细胞机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种细胞机器人，采用球形细胞机器人单体组成。细胞机器人单体外壳包括上下两个形状相同的半球体，两个半球体的底面重合装配且中心对称轴相互重合；每个半球体的周向上均匀设置有四个连接面。将两个半球体形成的球体，用两个相同的侧棱长与底面边长相等的正四棱锥构成的正八面体相截，正八面体的每个侧面与球体相截得到一个连接面。连接面设置有连接装置，并实现两个连接面之间正反两种连接方式。每个单体的八个连接面间可与其他细胞机器人单体的任意连接面连接，于是将多个细胞机器人单体重构成多种多样的细胞机器人，可以在不同的环境，如抗震救灾、井下作业、太空探索中完成装配、焊接等不同的任务。
【专利说明】细胞机器人
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能机器人【技术领域】，具体涉及一种细胞机器人。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的发展，机器人已广泛应用于社会的各个领域，如工业、医疗、农业、 军事和救灾等。有些作业环境狭窄、多变且存在各种未知障碍，对于采用轮式、腿式等驱动 方式的传统机器人自主移动和越障实现相对困难。现有技术中也提出了一种球形机器人， 通过改变内部重心位置提供移动驱动力，方向可变性好，能在泥、沙、雪甚至水中行动，也可 在一些危险环境下活动。
[0003] 目前国内外一些著名大学和科研机构也研究过模块化机器人，例如美国USC的 CONRO和SUPERB0T，清华大学的组合机器人等，但是上述机器人每个单体只有两个连接面 而且机器人单体转角范围有限。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种细胞机器人，该细胞机器人采用模块化的设计方式，包括N个 结构完全相同的球形细胞机器人单体。每个细胞机器人单体具有八个连接面，而且每两个 连接面之间有正反两种连接方式，这就使得多个细胞机器人单体可以重构成多种多样细胞 机器人。通过将若干个细胞机器人单体进行重构，可以实现多种复杂构型的机器人运动形 式，从而适用不同应用环境进行作业。
[0005] 本发明提供了一种球形细胞机器人单体，外壳包括上下两个形状相同的半球体， 两个半球体的底面重合装配且中心对称轴相互重合。每个半球体的周向上均匀设置有四个 连接面。所述的连接面的获取方式是：将两个半球体形成的球体，用两个相同的侧棱长与底 面边长相等的正四棱锥构成的正八面体相截，正八面体的几何中心与球体的球心重合，且 正四棱锥的底面与半球体的底面重合，正八面体的每个侧面与球体相截得到一个连接面。
[0006] 连接面设置有连接装置，用于实现两个细胞机器人单体之间的连接。每个连接面 都可以与其他细胞机器人单体的任意连接面之间形成正反两种连接方式。正的连接方式 下，两个细胞机器人单体的轴线相互平行，简称"轴平行连接"；反的连接方式下，两个细胞 机器人单体的轴线相交，简称"轴相交连接"。
[0007] -种细胞机器人，包括两个以上所述的细胞机器人单体，每两个细胞机器人单体 之间通过连接面设置的连接装置相装配。
[0008] 所述的半球体中设置有扭矩提供装置，使得上下两个半球体绕中心对称轴相对旋 转。
[0009] 特别地，本发明的细胞机器人单体内部提供了一种扭矩提供装置，该扭矩提供装 置包括电机、中心齿轮以及三个周边齿轮。三个周边齿轮与中心齿轮相啮合，且三个周边 齿轮的位置处于一个等边三角形的三个顶点处。电机输出动力传给中心齿轮，中心齿轮带 动与之啮合的三个周边齿轮转动，三个周边齿轮都与一个半球体壳体上设置的内齿轮相啮 合，从而带动内齿轮旋转，使得其中一个半球体相对另一个半球体产生相对旋转运动。
[0010] 特别地，本发明的细胞机器人单体内部提供了一种改进型四通道点触滑环装置， 所述的细胞机器人单体内部包括改进型四通道点触滑环装置，该点触滑环装置包括滑环和 弹针，其中滑环与一个半球体固定连接，弹针与另一个半球体固定连接；滑环上面分布着多 圈同心的环形滑道；弹针上面分布着与滑环上同心的环形滑道一一对应的弹针；当滑环和 弹针在两个半球体的带动下产生相对转动时，弹针上的弹针触点顶在滑环上的环形滑道里 面滑动，使得滑环和弹针始终通电连接。
[0011] 本发明的优点与积极效果在于：
[0012] (1)本发明所提供的细胞机器人单体组装方便，并可根据需要组装成机器人，组装 形式灵活多样。本发明的细胞机器人单体具有八个连接面，而且每个连接面都可以与其他 细胞机器人单体的任意连接面之间形成正反两种连接方式（轴平行连接与轴相交连接）。 这就使得M个细胞机器人单体可以重构成多种多样的细胞机器人，可以在不同的环境，如 抗震救灾、井下作业、太空探索中完成装配、焊接等不同的任务。
[0013] (2)本发明的细胞机器人单体内部提供的传动装置的三个小齿轮位于等边三角形 的三个顶点，等边三角形分布形式可以使三个小齿轮作用在电机输出中心齿轮上的径向力 相互抵消，同时三个小齿轮作用在外壳上大内齿轮的径向力也相互抵消，受力均匀，可承受 更大的负载。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的细胞机器人单体的主视图；
[0015] 图2是本发明的细胞机器人单体的俯视图；
[0016] 图3是构成本发明的细胞机器人单体的球形和正八面体位置及相对大小说明图； (a)是球体一般大小情况的说明图，（b)是球体相对正八面体最小时的说明图，（c)是球体 相对正八面体最大时的说明图；
[0017] 图4是本发明的两个细胞机器人单体正反两种连接方式的示意图；(a)是"轴平行 连接"的示意图，（b)是"轴相交连接"的示意图；
[0018] 图5是实现本发明的细胞机器人单体传动装置的一个示意图；
[0019] 图6是实现本发明的细胞机器人单体传动装置的内部传动结构图；
[0020] 图7是本发明中采用的一种改进型四通道点触滑环装置的结构图；
[0021] 图8是本发明中采用的一种改进型四通道点触滑环装置的滑环示意图；
[0022] 图9是本发明中采用的一种改进型四通道点触滑环装置的弹针示意图；
[0023] 图10是本发明的细胞机器人单体的不同组合构型示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025] 细胞是生命活动的基本单位，通过分裂和分化形成不同的组织，进而形成生命体。 受此启发，本发明提供了一种细胞机器人，通过球形细胞机器人单体以重构的方式可以形 成不同的机器人，例如虫形机器人，双足机器人，四足机器人以及机械臂等等。所以本发明 的细胞机器人可以在不同的环境，如抗震救灾、井下作业、太空探索中完成装配、焊接等不 同的任务。
[0026] 如图1和2所示，本发明提供的一种细胞机器人单体，外壳包括上下两个形状相同 的半球体，两个半球体的底面重合装配且中心对称轴相互重合，两个半球体整体形成一个 球体。每个半球体的周向上均匀设置有四个连接面。
[0027] 连接面的获取方式是：将两个半球体形成的球体，用两个相同的侧棱长与底面边 长相等的正四棱锥构成的正八面体相截，正八面体的几何中心与球体的球心重合，且正四 棱锥的底面与半球体的底面重合，正八面体的每个侧面与球体相截得到一个连接面。
[0028] 如图3的（a)、（b)和（C)所示，细胞机器人单体球体的球心位于正四棱锥底面中 心位置。设正四棱锥的侧棱长与底面边长均为a，即正八面体的棱长为a，球体的直径为d。 为了保证球体与正八面体的八个侧面相交截得细胞机器人单体的八个连接面，球体的直径 d与正八面体的棱长a应该满足如下关系式：
[0029]
【权利要求】
1. 一种细胞机器人单体，其特征在于，外壳包括上下两个形状相同的半球体，两个半球 体的底面重合装配且中心对称轴相互重合；每个半球体的周向上均匀设置有四个连接面； 所述的连接面的获取方式是：将两个半球体形成的球体，用两个相同的侧棱长与底面边长 相等的正四棱锥构成的正八面体相截，正八面体的几何中心与球体的球心重合，且正四棱 锥的底面与半球体的底面重合，正八面体的每个侧面与球体相截得到一个连接面。
2. 根据权利要求1所述的细胞机器人单体，其特征在于，所述的连接面在获取时，设置 正八面体的棱长a与球体的直径d满足如下关系式：
，
3. 根据权利要求1所述的细胞机器人单体，其特征在于，所述的连接面设置有连接装 置，用于两个细胞机器人单体之间连接，两个连接面之间具有正反两种连接方式，正的连接 方式下，两个细胞机器人单体的轴线相互平行，反的连接方式下，两个细胞机器人单体的轴 线相交。
4. 根据权利要求1所述的细胞机器人单体，其特征在于，所述的半球体中设置有扭矩 提供装置，使得上下两个半球体绕中心对称轴相对旋转。
5. 根据权利要求1所述的细胞机器人单体，其特征在于，所述的细胞机器人单体包括 扭矩提供装置，该扭矩提供装置包括电机、中心齿轮以及相拟合三个周边齿轮；三个周边齿 轮与中心齿轮相啮合，且三个周边齿轮的位置处于一个等边三角形的三个顶点处；电机输 出动力传给中心齿轮，中心齿轮带动与之啮合的三个周边齿轮转动，三个周边齿轮都与一 个半球体壳体上设置的内齿轮相啮合，从而带动内齿轮旋转，使得其中一个半球体相对另 一个半球体产生相对旋转运动。
6. 根据权利要求1所述的细胞机器人单体，其特征在于，所述的细胞机器人单体内部 包括改进型四通道点触滑环装置，该点触滑环装置包括滑环和弹针，其中滑环与一个半球 体固定连接，弹针与另一个半球体固定连接；滑环上面分布着多圈同心的环形滑道；弹针 上面分布着与滑环上同心的环形滑道一一对应的弹针；当滑环和弹针在两个半球体的带动 下产生相对转动时，弹针上的弹针触点顶在滑环上的环形滑道里面滑动，使得滑环和弹针 始终通电连接。
7. -种细胞机器人，包括两个以上如权利要求1?6任一所述的细胞机器人单体，每两 个细胞机器人单体之间通过连接面设置的连接装置相装配。
【文档编号】B62D57/00GK104326031SQ201410594033
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】杨健勃 申请人:北京可以科技有限公司