一種舵機傳動的模塊化變形機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種舵機傳動的模塊化變形機器人，包括：控制模塊、連接件、至少兩個旋轉模塊和至少兩個舵機；控制模塊和旋轉模塊固定連接，用于控制旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔；舵機固定設于旋轉模塊內部；旋轉模塊為兩面圓角化的開口立方體，包括四個表面，用于根據當前旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔進行旋轉；兩個旋轉模塊的表面之間固定連接；兩個旋轉模塊的開口之間通過連接件連接。本實用新型結構簡單，易于裝配，通過將控制模塊固定在旋轉模塊上，連接穩定可靠；同時通過將旋轉模塊設計為可重構模式，易于擴展并進行構型，且旋轉模塊采用舵機傳動的方式實現旋轉功能，可以保證在一定精度允許范圍內準確定位。
【專利說明】
一種舵機傳動的模塊化變形機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及可重構機器人技術領域，具體為一種舵機傳動的模塊化變形機器人。
【背景技術】
[0002]現有的機器人從結構上可以分為兩種類型:傳統固定構型機器人和模塊化機器人。傳統固定構型機器人指為特定的工作如高精度的工業生產、大量的重復性工業作業等設計的機器人。傳統固定構型機器人的結構在設計完成后不再改變，因此該類機器人無法適應變化的工作環境和任務要求。為解決這一問題，生產便于裝配和修改構型的模塊化機器人成為了學術界和工業界研究的熱點。將機器人分為不同的模塊進行研究、生產，降低了設計、調試和維護的難度。與此同時，相較于傳統機器人，模塊化機器人可塑性非常強，通過增減某些模塊或者對現有模塊進行重新組合，可以由某種幾何構型迅速變換為另一種適應新環境、新任務的構型。
[0003]模塊化機器人根據能否自動完成重構可以分為靜態可重構機器人和動態可重構機器人。靜態可重構機器人指需要外力幫助實現形態的變化的模塊化機器人，包括美國卡耐基梅隆大學研制的RMMS系統，加拿大多倫多大學研制的MRS系統，德國AMTEC公司的PowerCube產品，日本東芝公司的TOMMS系統等等。動態可重構機器人又稱為自重構機器人，該類型的機器人可以自主控制模塊，根據所處環境或任務的變化通過模塊間的相互運動重組到目標構型，包括日本名古屋大學研制的CEB0T，美國達特茅斯學院設計的crystalline系統，美國卡耐基梅隆大學設計的1-cubes系統等等。由于硬件條件限制，可重構機器人還存在很多缺陷，如連接件的強度、連接關系的精確度問題;驅動多個部件的電源的功率問題等。
[0004]不同模塊化機器人制作材料多樣，包括金屬、塑料、樹脂等。制作工藝主要分為傳統的“減式制造”即CNC、激光切割等和現代的“增材制造”即3D (Three Dimens1ns)打印兩種方式。3D打印技術指3D打印機根據輸入的數字模型，使用具有粘合性如塑料、樹脂等材料通過逐層累積的方式達到快速成型目的的技術。相比于傳統加工技術，3D打印技術可以降低復雜零件的加工難度，減少加工時間、提升產品穩定性，因此3D打印技術在很多領域，如醫療、工業制造等方面得到了廣泛應用。
[0005]然而，現有的高精度模塊化機器人的結構復雜，不易裝配;而結構簡單的模塊化機器人連接不夠穩定，無法隨意擴展來構型，同時無法保證在一定精度允許范圍內準確定位。
【實用新型內容】
[0006]由于現有的高精度模塊化機器人的結構復雜，不易裝配;而結構簡單的模塊化機器人連接不夠穩定，無法隨意擴展來構型，同時無法保證在一定精度允許范圍內準確定位問題，本實用新型提出一種舵機傳動的模塊化變形機器人。
[0007]本實用新型提出一種舵機傳動的模塊化變形機器人，包括:控制模塊、連接件、至少兩個旋轉模塊和至少兩個舵機；
[0008]所述控制模塊和所述旋轉模塊固定連接，用于控制所述旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔；
[0009]舵機固定設于所述旋轉模塊內部；
[0010]所述旋轉模塊為兩面圓角化的開口立方體，包括四個表面，用于根據當前旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔進行旋轉，以使機器人變形；
[0011 ]兩個旋轉模塊的表面之間固定連接;兩個旋轉模塊的開口之間通過所述連接件連接，所述連接件與旋轉模塊內部的舵機連接。
[0012]優選地，所述連接件為z字型連接件；
[0013]所述z字型連接件為內部中空的中心對稱結構，兩側設有螺孔，與旋轉模塊內部的舵盤上的螺孔對應，所述z字型連接件與舵盤通過螺絲固定。
[0014]優選地，還包括穩恒模塊；
[0015]所述穩恒模塊與旋轉模塊固定連接，用于形成機器人的固定部分。
[0016]優選地，所述控制模塊包括外殼及內部的電路板；
[0017]所述控制模塊的外殼為中空立方體；
[0018]所述電路板與外部電源連接，用于控制所述旋轉模塊內部的舵機的旋轉角度和旋轉間隔，并給所述旋轉模塊內部的舵機供電。
[0019]優選地，所述控制模塊、所述旋轉模塊和所述穩恒模塊的外殼通過3D打印方式制造。
[0020]優選地，所述控制模塊的外殼設有開孔，用于穿設外接電源的電源線及旋轉模塊的舵機線。
[0021]優選地，所述旋轉模塊內部的底面設有兩個長方體件，用于固定舵機。
[0022]優選地，兩個長方體件分別設有螺孔，用于通過螺絲固定舵機。
[0023 ]優選地，第一長方體件緊靠立方體外殼內壁；
[0024]第二長方體件底面與立方體外殼相距預設距離，用于通過舵機線。
[0025]優選地，所述旋轉模塊內部的舵機的旋轉軸位于立方體的正中位置，舵機軸的旋轉角度控制在O度到90度之間。
[0026]由上述技術方案可知，本實用新型結構簡單，易于裝配，通過將控制模塊固定在旋轉模塊上，連接穩定可靠；同時通過將旋轉模塊設計為可重構模式，易于擴展并進行構型，且旋轉模塊采用舵機傳動的方式實現旋轉功能，可以保證在一定精度允許范圍內準確定位。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的上視圖；
[0029]圖2為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的左視圖；
[0030]圖3為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的z字型連接件示意圖；
[0031]圖4為本實用新型另一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的結構示意圖；
[0032]圖5為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的上視圖；
[0033]圖6為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的旋轉模塊外殼示意圖；
[0034]圖7為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的旋轉模塊與舵機連接后示意圖；
[0035]圖8為本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的兩個旋轉模塊通過z字型連接件連接后示意圖；
[0036]圖9為本實用新型一實施例提供的另一種舵機傳動的模塊化變形機器人的立方體構型示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖，對實用新型的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0038]圖1示出了本實用新型一實施例提供的一種舵機傳動的模塊化變形機器人的上視圖，包括:控制模塊1、連接件4、至少兩個旋轉模塊2和至少兩個舵機3;
[0039]所述控制模塊I和所述旋轉模塊2固定連接，用于控制所述旋轉模塊2中舵機3的旋轉角度和旋轉間隔；
[0040]舵機3固定設于所述旋轉模塊2內部；
[0041]所述旋轉模塊2為兩面圓角化的開口立方體，包括四個表面，用于根據當前旋轉模塊2中舵機3的旋轉角度和旋轉間隔進行旋轉，以使機器人變形；
[0042]兩個旋轉模塊2的表面之間固定連接;兩個旋轉模塊2的開口之間通過所述連接件連接，所述連接件與旋轉模塊2內部的舵機3連接。
[0043]本實用新型結構簡單，易于裝配，通過將控制模塊固定在旋轉模塊上，連接穩定可靠；同時通過將旋轉模塊設計為可重構模式，易于擴展并進行構型，且旋轉模塊采用舵機傳動的方式實現旋轉功能，可以保證在一定精度允許范圍內準確定位。
[0044]作為本實施例的可選方案，所述連接件4為z字型連接件；
[0045]如圖2所示，兩個旋轉模塊2通過z字型連接件4連接;如圖3所示，所述z字型連接件4為內部中空的中心對稱結構，兩側設有螺孔，與旋轉模塊內部的舵盤上的螺孔對應，所述z字型連接件4與舵盤通過螺絲固定。
[0046]舉例來說，z字型連接件兩側均有4枚螺孔，如圖3所示，與旋轉模塊的舵盤上的螺孔一一對應，與舵盤通過螺絲固定。z字型連接件內部中空，用于通過舵機線。
[0047]進一步地，還包括穩恒模塊5，如圖4和5所示；
[0048]所述穩恒模塊5與旋轉模塊2固定連接，用于形成機器人的固定部分。
[0049]所述穩恒模塊可采用中部鏤空的立方體外殼，一面有突起的長方體件。在3D打印過程中直接與相鄰模塊共同打印，固定于相鄰模塊上實現相鄰塊的共同運動。
[0050]進一步地，所述控制模塊I包括外殼及內部的電路板；
[0051]其中，所述控制模塊I的外殼為中空立方體，以方便與旋轉模塊和穩恒模塊構型。
[0052]具體地，所述控制模塊1、所述旋轉模塊2和所述穩恒模塊3的外殼通過3D打印方式制造。
[0053]機身整體通過3D打印方式制造，方便快捷，其材料可采用樹脂材料。
[0054]更進一步地，所述控制模塊I的外殼設有開孔，用于穿設外接電源的電源線及旋轉模塊的舵機線。
[0055]所述電路板與外部電源連接，用于控制所述旋轉模塊內部的舵機的旋轉角度和旋轉間隔，并給所述旋轉模塊內部的舵機供電。其立方體外殼中空，一面開孔。內部放置電路板，開孔用于通過外接電源給電路板供電的電源線及連接旋轉模塊中的舵機線。其中，外接電源負責所述機器人的供電。由其內部的電路板控制旋轉模塊中舵機的運動角度及時間間隔，并由電路板給舵機供電。
[0056]所述控制模塊I為中部鏤空的立方體結構，該立方體結構的一面有孔。鏤空部分內置電路板用于控制旋轉模塊中舵機的旋轉及舵機運動。電源線、舵機連接線均由該孔出入。
[0057]具體地，所述旋轉模塊2內部的底面設有兩個長方體件，用于固定舵機。
[0058]如圖6所示，所述旋轉模塊2為一條邊圓角化的開口立方體結構，底面平臺上凹槽用于固定舵機。舵機與旋轉模塊外殼通過螺絲裝配，舵機的旋轉軸控制在旋轉模塊內部中央位置。底面平臺上有大小不同的兩個長方體件，之間形成的凹槽用于放置舵機，如圖7所示。兩個長方體件上分別有兩個螺孔，對應螺孔距離底面平臺高度相等。其中一個長方體件緊靠立方體外殼內壁，另一個長方體件底面與立方體外殼相距10mm，用于通過舵機線。
[0059]進一步地，兩個長方體件分別設有螺孔，用于通過螺絲固定舵機。
[0060]如圖7和8所示，舵機與立方體外殼間通過舵機兩側螺孔及長方體件上的螺孔一一對應，由螺絲固定。更進一步地，第一長方體件緊靠立方體外殼內壁;第二長方體件底面與立方體外殼相距預設距離，用于通過舵機線。
[0061]具體地，所述旋轉模塊2內部的舵機3的旋轉軸位于立方體的正中位置，舵機軸的旋轉角度控制在O度到90度之間。
[0062]所述旋轉模塊的外殼為一條邊圓角化的開口立方體結構，圓角直徑與立方體邊長相等，圓角中心與立方體中心重合。其內部舵機的旋轉軸位于立方體的正中位置，舵機軸的旋轉角度控制在O度到90度之間，相連的旋轉模塊相對運動的角度在O度到180度之間。
[0063]具體來說，所述控制模塊I是負責控制旋轉模塊2中舵機3的旋轉角度、旋轉間隔的模塊。所述穩恒模塊5是被固定在相鄰模塊上共同運動的模塊。所述旋轉模塊2是實現相鄰模塊間變形的模塊，所述旋轉模塊2的外殼與舵機3通過螺絲固定，不同旋轉模塊2通過各自舵機舵盤間的連接件相連，由舵機軸的旋轉實現兩個所述旋轉模塊的相對運動。三種模塊組裝完成后，通過控制所述旋轉模塊中舵機的旋轉角度使得機器人能在T字型構型(如圖2所示)及2*2*2個小立方體組成的立方體構型(如圖9所示)間完成變形。
[0064]下面結合附圖，對本實施例提供的多級傳動的模塊化變形機器人進一步描述。
[0065]如圖4和5所示，本實施例主要分為三個模塊及z字型連接件。三個模塊分別為控制模塊I，旋轉模塊2，穩恒模塊5。
[0066]所述Z字型連接件如圖3，設計為中空的中心對稱結構，兩側均有4枚1.6mm螺孔，使用樹脂材料通過3D打印方式制作。連接件與舵機舵盤間使用螺絲固定，固定方法見圖7。2字型連接件中空的部分用于通過舵機的電源線。
[0067]所述穩恒模塊5為中部鏤空的邊長50mm的立方體，與相鄰模塊通過10mm*20mm*20mm的長方體連接件相連。穩恒模塊5上長方體連接件通過3D打印方式直接打印在相鄰模塊上，與相鄰模塊共同運動。
[0068]所述控制模塊I為中部鏤空的邊長50mm的立方體，外形與穩恒模塊類似，內部放置控制電路板，其一面有孔便于電源線及舵機線進出，用于外界電源對電路板供電及電路板對旋轉模塊中舵機的控制。其連接方式與穩恒模塊相同，即通過3D打印方式直接打印在相鄰模塊上，與相鄰模塊共同運動。
[0069]所述旋轉模塊2外殼如圖6，為開口的邊長為50mm立方體結構，立方體的一條邊做圓角處理。圓角9的直徑與立方體的邊長相等，圓心與正方體面的中心重合。旋轉模塊的底面平臺10上有大小不同的兩個長方體件，分別為第一長方體件6和第二長方體件7，兩個長方體件上均有2個螺孔，對應螺孔距離平臺的高度相等。長方體件6緊靠立方體的內壁，長方體件7與立方體內壁2間隔的位置用于通過舵機的電源線。第一長方體件6和第二長方體件7中間形成的凹槽用于放置舵機。采用的舵機型號為KST DS215M。通過第一長方體件6和第二長方體件7共4個螺孔用螺絲將旋轉模塊與舵機固定。固定后效果如圖7，在設計上使得舵機3的旋轉軸處于旋轉模塊的正中位置。控制模塊I設置舵機的旋轉角度在0°至90°之間。兩個旋轉模塊2的舵機間使用Z字型連接件4相連，相連效果圖如圖8。兩個旋轉模塊2可在各自舵機3的控制下相對運動180度，實現所述機器人的變形功能，如圖4的形狀變化至圖9的形狀。
[0070]本實用新型的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。
【主權項】
1.一種舵機傳動的模塊化變形機器人，其特征在于，包括:控制模塊、連接件、至少兩個旋轉模塊和至少兩個舵機； 所述控制模塊和所述旋轉模塊固定連接，用于控制所述旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔； 舵機固定設于所述旋轉模塊內部； 所述旋轉模塊為兩面圓角化的開口立方體，包括四個表面，用于根據當前旋轉模塊中舵機的旋轉角度和旋轉間隔進行旋轉，以使機器人變形； 兩個旋轉模塊的表面之間固定連接;兩個旋轉模塊的開口之間通過所述連接件連接，所述連接件與旋轉模塊內部的舵機連接。2.根據權利要求1所述的模塊化變形機器人，其特征在于，所述連接件為z字型連接件； 所述z字型連接件為內部中空的中心對稱結構，兩側設有螺孔，與旋轉模塊內部的舵盤上的螺孔對應，所述z字型連接件與舵盤通過螺絲固定。3.根據權利要求2所述的模塊化變形機器人，其特征在于，還包括穩恒模塊； 所述穩恒模塊與旋轉模塊固定連接，用于形成機器人的固定部分。4.根據權利要求3所述的模塊化變形機器人，其特征在于，所述控制模塊包括外殼及內部的電路板； 所述控制模塊的外殼為中空立方體； 所述電路板與外部電源連接，用于控制所述旋轉模塊內部的舵機的旋轉角度和旋轉間隔，并給所述旋轉模塊內部的舵機供電。5.根據權利要求4所述的模塊化變形機器人，其特征在于，所述控制模塊、所述旋轉模塊和所述穩恒模塊的外殼通過3D打印方式制造。6.根據權利要求5所述的模塊化變形機器人，其特征在于，所述控制模塊的外殼設有開孔，用于穿設外接電源的電源線及旋轉模塊的舵機線。7.根據權利要求6所述的模塊化變形機器人，其特征在于， 所述旋轉模塊內部的底面設有兩個長方體件，用于固定舵機。8.根據權利要求7所述的模塊化變形機器人，其特征在于， 兩個長方體件分別設有螺孔，用于通過螺絲固定舵機。9.根據權利要求8所述的模塊化變形機器人，其特征在于， 第一長方體件緊靠立方體外殼內壁； 第二長方體件底面與立方體外殼相距預設距離，用于通過舵機線。10.根據權利要求9所述的模塊化變形機器人，其特征在于， 所述旋轉模塊內部的舵機的旋轉軸位于立方體的正中位置，舵機軸的旋轉角度控制在O度到90度之間。
【文檔編號】B25J9/08GK205588299SQ201620249292
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】劉永進, 余旻婧, 吳陳銘, 范典
【申請人】清華大學