CN103522293B - 机器人以及用于组装机器人的重构模块 - Google Patents

机器人以及用于组装机器人的重构模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种重构模块,用于组装机器人,包括:锁紧装置,用于安装或卸载功能板,包括固定部以及锁紧部;旋转关节,用于使该锁紧装置旋转,该锁紧装置固定部的一端固定在该旋转关节上,该固定部的另一端与该锁紧部相连。至少一个手爪,安装在该旋转关节上,用于握紧目标物、另一个重构模块或组装性物件。本发明还提供一种机器人,包括:至少两个上述重构模块;一个重构模块通过该手爪抓握另一个重构模块完成相互之间的连接。本发明单个的重构机构具有更好的灵活性,在组装机器人时可以相对实现较现有模块化单元更复杂的功能。

Description

机器人以及用于组装机器人的重构模块
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,特别涉及一种机器人以及用于组装机器人的重构模块。
背景技术
随着机器人技术的发展,机器人已应用于工业、军事、医疗、教育及家庭服务等领域,然而受到通用性和成本等因素的制约,人们所期望的机器人在各行各业中的普及未能很好地实现。机器人基本上都是根据特定的任务来开发的,具有固定的结构和功能,并且使用的工作环境也被限制在一定的范围内,无形中增加了使用成本,阻碍了其在应用领域的推广。
解决上述问题的根本方法是改变传统机器人的设计思想,模块化作为一种新的设计方法和思维方法,已广泛应用于产品的研发和设计中。模块化机器人平台由多个模块组成,通过这些模块能快速装配出最适用于完成给定任务的机器人。在进行装配时,模块会利用本身设计好的手爪和特定的抓握面进行组装连接。由于模块与模块之间的连接必须采用预设的抓握面,因此局限了模块化模块在实现高阶功能的实用性,同时大大增加了应用时的复杂性。
目前,对模块化机器人***的开发,主要是集中于在机器人的自组装上的改良,如专利200710066827.2和201110237418.0,采用螺丝固定方法进行自组装;或采用钩爪方式进行自组装,如专利201210142511.8。另外,亦有采用不同的运动方法提升***的灵活性,如专利200880102914.1,采用履带车方式实现模块单元的运动。采用以上方法,模块化机器人的自组装性能虽然得到优化,但模块化机器人的应用仍然局限于模块的自组装结构。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述,或者可从该描述显而易见,或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题,本发明提供一种机器人以及用于组装机器人的重构模块,采用锁紧装置、旋转关节以及手爪的组合,该手爪可以握紧另一个重构模块,完成至少两个重构模块之间的连接,从而增强组装的功能,提高模块化机器人整体的实际应用性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
根据本发明的一个方面,提供一种重构模块,用于组装机器人,包括:锁紧装置,用于安装或卸载通过通孔结构装配的功能板,包括固定部以及锁紧部;旋转关节,用于使该锁紧装置旋转,该锁紧装置固定部的一端固定在该旋转关节上,该固定部的另一端与该锁紧部相连。至少一个手爪,安装在该旋转关节上,用于握紧目标物、另一个重构模块或组装性物件。
根据本发明的一个实施例,还包括功能板,该功能板上通过其上设置的通孔结构与该锁紧装置配合;该锁紧装置的固定部用于穿过该功能板的通孔结构,并防止该功能板上下左右移动,该锁紧装置的锁紧部用于防止该功能板脱落。
根据本发明的一个实施例,该功能板为圆形或多边形。
根据本发明的一个实施例,该固定部与该锁紧部的横截面相同;该锁紧部能绕该固定部旋转一定角度,使该固定部与该锁紧部的横截面不重合,用于防止该功能板脱落。
根据本发明的一个实施例,该锁紧装置的固定部与锁紧部通过螺纹或卡合方式连接,该锁紧部的横截面积大于该功能板上的通孔结构。
根据本发明的一个实施例,该旋转关节包括减速电机,该减速电机用于使其上的电机输出轴旋转,该锁紧装置固定部的一端固定在该电机输出轴上。
根据本发明的一个实施例,该旋转关节包括旋转关节架,用于固定该减速电机,该旋转关节架的外表面具有至少一个用于安装该手爪的手爪安装部。
根据本发明的一个实施例,该手爪包括平行相对的第一手爪以及第二手爪,该第一手爪以及该第二手爪能通过旋转或平行移动的方式来调整它们之间的距离,从而抓握该目标物、该另一个重构模块或该组装性物件。
根据本发明的一个实施例,该手爪用于握紧该目标物、该另一个重构模块或该组装性物件的接触面上设有凹槽或防滑软垫。
根据本发明的另一个方面,提供一种机器人,包括:至少两个上述任一一种重构模块;一个重构模块通过该手爪抓握另一个重构模块完成相互之间的连接。
根据本发明的一个实施例,还包括组装性物件,用于通过该重构模块手爪的抓握成为机器人的一个部件。
根据本发明的一个实施例,还包括双手爪连接部件,由两个手爪的用于与所述重构模块中旋转关节相连的接触面相连组成。
本发明提供了一种机器人以及用于组装机器人的重构模块,该重构模块包括锁紧装置、旋转关节以及手爪,还包括与该锁紧装置配合的功能板,由于锁紧装置的存在,该功能板是可卸的,提高了单个重构模块的灵活性。在利用上述重构模块组装机器人时,该重构模块的手爪可以握紧目标物,可以握紧另一个重构模块实现模块间的连接,还可以握紧组装性物件,使其成为机器人的一个部件,大大提高了组装的多样性,优化了模块化机器人的实用性;而且基于手爪的独特设计,提升了握紧的效果,同时一个功能板或组装性物件可以同时被多个手爪抓握,所以在自组装时可以相对实现较现有模块化单元更复杂的功能,组合出更多元化和高阶的机器人。
通过阅读说明书,本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明,本发明的优点和实现方式将会更加明显,其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明,而不构成对本发明的任何意义上的限制,在附图中:
图1为本发明实施例的重构模块的结构示意图。
图2为本发明实施例的功能板安装方法的示意图。
图3为本发明实施例的手爪安装部位的结构示意图。
图4为本发明实施例的手爪结构示意图。
图5为本发明实施例的手爪旋转打开的状态示意图。
图6为本发明实施例的手爪平行打开的状态示意图。
图7为本发明实施例的手爪抓握圆柱型目标物或组装性物件的结构示意图。
图8为本发明实施例的手爪抓握长方体目标物或组装性物件的结构示意图。
图9为本发明实施例的手爪抓握板型目标物或组装性物件的结构示意图。
图10为本发明第一实施例的机器人结构。
图11为本发明第二实施例的机器人结构。
图12为本发明第三实施例的机器人结构。
具体实施方式
如图1所示,本发明提供一种重构模块,用于组装机器人,包括:锁紧装置30,用于安装或卸载功能板,包括固定部32以及锁紧部31;旋转关节10,用于使锁紧装置30旋转,该锁紧装置固定部32的一端固定在该旋转关节10上,该固定部32的另一端与锁紧部31相连。至少一个手爪40,安装在旋转关节10上,用于握紧目标物、另一个重构模块或组装性物件。上述目标物是指根据任务设定的要抓取的物件,组装性物件是指柱状物、板状物或摄像头等能作为机器人的一个部件进行工作的物体。
在本实施例中,该旋转关节10包括减速电机12,用于使其上的电机输出轴旋转;此时,锁紧装置固定部32的一端就固定在该电机输出轴上,使锁紧装置30跟随电机输出轴旋转。
除了减速电机12外,该旋转关节10还可以包括旋转关节架11,用于固定减速电机12,且旋转关节架11的外表面具有至少一个用于安装手爪40的手爪安装部。
请同时参照图2,在本实施例中,重构模块还包括圆形或多边形的功能板50,该功能板50上设有用于与锁紧装置30配合的通孔结构。在本实施例中,锁紧装置30的固定部32与锁紧部31的横截面相同,例如是图中所示的方形,而功能板50上的通孔结构亦为方形。在锁紧装置30与功能板50进行配合时,首先,使锁紧装置30的固定部32与锁紧部31的横截面是相互重合的,如此功能板50的通孔结构51就穿过该锁紧部31,并与固定部32紧密配合了,固定部32能防止功能板50上下左右移动;接着,转动锁紧部31,使锁紧部31与固定部32的横截面不重合,从而防止功能板50脱落,如此便完成了功能板50的安装;若要卸载功能板50,则先将锁紧装置30的固定部32与锁紧部31的横截面重合,再将功能板50移出即可。
虽然图中未显示,但是在实际应用中,该锁紧装置30的固定部32与锁紧部31也可以通过螺纹或卡合的方式进行连接,此时锁紧部31的横截面积必须大于功能板50上的通孔结构51,以防止功能板50脱落。此时,若需要安装功能板,则先取下锁紧部31,将固定部32穿过功能板50的通孔结构51,然后将锁紧部31与固定部32连接即可;若需要卸除功能板50,则取下锁紧部31,将功能板50移出。
请参照图3,在本实施例中,该旋转关节架11除了在与功能板50平行的面上设有装有手爪40的手爪安装部外,在与功能板50垂直的面上还设有一个手爪安装部112,该手爪安装部112上同样可以安装手爪40,在具体实施时,可以根据需要设置手爪40在旋转关节架11上的安装位置和个数。
请参照图4,本发明中的手爪40包括平行相对的第一手爪41以及第二手爪42,该第一手爪41以及该第二手爪42能通过旋转或平行移动的方式来调整它们之间的距离,从而抓握目标物、另一个重构模块或组装性物件。上述旋转的方式是指第一手爪41用于抓握的部件能向靠近或远离第二手爪42的方向旋转,同样第二手爪42用于抓握的部件也能向靠近或远离第一手爪41的方向旋转;图5所示的就是手爪40以旋转的方式呈打开的状态。请同时参照图6,上述平行移动的方式是指第一手爪41用于抓握的部件能向靠近或远离第二手爪42的方向整体移动,同样第二手爪42用于抓握的部件也能向靠近或远离第一手爪41的方向整体移动;图6所示的就是手爪40以平行移动的方式呈打开的状态。
请接续参照图4,为了使手爪40具有更好的握紧效果,第一手爪41以及第二手爪42用于握紧目标物、另一个重构模块或组装性物件的接触面上设有凹槽47或防滑软垫48。上述凹槽47可以是V型或U型的,在具体设置时可以设置如图所示的垂直相交的两个凹槽。上述防滑软垫48可以设置在除凹槽外的所有平面上,当然虽然图中未显示,但是在凹槽内同样可以设置防滑软垫48。
请参照图7、图8、图9,在图7中手爪抓握的是圆柱型的目标物或组装性物件61;图8中手爪抓握的是长方体的目标物或组装性物件62;图9中手爪抓握的是板型的目标物或组装性物件63;可见,本发明的手爪对上述物件均具有良好的抓握效果,尤其是长方体的目标物或组装性物件,当手爪上的凹槽能与长方体互相配合时,效果更佳。由此可见,根据手爪安装的方向以及目标物或组装性物件的作用,一个手爪能进行多角度抓握。
本发明还提供了一种机器人,包括:至少两个上述任一实施例中的重构模块;一个重构模块通过该手爪抓握另一个重构模块的手爪、旋转关节架、锁紧装置或功能板完成相互之间的连接。
请参照图10,在本实施例中,该机器人由三个重构模块组成,具体来说,重构模块101与重构模块103的手爪抓握在重构模块102的功能板上,当重构模块101与重构模块103的功能板采用圆形结构时,就能作为车轮,从而形成一个二轮差速驱动的移动平台。对于作为基座重构模块102来说,其手爪可以抓住其他传感器甚至摄像头等组装性物件,也可以通过设定抓取目标物,同样该二轮差速驱动的移动平台的移动方向也可以通过重构模块102来控制。
请参照图11,在本实施例中,该机器人由四个重构模块以及一个板型组装性物件组成,具体来说,重构模块201、202、203、204的手爪分别抓住板型组装性物件205的一个角,再利用上述重构模块中的圆形功能板作为驱动轮,组装成四轮驱动的移动平台,对于日常生活中需要搬运一些重物时,这类型的平台可发挥作用。
请参照图12,在本实施例中,机器人除了包括组装性物件外还包括由两个手爪的用于与该重构模块中旋转关节相连的接触面相连组成的双手爪连接部件308、309,由于双手爪连接部件是由两个手爪相连构成的,此时手爪中用于与该重构模块中旋转关节相连的接触面无需再与旋转关节相连,所以可以充分利用该接触面。本实施例中的机器人除了重构模块301外,其他的重构模块都没有安装功能板,具体来说,重构模块301的手爪握紧重构模块302的锁紧装置,而重构模块301的功能板可以通过各种方式固定在支架或地面上;重构模块302的手爪握紧圆柱形或方柱形的组装性物件306的一端,双手爪连接部件308的其中一个手爪握住上述组装性物件306的另一端,双手爪连接部件308的一个手爪握住重构模块303的锁紧装置,重构模块303的手爪握紧圆柱形或长方体的组装性物件307的一端,组装性物件307的另一端则由重构模块304的手爪握紧,重构模块304的锁紧装置则被重构模块305的手爪握紧,最后双手爪连接部件309的其中一个手爪握住重构模块305的锁紧装置,另一个手爪则用于抓握目标物或诸如摄像头之类的组装性物件。
本发明提供的重构模块包括减速电机、锁紧装置、旋转关节架以及手爪,还包括与该锁紧装置配合的功能板,由于锁紧装置的存在,该功能板是可卸的,提高了单个重构模块的灵活性。该重构模块的手爪可以握紧目标物,可以握紧另一个重构模块实现模块间的连接,还可以握紧组装性物件,使其成为机器人的一个部件,大大提高了组装的多样性,优化了模块化机器人的实用性;而且基于手爪的独特设计,提升了握紧的效果,同时一个功能板或组装性物件可以同时被多个手爪抓握。在组装机器人时,可以利用本发明的重构模块结合组装性物件或双手爪连接部件,通过不同的组建方式,搭建出具有不同功能、适合不同应用场合的机器人;采用圆形的功能板时,更能将其作为车轮使用,使得组装出来的机器人整体功能得到大大提升,并以高阶、多元化、强大的功能完成任务。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例,本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质,可以有多种变型方案实现本发明。举例而言,作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已,并非因此局限本发明的权利范围,凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化,均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (12)

1.一种重构模块,用于组装机器人,其特征在于,包括:
锁紧装置,用于安装或卸载通过通孔结构装配的功能板,包括固定部以及锁紧部;
旋转关节,用于使所述锁紧装置旋转,所述锁紧装置固定部的一端固定在所述旋转关节上,所述固定部的另一端与所述锁紧部相连;
至少一个手爪,安装在所述旋转关节上,用于握紧目标物、另一个重构模块或组装性物件。
2.根据权利要求1所述的重构模块,其特征在于,还包括所述功能板,所述功能板通过其上设置的通孔结构与所述锁紧装置配合;所述锁紧装置的固定部用于穿过所述功能板的通孔结构,并防止所述功能板上下左右移动,所述锁紧装置的锁紧部用于防止所述功能板脱落。
3.根据权利要求2所述的重构模块,其特征在于,所述功能板为圆形或多边形。
4.根据权利要求2所述的重构模块,其特征在于,所述固定部与所述锁紧部的横截面相同;所述锁紧部能绕所述固定部旋转一定角度,使所述固定部与所述锁紧部的横截面不重合,用于防止所述功能板脱落。
5.根据权利要求2所述的重构模块,其特征在于,所述锁紧装置的固定部与锁紧部通过螺纹或卡合方式连接,所述锁紧部的横截面积大于所述功能板上的通孔结构。
6.根据权利要求1所述的重构模块,其特征在于,所述旋转关节包括减速电机,所述减速电机用于使其上的电机输出轴旋转,所述锁紧装置固定部的一端固定在所述电机输出轴上。
7.根据权利要求6所述的重构模块,其特征在于,所述旋转关节包括旋转关节架,用于固定所述减速电机,所述旋转关节架的外表面具有至少一个用于安装所述手爪的手爪安装部。
8.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的重构模块,其特征在于,所述手爪包括平行相对的第一手爪以及第二手爪,所述第一手爪以及所述第二手爪能通过旋转或平行移动的方式来调整它们之间的距离,从而抓握所述目标物、所述另一个重构模块或所述组装性物件。
9.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的重构模块,其特征在于,所述手爪用于握紧所述目标物、所述另一个重构模块或所述组装性物件的接触面上设有凹槽或防滑软垫。
10.一种机器人,其特征在于,包括:
至少两个如权利要求1至9所述的任一重构模块;
一个重构模块通过所述手爪抓握另一个重构模块完成相互之间的连接。
11.根据权利要求10所述的机器人,其特征在于,还包括组装性物件,用于通过所述重构模块手爪的抓握成为机器人的一个部件。
12.根据权利要求10或11所述的机器人,其特征在于,还包括双手爪连接部件,由两个手爪的用于与所述重构模块中旋转关节相连的接触面相连组成。
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