本发明涉及通用型材、机器人关节、模块化机器人、积木机器人领域，具体涉及一种模块化运动关节连接结构。
背景技术：
在一些关节驱动的设备中，尤其是在多关节机器人领域，需要有一种易安装，易拆卸，易更换的运动关节，通过运动关节不同的安装组织模式，可以快速地实现搭建相关的自动化或者智能设备应用的运动结构本体，比如说搭建相关的机器人应用等。本发明类似于细胞机器人，模块化机器人，强调的是本发明并不在关节模块中单独提供相关的动力，而采用外部供应动力的方式，以加强运动关节的驱动能力上限，且结构设计上也更加注重关节承载的强度，以确保以运动关节搭建的智能设备可以有实际的较强的驱动和负载能力。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模块化运动关节连接结构。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种模块化运动关节连接结构，包括复用关节，所述复用关节包括关节球体和锥形传动齿轮，所述关节球体的内部空心，所述关节球体的外圆周面上设置有若干个传动连接口，每个传动连接口内匹配设置有所述锥形传动齿轮，所述锥形传动齿轮之间通过锥形传动齿轮的外部传动齿相啮合。
进一步，该结构还包括固定连接接头，所述固定连接接头与所述复用关节连接形成复用关节固定连接结构，所述固定连接接头的两端与所述传动连接口相匹配；所述固定连接接头的圆柱侧面上设有两排固定安装孔，所述关节球体的表面设置有与固定安装孔相匹配的复用关节安装孔。
进一步，该结构还包括旋转连接接头，所述旋转连接接头与所述复用关节连接形成复用关节旋转连接结构，所述旋转连接接头的两端与所述传动连接口相匹配；所述旋转连接接头包括第一旋转转子和第二旋转转子，所述第一旋转转子内设有活动轴承，所述第二旋转转子的中部设有转轴，所述活动轴承和转轴相匹配。
进一步，该结构还包括单向传动接头，所述单向传动接头与所述复用关节连接形成复用关节单向传动结构，所述单向传动接头的两端与所述传动连接口相匹配；所述单向传动接头包括单向驱动输入部、单向驱动输出部、蜗杆传动轴、斜齿轮涡轮轴、第一传动斜齿轮、第二传动斜齿轮、单向驱动输出轴和单向驱动输出斜齿轮，所述单向驱动输入部的中部连接有蜗杆传动轴，所述蜗杆传动轴连接有斜齿轮涡轮轴，所述斜齿轮涡轮轴连接有第一传动斜齿轮，所述第一传动斜齿轮连接有第二传动斜齿轮，所述第二传动斜齿轮设置于单向驱动输出轴上，所述单向驱动输出轴的端部设有单向驱动输出斜齿轮，所述单向驱动输出斜齿轮与所述锥形传动齿轮的内部齿相啮合。
进一步，该结构还包括动力传动接头，所述动力传动接头与所述复用关节连接形成复用关节动力传动结构，所述动力传动接头的两端与所述传动连接口相匹配；所述动力传动接头包括动力传输定子、动力传输转子和动力传输轴承，所述动力传输定子设置在动力传动接头的外部，所述动力传输定子的内部连接有所述动力传输轴承，所述动力传输轴承内连接有所述动力传输转子，所述动力传输转子的一端设有动力传输斜齿轮，所述动力传输斜齿轮与所述锥形传动齿轮的内部齿相啮合，所述动力传输转子的另一端设有连接斜齿轮、连接轴或者连接轴孔。
进一步，该结构还包括动力纤传动接头，所述动力纤传动接头与所述复用关节连接形成复用关节动力纤传动结构；所述动力纤传动接头包括动力纤连接壳、动力纤传动轴、第一动力纤传动齿和第二动力纤传动齿，所述第一动力纤传动齿设置于所述动力纤传动轴的一端，所述第二动力纤传动齿设置于所述动力纤传动轴的另一端，所述第一动力纤传动齿与所述复用关节的锥形传动齿轮的内部相啮合，所述第一动力纤传动齿与动力纤的传动内芯相啮合。
进一步，该结构还包括反向传动接头，所述反向传动接头与所述复用关节连接形成复用关节反向传动结构；所述反向传动接头包括反向传动外壳、反向输出轴、反向固定轴和反向斜齿轮，所述反向斜齿轮的中部连接所述反向固定轴，所述反向斜齿轮的内侧啮合连接所述锥形传动齿轮的内部齿，所述反向斜齿轮的外侧啮合连接有斜向内齿轮，所述斜向内齿轮设置于所述反向输出轴上，所述反向输出轴连接于所述反向传动外壳的中部。
进一步，该结构还包括径向传动组件，所述径向传动组件与所述复用关节连接形成复用关节径向传动结构；所述径向传动组件包括径向旋转支架、反向传动接头和径向旋转接头，所述径向旋转支架的两端设有所述反向传动接头和径向旋转接头，所述反向传动接头和径向旋转接头均连接所述复用关节。
进一步，还包括管杆组件，所述管杆组件和复用关节连接形成连杆结构，所述管杆组件和复用关节径向传动结构连接形成机械臂；所述管杆组件包括空心圆形管杆和管杆连接接头，所述管杆连接接头包括直管连接接头和侧杆连接接头，所述空心圆形管杆通过直管连接接头或侧杆连接接头连接所述复用关节径向传动结构。
进一步，还包括虫型机械手装置，所述虫型机械手装置由若干个复用关节和若干个径向传动组件组成。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种模块化运动关节连接结构，提供一种基本的模块化关节本体以及组织链接方式。使用者可以用模块化关节本体可以搭建出他想要的结构，比如说关节机器人结构，机械臂，仿生类的机械结构如蛇形机器人等，也可以根据需要搭建自动化系统机械结构，如类似的往复运动机构等。
根据模块化运动关节的不同运动连接方式，如两个复用关节本体的轴向旋转、径向旋转、固定连接者是动力输出和输入等不同关系，以及模块化运动关节与不同的部件如动力纤，轴，运动关节，搭建成具有相关运动功能的设备本体，可以应用在相关的使用场合当中。由此可以形成以下优点：
1.复用关节之间不同的连接方式可以形成丰富的关节运动相关的应用，以满足不同工作场景下的需要。
2.复用关节使用的是外驱动的模式，并不内置电机等驱动单元，有利于缩小关节体积，以及提升关节负载能力上限。
3.可以设计实现不同种类的机器人机械结构本体，且复用关节之间的联合驱动可以成为机器人的组织。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中复用关节的结构示意图；
图2为本发明中复用关节固定连接结构的爆炸图；
图3为本发明中固定连接接头的结构示意图；
图4为本发明中复用关节旋转连接结构的爆炸图；
图5为本发明中旋转连接接头的爆炸图；
图6为本发明中复用关节单向传动结构的爆炸图；
图7为本发明中单向传动接头的结构示意图；
图8为本发明中单向传动接头的内部结构示意图；
图9为本发明中复用关节动力传动结构一的结构示意图；
图10为本发明中复用关节动力传动结构二的结构示意图；
图11为本发明中复用关节动力传动结构三的结构示意图；
图12为本发明中复用关节动力纤传动结构的结构示意图；
图13为本发明中复用关节反向传动结构的结构示意图；
图14为本发明中复反向传动接头的内部结构示意图；
图15为本发明中复用关节径向传动结构的结构示意图；
图16为本发明中复用关节径向传动结构的爆炸图；
图17为本发明中机械臂的结构示意图；
图18为本发明中连杆结构的结构示意图；
图19为本发明中虫型机械手装置的结构示意图；
图20为本发明中锥形传动齿轮相互啮合的结构示意图。
图中：1-复用关节；2-关节球体；3-传动连接口；4-锥形传动齿轮；5-固定连接接头；6-固定安装孔；7-复用关节安装孔；8-旋转连接接头；9-第一旋转转子；10-第二旋转转子；11-活动轴承；12-转轴；13-单向传动接头；14-单向驱动输入部；15-单向驱动输出部；16-蜗杆传动轴；17-斜齿轮涡轮轴；18-第一传动斜齿轮；19-第二传动斜齿轮；20-单向驱动输出轴；21-单向驱动输出斜齿轮；22-动力传输定子；23-动力传输转子；24-动力传输轴承；25-动力传输斜齿轮；26-连接斜齿轮；27-连接轴；28-连接轴孔；29-动力纤传动接头；30-动力纤连接壳；31-动力纤传动轴；32-第一动力纤传动齿；33-第二动力纤传动齿；34-反向传动接头；35-反向传动外壳；36-反向输出轴；37-反向固定轴；38-反向斜齿轮；39-斜向内齿轮；40-径向传动组件；41-径向旋转支架；42-反向传动接头；43-径向旋转接头；44-空心圆形管杆；45-直管连接接头；46-侧杆连接接头；47-复用关节a；48-复用关节b。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1和图20，一种模块化运动关节连接结构，包括复用关节1，复用关节1包括关节球体2和锥形传动齿轮4，关节球体2的内部空心，关节球体2的外圆周面上设置有若干个传动连接口3，每个传动连接口3内匹配设置有锥形传动齿轮4，锥形传动齿轮4之间通过锥形传动齿轮4的外部传动齿相啮合。传动连接口3的数量一般为4-8个最为合适，其中传动连接口3为6个时，各个锥形传动齿轮4之间的啮合配合传动更加合理，传动连接口3分别设置在关节球体2的上部、下部、左部、右部、前部和后部，其中关节球体2某一个传动连接口3的锥形传动齿轮4分别与之相邻的四个锥形传动齿轮4相互啮合匹配，比如，关节球体2上部的锥形传动齿轮4与关节球体2的左部、右部、前部和后部分别啮合，关节球体2下部的锥形传动齿轮4与关节球体2的左部、右部、前部和后部分别啮合。为了传动的方便，每个锥形传动齿轮4内均设有旋转轴承，以支撑锥形传动齿轮4的旋转运动，降低其运动过程中的摩擦系数。最后，复用关节1作为该结构的传动连接基础，使用者可以用复用关节1为基础搭建出他想要的结构，比如说关节机器人结构，机械臂，仿生类的机械结构如蛇形机器人等，也可以根据需要搭建自动化系统机械结构，如类似的往复运动机构等。
参看图2和图3，该结构还包括固定连接接头5，固定连接接头5与复用关节1连接形成复用关节固定连接结构，固定连接接头5的两端与传动连接口3相匹配；固定连接接头5的圆柱侧面上设有两排固定安装孔6，关节球体2的表面设置有与固定安装孔6相匹配的复用关节安装孔7。在具体实现固定连接接头5和复用关节1的安装时，在复用关节安装孔7内配置相应的紧定螺钉，紧定螺钉旋进固定安装孔6内，从而实现固定连接接头5和复用关节1的固定连接，当需要将固定连接接头5和复用关节1拆开时，通过松开紧定螺钉来实现。两个复用关节1通过固定连接接头5实现固定连接，无传动关系。
参看图4和图5，该结构还包括旋转连接接头8，旋转连接接头8与复用关节1连接形成复用关节旋转连接结构，旋转连接接头8的两端与传动连接口3相匹配；旋转连接接头8包括第一旋转转子9和第二旋转转子10，第一旋转转子9内设有活动轴承11，第二旋转转子10的中部设有转轴12，活动轴承11和转轴12相匹配。安装时，也是通过在复用关节安装孔7内配置相应的紧定螺钉，紧定螺钉旋进旋转连接接头8的安装孔内，从而实现旋转连接接头8和复用关节1的连接，由于旋转连接接头8内设有相应的转轴12和活动轴承11，活动轴承11的数量可以根据需要自行设定，以提高旋转连接接头8的旋转性能，降低其运动过程中的摩擦系数。通过设置旋转连接接头8，实现了旋转连接接头8与复用关节1之间的活动旋转运动。旋转连接接头8可以有两种型号，第一种为自由活动连接，第二种为复用关节a47驱动复用关节b48旋转(参看图4)。
参看图6、图7和图8，该结构还包括单向传动接头13，单向传动接头13与复用关节1连接形成复用关节单向传动结构，单向传动接头13的两端与传动连接口3相匹配；单向传动接头13包括单向驱动输入部14、单向驱动输出部15、蜗杆传动轴16、斜齿轮涡轮轴17、第一传动斜齿轮18、第二传动斜齿轮19、单向驱动输出轴20和单向驱动输出斜齿轮21，单向驱动输入部14的中部连接有蜗杆传动轴16，蜗杆传动轴16连接有斜齿轮涡轮轴17，斜齿轮涡轮轴17连接有第一传动斜齿轮18，第一传动斜齿轮18连接有第二传动斜齿轮19，第二传动斜齿轮19设置于单向驱动输出轴20上，单向驱动输出轴20的端部设有单向驱动输出斜齿轮21，单向驱动输出斜齿轮21与锥形传动齿轮4的内部齿相啮合。在单向传动接头13和复用关节1的安装设置时，右侧连接的复用关节a47作为输入端，即单向驱动输出部15连接复用关节a47，左侧连接的复用关节b48作为输出端，即单向驱动输入部14连接复用关节b48。具体在实现过程中：复用关节a47、复用关节b48和单向传动接头13的安装方式如下：单向驱动输入部14和单向驱动输出部15的侧面均设有安装孔，其中单向驱动输出部15的安装孔内旋进复用关节b48的紧定螺钉，单向驱动输入部14的安装孔内不旋进复用关节b48的紧定螺钉。具体工作如下：复用关节b48的一侧通过电机或者其他动力输出动力，带动单向驱动输入部14做旋转运动，从而带动蜗杆传动轴16运动，在蜗杆传动轴16和斜齿轮涡轮轴17的啮合传动下，由蜗杆传动轴16带动斜齿轮涡轮轴17运动，进而通过斜齿轮涡轮轴17和第一传动斜齿轮18的啮合作用，带动第一传动斜齿轮18运动，然后通过第一传动斜齿轮和第二传动斜齿轮19的作用，带动第二传动斜齿轮19运动，接着由单向驱动输出轴20带动单向驱动输出斜齿轮21运动，最后在单向驱动输出斜齿轮21与锥形传动齿轮4的内部齿的啮合作用下，带动复用关节a47运动，该运动由于使用螺杆涡轮传动连接，具有逆向运动锁死的功能，用来做单向传动逆向锁定的使用场景，可以锁定复用关节1不转动，或者可以从外部输入较为准确的角度设置，也可应用在需要单项驱动的关节内。
参看图9、图10和图11，该结构还包括动力传动接头43，动力传动接头43与复用关节1连接形成复用关节动力传动结构，动力传动接头43的两端与传动连接口3相匹配；动力传动接头43包括动力传输定子22、动力传输转子23和动力传输轴承24，动力传输定子22设置在动力传动接头43的外部，动力传输定子22的内部连接有动力传输轴承24，动力传输轴承24内连接有动力传输转子23，动力传输转子23的一端设有动力传输斜齿轮25，动力传输斜齿轮25与锥形传动齿轮4的内部齿相啮合，动力传输转子23的另一端设有连接斜齿轮26、连接轴27或者连接轴孔28。动力传动接头43通过设置动力传输定子22、动力传输转子23和动力传输轴承24，作用是把转矩传导给复用关节1内部锥形传动齿轮4，输出端具体有三种连接方式：
参看图9，第一种为动力传输转子23与连接斜齿轮26连接形成的斜齿轮输出结构，该动力传动接头43的两端均带锥齿轮，作用是不同关节之内的动力传导。
参看图10和图11，第二种为动力传输转子23与连接轴27连接形成的连接轴27输出结构，第三种为动力传输转子23与连接轴孔28连接形成的连接轴孔28输出结构，这两种方式是把力矩传导到内部。相对于单向传动接头13，这个复用关节1可以双向传导转矩。
参看图12，该结构还包括动力纤传动接头29，动力纤传动接头29与复用关节1连接形成复用关节动力纤传动结构；动力纤传动接头29包括动力纤连接壳30、动力纤传动轴31、第一动力纤传动齿32和第二动力纤传动齿33，第一动力纤传动齿32设置于动力纤传动轴31的一端，第二动力纤传动齿33设置于动力纤传动轴31的另一端，第一动力纤传动齿32与复用关节1的锥形传动齿轮4的内部相啮合，第一动力纤传动齿32与动力纤的传动内芯相啮合。动力纤传动是基于柔性材料的一种传动方式，具体可参考专利号为2018106022055，复用关节1动力纤传动结构的作用是将远程的动力纤的动能传递到复用关节1内部的锥形传动齿轮4，从而实现相应的传动。
参看图13和图14，该结构还包括反向传动接头34，反向传动接头34与复用关节1连接形成复用关节反向传动结构；反向传动接头34包括反向传动外壳35、反向输出轴36、反向固定轴37和反向斜齿轮38，反向斜齿轮38的中部连接反向固定轴37，反向斜齿轮38的内侧啮合连接锥形传动齿轮4的内部齿，反向斜齿轮38的外侧啮合连接有斜向内齿轮39，斜向内齿轮39设置于反向输出轴36上，反向输出轴36连接于反向传动外壳35的中部。反向传动接头34两端的复用关节1均可做输入端也可以做输出端，当以左端为输入端时，通过左侧的复用关节a47带动两个反向斜齿轮38运动，在反向固定轴37的作用下，由两个反向斜齿轮38带动斜向内齿轮39运动，最后由反向输出轴36输出动力。
参看图15和图16，该结构还包括径向传动组件40，径向传动组件40与复用关节1连接形成复用关节径向传动结构；径向传动组件40包括径向旋转支架41、反向传动接头34和径向旋转接头42，径向旋转支架41的两端设有反向传动接头34和径向旋转接头42，反向传动接头34和径向旋转接头42均连接复用关节1。它的输出旋转方向和复用关节a47的锥形传动齿轮4方向相反反向传动接头34可应用在比如径向传动的左右2个输出内，如图16左右两侧的正反两个接头同时驱动，相对于单侧的径向旋转，受力平衡，驱动负载也会更强，有利于关节运行更加安全平稳。
参看图17和图18，还包括管杆组件，管杆组件和复用关节1连接形成连杆结构，管杆组件和复用关节1径向传动结构连接形成机械臂；管杆组件包括空心圆形管杆44和管杆连接接头，管杆连接接头包括直管连接接头45和侧杆连接接头46，空心圆形管杆44通过直管连接接头45或侧杆连接接头46连接复用关节1径向传动结构。在具体应用时，通过管杆组件、复用关节1和其他的单向传动接头13、动力传动接头43、反向传动接头34形成有多种结构，比如多足、四足、两足机器人、机械骨骼、仿生手、轮式机器人和教育机器人等，比如图20中的虫型机械手装置，虫型机械手装置由若干个复用关节1和若干个径向传动组件40组成。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。