專利名稱：微型萬向連接裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機器人工程技術領域的連接機構，特別是一種用于微型 自重構機器人的微型萬向連接裝置。
背景技術：
自重構機器人的連接機構是自重構機器人實現自重構的部件，其用于自重構 機器人單體模塊間的相互連接，從而形成新的構型，適應新的任務需要。目前，
自重構機器人的連接機構主要有以下四種基于形狀記憶合金的插銷式連接機 構、電磁式連接機構、永磁式連接機構及機械式連接機構。但這些機構往往是實 現機器人之間固定式的連接，缺少靈活性，而且體積比較大，很難用在微型自重 構機器人上。
經對現有技術的文獻檢索發現，H.0kuyama等在《Proceedings of the Twelfth IEEE International Conference on MEMS》(第12屆IEEE會刊:微電 子微機械系統)1999年一月發表的"Development of Microconnector with Automatic Connecting/Disconnecting Mechanism"("開發——禾中具有自動連接/ 脫離功能的微型連接器")，該文設計了一種電氣和機械一體的微型連接器，直徑 和厚度分別為2.5mm和2mm，實現連接/脫離的鎖緊機構由電磁、永磁和螺旋彈 簧組成，用于微型機器人柔性連接。該連接器優點是體積小，同時實現了機械和 電氣的連接，但是也存在一些不足之處對接精度要求非常高，很難用來作為自 重構移動機器人的自動對接裝置；其結構復雜，采用x射線光刻微細加工技術制
作，造價十分昂貴。
發明內容
本發明的目的在于克服以上技術中的不足，提出一種用于自重構機器人之間 連接的微型萬向連接裝置，結構簡單，易于實現，攜帶該裝置的多個微型機器人 可以很容易自動連接在一起形成新的構型，作為整體在一些極端環境，例如狹窄 管道和大型自由曲面中移動。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括端蓋、底座、球形連接桿、 微馬達、閂片，端蓋的前端與底座活動連接，端蓋后端下部設有一個部分球形輪 廓的凹槽，底座后端上部設有一個部分球形輪廓的凹槽，兩個凹槽組成一個球形 空腔，球形連接桿的一端為球頭，球形連接桿的球頭在兩凹槽空腔內，球形連接 桿的另一端在移動微型機器人固定連接；微馬達固設在底座上；閂片固設在微馬 達的輸出軸上，閂片的長度小于端蓋上對應設置的缺口的長度但大于該缺口的寬 度，同時閂片的寬度還小于該缺口的寬度，通過微馬達控制閂片的位置來限制或 放任端蓋的旋轉，從而實現重構微型機器人之間的連接或脫離。
在所述底座上設置軸承，軸承由人造紅寶石制成。
所述的端蓋和底座上設有銷孔。
在所述端蓋前端設置連接銷，連接銷插在端蓋和底座的銷孔內。 本發明的連接銷設置在紅寶石軸承上，紅寶石軸承可以有效的減小轉動摩 擦力，使得端蓋較容易繞連接銷轉動。
所述微馬達，采用雙定子單轉子結構。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明可以用于自重構機器人之間 的柔性連接，尤其是微型自重構機器人之間的柔性連接，而且結構簡單，制作簡 單，造價便宜，便于大規模推廣應用。
圖1本發明的立體分解圖2本發明底座的立體圖3本發明端蓋的立體圖4本發明球型連接桿的立體具體實施例方式
如圖l、 2、 3及4所示，本實施例包括端蓋l、底座2、球形連接桿3、 微馬達21、閂片23，其連接關系為端蓋1的前端與底座2活動連接，端蓋l
可以繞該連接處自由轉動，端蓋1上設置有缺口 11,其后端下部設有一個部分
球形輪廓的凹槽12;底座2后端上部設有一個部分球形輪廓的凹槽25，該凹槽 25與端蓋1上的凹槽12共同組成一個可以收容該連接桿3的連接球31的空腔,且當端蓋1與底座2處于閉合狀態時該空腔端面的直徑小于該連接球31的直徑， 使得處于該空腔中的球形連接桿3的連接球31不能夠脫離該空腔，只能在該空 腔中轉動；球形連接桿3由桿部32和位于桿部一端的連接球31組成，其中連接 球31容設于由凹槽12和凹槽25組成的空腔中，桿部的另一端可固定在移動微 型機器人的底座上；微馬達21固設在底座2上；閂片23固設在微馬達21的輸 出軸24上，閂片23的長度小于端蓋1上的缺口 11的長度但大于該缺口 11的寬 度，同時閂片23的寬度還小于該缺口 11的寬度，通過微馬達21控制閂片23 的位置來限制或放任端蓋1的旋轉，從而實現重構微型機器人之間的連接或脫 離。
當微馬達21的輸出軸24轉動帶動閂片23轉動到一定角度時，例如當閂片 23的長度方向與缺口 11的長度方向一致時，閂片23可以通過端蓋1上的缺口 11，此時端蓋l可以自由轉動，球形連接桿3的連接球31可以進入或抽離凹槽 12和凹槽25組成的空腔；當微馬達21的輸出軸24轉動帶動閂片23轉動到一 定角度時，例如當閂片23的長度方向與缺口 11的寬度方向一致時，如果此時缺 口 11位于閂片23的下方，則可以限制端蓋1的轉動，使得球形連接桿3的連接 球31可以不能夠進入或抽離凹槽12和凹槽25組成的空腔。
本實施例還包括連接銷4，端蓋1通過連接銷4與底座2活動連接。
所述連接銷4，與端蓋l前端固定。
所述底座2，還包括紅寶石軸承22，其由人造紅寶石制成，設置在底座2 上，固定在端蓋前端的連接銷4設置在紅寶石軸承22上，紅寶石軸承22可以有 效的減小轉動摩擦力，使得端蓋l較容易繞連接銷轉動。
所述微馬達21，采用雙定子單轉子結構。
本實施例的整體尺寸長*高*寬=8.5111111*6.1111111*6111111，用于微型自重構機 器人上，可以實現自重構移動微型機器人之間可以實現自動連接或脫離。其工作 過程如下
機器人A自身的微型萬向連接裝置上沒有球形連接桿3，機器人B自身的 微型萬向連接裝置上設置有球形連接桿3。首先機器人A控制微馬達21旋轉閂 片23，使自身的微型萬向連接裝置處于"開啟"狀態，此時端蓋1可以繞紅寶石軸承22自由轉動。然后機器人B通過一系列的運動使其上的球形連接桿3對 準機器人A的微型萬向連接裝置后端的空腔，由于端蓋l自身重量很小，所以 機器人B上的球形連接桿的連接球可以很容易擠開機器人A微型萬向連接裝置 上的端蓋1而插入機器人A的微型萬向連接裝置后端的空腔。最后機器人A控 制其上的微馬達21旋轉閂片23，使自身的微型萬向連接裝置處于"閉合"狀態， 限制端蓋1的轉動，這樣機器人A和機器人B就可以通過球形連接桿3連接在 一起。
處于"連接狀態"的機器人A和機器人B需要分開時，只需將機器人A上 的微型萬向連接裝置設成"開啟"狀態即可。
權利要求
1、一種微型萬向連接裝置，其特征在于，包括端蓋、底座、球形連接桿、微馬達、閂片，端蓋的前端與底座活動連接，端蓋后端下部設有一個部分球形輪廓的凹槽，底座后端上部設有一個部分球形輪廓的凹槽，兩個凹槽組成一個球形空腔，球形連接桿的一端為球頭，球形連接桿的球頭在兩凹槽空腔內，微馬達固設在底座上，閂片固設在微馬達的輸出軸上。
2、 根據權利要求1所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的閂片的長 度小于端蓋上對應設置的缺口的長度，大于該缺口的寬度。
3、 根據權利要求2所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的閂片的寬度小于缺口的寬度。
4、 根據權利要求1所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的在所述底 座上設置軸承。
5、 根據權利要求4所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的軸承由人 造紅寶石制成。
6、 根據權利要求l所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的端蓋和底 座上設有銷孔。
7、 根據權利要求6所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的在所述端 蓋前端設置連接銷，連接銷插在端蓋和底座的銷孔內。
8、 根據權利要求1所述的微型萬向連接裝置，其特征是，所述的采用雙定 子單轉子結構。
全文摘要
一種微型自重構機器人的微型萬向連接裝置，屬于重構機器人領域。本發明包括連接器的端蓋、底座、鎖緊機構和與其連接的球形連接桿。連接器的底座和端蓋前端上下對接在一起組成一個大于半球的球孔，球形連接桿插入其中組成一個靈活的球形萬向節。端蓋可以繞底座旋轉，通過控制鎖緊機構，實現該裝置的自動連接/脫離。攜帶此裝置的多個微型機器人可以自動連接在一起形成新的構型，在任意曲率的曲面上運動。本發明結構簡單、尺寸小、容易實現，特別適合在微小尺寸限制的條件下實現微型機器人的自動連接。
文檔編號B25J17/00GK101531008SQ20091004940
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者張大偉, 李振波, 陳佳品 申請人:上海交通大學