一种舵机传动的模块化变形机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种舵机传动的模块化变形机器人，包括：控制模块、连接件、至少两个旋转模块和至少两个舵机；控制模块和旋转模块固定连接，用于控制旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔；舵机固定设于旋转模块内部；旋转模块为两面圆角化的开口立方体，包括四个表面，用于根据当前旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔进行旋转；两个旋转模块的表面之间固定连接；两个旋转模块的开口之间通过连接件连接。本实用新型结构简单，易于装配，通过将控制模块固定在旋转模块上，连接稳定可靠；同时通过将旋转模块设计为可重构模式，易于扩展并进行构型，且旋转模块采用舵机传动的方式实现旋转功能，可以保证在一定精度允许范围内准确定位。
【专利说明】
一种舵机传动的模块化变形机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及可重构机器人技术领域，具体为一种舵机传动的模块化变形机器人。
【背景技术】
[0002]现有的机器人从结构上可以分为两种类型:传统固定构型机器人和模块化机器人。传统固定构型机器人指为特定的工作如高精度的工业生产、大量的重复性工业作业等设计的机器人。传统固定构型机器人的结构在设计完成后不再改变，因此该类机器人无法适应变化的工作环境和任务要求。为解决这一问题，生产便于装配和修改构型的模块化机器人成为了学术界和工业界研究的热点。将机器人分为不同的模块进行研究、生产，降低了设计、调试和维护的难度。与此同时，相较于传统机器人，模块化机器人可塑性非常强，通过增减某些模块或者对现有模块进行重新组合，可以由某种几何构型迅速变换为另一种适应新环境、新任务的构型。
[0003]模块化机器人根据能否自动完成重构可以分为静态可重构机器人和动态可重构机器人。静态可重构机器人指需要外力帮助实现形态的变化的模块化机器人，包括美国卡耐基梅隆大学研制的RMMS系统，加拿大多伦多大学研制的MRS系统，德国AMTEC公司的PowerCube产品，日本东芝公司的TOMMS系统等等。动态可重构机器人又称为自重构机器人，该类型的机器人可以自主控制模块，根据所处环境或任务的变化通过模块间的相互运动重组到目标构型，包括日本名古屋大学研制的CEB0T，美国达特茅斯学院设计的crystalline系统，美国卡耐基梅隆大学设计的1-cubes系统等等。由于硬件条件限制，可重构机器人还存在很多缺陷，如连接件的强度、连接关系的精确度问题;驱动多个部件的电源的功率问题等。
[0004]不同模块化机器人制作材料多样，包括金属、塑料、树脂等。制作工艺主要分为传统的“减式制造”即CNC、激光切割等和现代的“增材制造”即3D (Three Dimens1ns)打印两种方式。3D打印技术指3D打印机根据输入的数字模型，使用具有粘合性如塑料、树脂等材料通过逐层累积的方式达到快速成型目的的技术。相比于传统加工技术，3D打印技术可以降低复杂零件的加工难度，减少加工时间、提升产品稳定性，因此3D打印技术在很多领域，如医疗、工业制造等方面得到了广泛应用。
[0005]然而，现有的高精度模块化机器人的结构复杂，不易装配;而结构简单的模块化机器人连接不够稳定，无法随意扩展来构型，同时无法保证在一定精度允许范围内准确定位。
【实用新型内容】
[0006]由于现有的高精度模块化机器人的结构复杂，不易装配;而结构简单的模块化机器人连接不够稳定，无法随意扩展来构型，同时无法保证在一定精度允许范围内准确定位问题，本实用新型提出一种舵机传动的模块化变形机器人。
[0007]本实用新型提出一种舵机传动的模块化变形机器人，包括:控制模块、连接件、至少两个旋转模块和至少两个舵机；
[0008]所述控制模块和所述旋转模块固定连接，用于控制所述旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔；
[0009]舵机固定设于所述旋转模块内部；
[0010]所述旋转模块为两面圆角化的开口立方体，包括四个表面，用于根据当前旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔进行旋转，以使机器人变形；
[0011 ]两个旋转模块的表面之间固定连接;两个旋转模块的开口之间通过所述连接件连接，所述连接件与旋转模块内部的舵机连接。
[0012]优选地，所述连接件为z字型连接件；
[0013]所述z字型连接件为内部中空的中心对称结构，两侧设有螺孔，与旋转模块内部的舵盘上的螺孔对应，所述z字型连接件与舵盘通过螺丝固定。
[0014]优选地，还包括稳恒模块；
[0015]所述稳恒模块与旋转模块固定连接，用于形成机器人的固定部分。
[0016]优选地，所述控制模块包括外壳及内部的电路板；
[0017]所述控制模块的外壳为中空立方体；
[0018]所述电路板与外部电源连接，用于控制所述旋转模块内部的舵机的旋转角度和旋转间隔，并给所述旋转模块内部的舵机供电。
[0019]优选地，所述控制模块、所述旋转模块和所述稳恒模块的外壳通过3D打印方式制造。
[0020]优选地，所述控制模块的外壳设有开孔，用于穿设外接电源的电源线及旋转模块的舵机线。
[0021]优选地，所述旋转模块内部的底面设有两个长方体件，用于固定舵机。
[0022]优选地，两个长方体件分别设有螺孔，用于通过螺丝固定舵机。
[0023 ]优选地，第一长方体件紧靠立方体外壳内壁；
[0024]第二长方体件底面与立方体外壳相距预设距离，用于通过舵机线。
[0025]优选地，所述旋转模块内部的舵机的旋转轴位于立方体的正中位置，舵机轴的旋转角度控制在O度到90度之间。
[0026]由上述技术方案可知，本实用新型结构简单，易于装配，通过将控制模块固定在旋转模块上，连接稳定可靠；同时通过将旋转模块设计为可重构模式，易于扩展并进行构型，且旋转模块采用舵机传动的方式实现旋转功能，可以保证在一定精度允许范围内准确定位。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0028]图1为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的上视图；
[0029]图2为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的左视图；
[0030]图3为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的z字型连接件示意图；
[0031]图4为本实用新型另一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的结构示意图；
[0032]图5为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的上视图；
[0033]图6为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的旋转模块外壳示意图；
[0034]图7为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的旋转模块与舵机连接后示意图；
[0035]图8为本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的两个旋转模块通过z字型连接件连接后示意图；
[0036]图9为本实用新型一实施例提供的另一种舵机传动的模块化变形机器人的立方体构型示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图，对实用新型的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0038]图1示出了本实用新型一实施例提供的一种舵机传动的模块化变形机器人的上视图，包括:控制模块1、连接件4、至少两个旋转模块2和至少两个舵机3;
[0039]所述控制模块I和所述旋转模块2固定连接，用于控制所述旋转模块2中舵机3的旋转角度和旋转间隔；
[0040]舵机3固定设于所述旋转模块2内部；
[0041]所述旋转模块2为两面圆角化的开口立方体，包括四个表面，用于根据当前旋转模块2中舵机3的旋转角度和旋转间隔进行旋转，以使机器人变形；
[0042]两个旋转模块2的表面之间固定连接;两个旋转模块2的开口之间通过所述连接件连接，所述连接件与旋转模块2内部的舵机3连接。
[0043]本实用新型结构简单，易于装配，通过将控制模块固定在旋转模块上，连接稳定可靠；同时通过将旋转模块设计为可重构模式，易于扩展并进行构型，且旋转模块采用舵机传动的方式实现旋转功能，可以保证在一定精度允许范围内准确定位。
[0044]作为本实施例的可选方案，所述连接件4为z字型连接件；
[0045]如图2所示，两个旋转模块2通过z字型连接件4连接;如图3所示，所述z字型连接件4为内部中空的中心对称结构，两侧设有螺孔，与旋转模块内部的舵盘上的螺孔对应，所述z字型连接件4与舵盘通过螺丝固定。
[0046]举例来说，z字型连接件两侧均有4枚螺孔，如图3所示，与旋转模块的舵盘上的螺孔一一对应，与舵盘通过螺丝固定。z字型连接件内部中空，用于通过舵机线。
[0047]进一步地，还包括稳恒模块5，如图4和5所示；
[0048]所述稳恒模块5与旋转模块2固定连接，用于形成机器人的固定部分。
[0049]所述稳恒模块可采用中部镂空的立方体外壳，一面有突起的长方体件。在3D打印过程中直接与相邻模块共同打印，固定于相邻模块上实现相邻块的共同运动。
[0050]进一步地，所述控制模块I包括外壳及内部的电路板；
[0051]其中，所述控制模块I的外壳为中空立方体，以方便与旋转模块和稳恒模块构型。
[0052]具体地，所述控制模块1、所述旋转模块2和所述稳恒模块3的外壳通过3D打印方式制造。
[0053]机身整体通过3D打印方式制造，方便快捷，其材料可采用树脂材料。
[0054]更进一步地，所述控制模块I的外壳设有开孔，用于穿设外接电源的电源线及旋转模块的舵机线。
[0055]所述电路板与外部电源连接，用于控制所述旋转模块内部的舵机的旋转角度和旋转间隔，并给所述旋转模块内部的舵机供电。其立方体外壳中空，一面开孔。内部放置电路板，开孔用于通过外接电源给电路板供电的电源线及连接旋转模块中的舵机线。其中，外接电源负责所述机器人的供电。由其内部的电路板控制旋转模块中舵机的运动角度及时间间隔，并由电路板给舵机供电。
[0056]所述控制模块I为中部镂空的立方体结构，该立方体结构的一面有孔。镂空部分内置电路板用于控制旋转模块中舵机的旋转及舵机运动。电源线、舵机连接线均由该孔出入。
[0057]具体地，所述旋转模块2内部的底面设有两个长方体件，用于固定舵机。
[0058]如图6所示，所述旋转模块2为一条边圆角化的开口立方体结构，底面平台上凹槽用于固定舵机。舵机与旋转模块外壳通过螺丝装配，舵机的旋转轴控制在旋转模块内部中央位置。底面平台上有大小不同的两个长方体件，之间形成的凹槽用于放置舵机，如图7所示。两个长方体件上分别有两个螺孔，对应螺孔距离底面平台高度相等。其中一个长方体件紧靠立方体外壳内壁，另一个长方体件底面与立方体外壳相距10mm，用于通过舵机线。
[0059]进一步地，两个长方体件分别设有螺孔，用于通过螺丝固定舵机。
[0060]如图7和8所示，舵机与立方体外壳间通过舵机两侧螺孔及长方体件上的螺孔一一对应，由螺丝固定。更进一步地，第一长方体件紧靠立方体外壳内壁;第二长方体件底面与立方体外壳相距预设距离，用于通过舵机线。
[0061]具体地，所述旋转模块2内部的舵机3的旋转轴位于立方体的正中位置，舵机轴的旋转角度控制在O度到90度之间。
[0062]所述旋转模块的外壳为一条边圆角化的开口立方体结构，圆角直径与立方体边长相等，圆角中心与立方体中心重合。其内部舵机的旋转轴位于立方体的正中位置，舵机轴的旋转角度控制在O度到90度之间，相连的旋转模块相对运动的角度在O度到180度之间。
[0063]具体来说，所述控制模块I是负责控制旋转模块2中舵机3的旋转角度、旋转间隔的模块。所述稳恒模块5是被固定在相邻模块上共同运动的模块。所述旋转模块2是实现相邻模块间变形的模块，所述旋转模块2的外壳与舵机3通过螺丝固定，不同旋转模块2通过各自舵机舵盘间的连接件相连，由舵机轴的旋转实现两个所述旋转模块的相对运动。三种模块组装完成后，通过控制所述旋转模块中舵机的旋转角度使得机器人能在T字型构型(如图2所示)及2*2*2个小立方体组成的立方体构型(如图9所示)间完成变形。
[0064]下面结合附图，对本实施例提供的多级传动的模块化变形机器人进一步描述。
[0065]如图4和5所示，本实施例主要分为三个模块及z字型连接件。三个模块分别为控制模块I，旋转模块2，稳恒模块5。
[0066]所述Z字型连接件如图3，设计为中空的中心对称结构，两侧均有4枚1.6mm螺孔，使用树脂材料通过3D打印方式制作。连接件与舵机舵盘间使用螺丝固定，固定方法见图7。2字型连接件中空的部分用于通过舵机的电源线。
[0067]所述稳恒模块5为中部镂空的边长50mm的立方体，与相邻模块通过10mm*20mm*20mm的长方体连接件相连。稳恒模块5上长方体连接件通过3D打印方式直接打印在相邻模块上，与相邻模块共同运动。
[0068]所述控制模块I为中部镂空的边长50mm的立方体，外形与稳恒模块类似，内部放置控制电路板，其一面有孔便于电源线及舵机线进出，用于外界电源对电路板供电及电路板对旋转模块中舵机的控制。其连接方式与稳恒模块相同，即通过3D打印方式直接打印在相邻模块上，与相邻模块共同运动。
[0069]所述旋转模块2外壳如图6，为开口的边长为50mm立方体结构，立方体的一条边做圆角处理。圆角9的直径与立方体的边长相等，圆心与正方体面的中心重合。旋转模块的底面平台10上有大小不同的两个长方体件，分别为第一长方体件6和第二长方体件7，两个长方体件上均有2个螺孔，对应螺孔距离平台的高度相等。长方体件6紧靠立方体的内壁，长方体件7与立方体内壁2间隔的位置用于通过舵机的电源线。第一长方体件6和第二长方体件7中间形成的凹槽用于放置舵机。采用的舵机型号为KST DS215M。通过第一长方体件6和第二长方体件7共4个螺孔用螺丝将旋转模块与舵机固定。固定后效果如图7，在设计上使得舵机3的旋转轴处于旋转模块的正中位置。控制模块I设置舵机的旋转角度在0°至90°之间。两个旋转模块2的舵机间使用Z字型连接件4相连，相连效果图如图8。两个旋转模块2可在各自舵机3的控制下相对运动180度，实现所述机器人的变形功能，如图4的形状变化至图9的形状。
[0070]本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
【主权项】
1.一种舵机传动的模块化变形机器人，其特征在于，包括:控制模块、连接件、至少两个旋转模块和至少两个舵机； 所述控制模块和所述旋转模块固定连接，用于控制所述旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔； 舵机固定设于所述旋转模块内部； 所述旋转模块为两面圆角化的开口立方体，包括四个表面，用于根据当前旋转模块中舵机的旋转角度和旋转间隔进行旋转，以使机器人变形； 两个旋转模块的表面之间固定连接;两个旋转模块的开口之间通过所述连接件连接，所述连接件与旋转模块内部的舵机连接。2.根据权利要求1所述的模块化变形机器人，其特征在于，所述连接件为z字型连接件； 所述z字型连接件为内部中空的中心对称结构，两侧设有螺孔，与旋转模块内部的舵盘上的螺孔对应，所述z字型连接件与舵盘通过螺丝固定。3.根据权利要求2所述的模块化变形机器人，其特征在于，还包括稳恒模块； 所述稳恒模块与旋转模块固定连接，用于形成机器人的固定部分。4.根据权利要求3所述的模块化变形机器人，其特征在于，所述控制模块包括外壳及内部的电路板； 所述控制模块的外壳为中空立方体； 所述电路板与外部电源连接，用于控制所述旋转模块内部的舵机的旋转角度和旋转间隔，并给所述旋转模块内部的舵机供电。5.根据权利要求4所述的模块化变形机器人，其特征在于，所述控制模块、所述旋转模块和所述稳恒模块的外壳通过3D打印方式制造。6.根据权利要求5所述的模块化变形机器人，其特征在于，所述控制模块的外壳设有开孔，用于穿设外接电源的电源线及旋转模块的舵机线。7.根据权利要求6所述的模块化变形机器人，其特征在于， 所述旋转模块内部的底面设有两个长方体件，用于固定舵机。8.根据权利要求7所述的模块化变形机器人，其特征在于， 两个长方体件分别设有螺孔，用于通过螺丝固定舵机。9.根据权利要求8所述的模块化变形机器人，其特征在于， 第一长方体件紧靠立方体外壳内壁； 第二长方体件底面与立方体外壳相距预设距离，用于通过舵机线。10.根据权利要求9所述的模块化变形机器人，其特征在于， 所述旋转模块内部的舵机的旋转轴位于立方体的正中位置，舵机轴的旋转角度控制在O度到90度之间。
【文档编号】B25J9/08GK205588299SQ201620249292
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】刘永进, 余旻婧, 吴陈铭, 范典
【申请人】清华大学