面體的每個側(cè)面與球體相截得到一個連接面。
[0028] 如圖3的（a)、（b)和（C)所示，細(xì)胞機器人單體球體的球心位于正四棱錐底面中 心位置。設(shè)正四棱錐的側(cè)棱長與底面邊長均為a，即正八面體的棱長為a，球體的直徑為d。 為了保證球體與正八面體的八個側(cè)面相交截得細(xì)胞機器人單體的八個連接面，球體的直徑 d與正八面體的棱長a應(yīng)該滿足如下關(guān)系式：
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種細(xì)胞機器人單體，其特征在于，外殼包括上下兩個形狀相同的半球體，兩個半球 體的底面重合裝配且中心對稱軸相互重合；每個半球體的周向上均勻設(shè)置有四個連接面； 所述的連接面的獲取方式是：將兩個半球體形成的球體，用兩個相同的側(cè)棱長與底面邊長 相等的正四棱錐構(gòu)成的正八面體相截，正八面體的幾何中心與球體的球心重合，且正四棱 錐的底面與半球體的底面重合，正八面體的每個側(cè)面與球體相截得到一個連接面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞機器人單體，其特征在于，所述的連接面在獲取時，設(shè)置 正八面體的棱長a與球體的直徑d滿足如下關(guān)系式：
，
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞機器人單體，其特征在于，所述的連接面設(shè)置有連接裝 置，用于兩個細(xì)胞機器人單體之間連接，兩個連接面之間具有正反兩種連接方式，正的連接 方式下，兩個細(xì)胞機器人單體的軸線相互平行，反的連接方式下，兩個細(xì)胞機器人單體的軸 線相交。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞機器人單體，其特征在于，所述的半球體中設(shè)置有扭矩 提供裝置，使得上下兩個半球體繞中心對稱軸相對旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞機器人單體，其特征在于，所述的細(xì)胞機器人單體包括 扭矩提供裝置，該扭矩提供裝置包括電機、中心齒輪以及相擬合三個周邊齒輪；三個周邊齒 輪與中心齒輪相嚙合，且三個周邊齒輪的位置處于一個等邊三角形的三個頂點處；電機輸 出動力傳給中心齒輪，中心齒輪帶動與之嚙合的三個周邊齒輪轉(zhuǎn)動，三個周邊齒輪都與一 個半球體殼體上設(shè)置的內(nèi)齒輪相嚙合，從而帶動內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)，使得其中一個半球體相對另 一個半球體產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)運動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)胞機器人單體，其特征在于，所述的細(xì)胞機器人單體內(nèi)部 包括改進(jìn)型四通道點觸滑環(huán)裝置，該點觸滑環(huán)裝置包括滑環(huán)和彈針，其中滑環(huán)與一個半球 體固定連接，彈針與另一個半球體固定連接；滑環(huán)上面分布著多圈同心的環(huán)形滑道；彈針 上面分布著與滑環(huán)上同心的環(huán)形滑道一一對應(yīng)的彈針；當(dāng)滑環(huán)和彈針在兩個半球體的帶動 下產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時，彈針上的彈針觸點頂在滑環(huán)上的環(huán)形滑道里面滑動，使得滑環(huán)和彈針 始終通電連接。
7. -種細(xì)胞機器人，包括兩個以上如權(quán)利要求1?6任一所述的細(xì)胞機器人單體，每兩 個細(xì)胞機器人單體之間通過連接面設(shè)置的連接裝置相裝配。
【文檔編號】B62D57/00GK104326031SQ201410594033
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】楊健勃 申請人:北京可以科技有限公司