CN107878589A - 一种模块化环形滚动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化环形滚动机器人，包括首尾依次相连组成一个环形结构的若干个摆转模块，每个摆转模块的摆动罩顶端通过防脱出模块化接口与相邻摆转模块的固定座底端的防脱出模块化接口连接。通过上述结构设计，该款机器人能够实现机器人整体滚动前进，不仅克服了传统步行机器人只能攀爬、蠕动、行走等移动方式的缺陷，而且也克服了现有轮式移动机器人只能在平整的硬质道路移动的缺陷，能够适用于各种狭窄不平的道路，可广泛应用于机器人技术领域。

Description

一种模块化环形滚动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种模块化环形滚动机器人。

背景技术

随着现代科学技术的发展，特别是电子信息技术的突飞猛进，机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产效率，改变生产模式，把人从危险恶劣繁重的工作环境中解放出来等方面，显示出了极大的优越性。机器人在地面上的移动方式常见的为轮式和步行两种。步行移动方式模仿人类或动物的行走机理，用腿脚走路，对环境的适应性好，智能程度相对也较高。但是步行移动方式的结构和控制比较复杂，而轮式移动方式能高效稳定的移动，且机构简易和控制方便。但轮式移动方式也存在以下缺点：对路面要求较高，多适用于平整的硬质道路，而在狭窄不平的道路上难以工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模块化环形滚动机器人，能够实现机器人整体滚动前进，克服了现有轮式移动机器人只能在平整的硬质道路移动的缺陷，能够适用于各种狭窄不平的道路。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种模块化环形滚动机器人，包括首尾依次相连组成一个环形结构的若干个摆转模块，每个摆转模块中的摆动罩的顶端通过防脱出模块化接口与相邻摆转模块中的固定座的底端的防脱出模块化接口连接。

进一步，所述防脱出模块化接口包括模块外壳、布置在模块外壳上的防脱出机构和布置在模块外壳上的对接卡扣，所述模块外壳上布置有一个区域和若干个通孔，所述区域布置有至少一个卡隼，所述对接卡扣包括二叶子零件，所述二叶子零件上布置有至少一个飞檐结构，所述卡隼内布置有一个卡槽区域，该防脱出模块化接口的所述卡槽区域可供另一个防脱出模块化接口的飞檐结构卡入，同时所述防脱出机构的卡紧端从模块外壳的通孔伸出。

进一步，所述区域为圆周区域，所述圆周区域边缘沿圆周方向均匀布置两个卡隼，在沿顺时针路径上，所述卡隼的一侧布置有第一加强筋，所述第一加强筋与模块外壳相连，卡隼的另一侧和内侧开口，卡隼的外侧与模块外壳相连，所述卡隼内部形成的空腔就是所述卡槽区域，所述二叶子零件上沿圆周方向均匀布置两个飞檐结构，所述卡隼和飞檐结构均为扇形结构，且所述飞檐结构的弧度小于或等于卡隼的弧度。

进一步，所述防脱出机构包括与模块外壳侧壁固定连接的弹簧支撑柱和位于弹簧支撑柱上端的弹簧卡扣，弹簧支撑柱的上端为第一凸台，所述第一凸台上套有弹簧，所述弹簧的下端被所述第一凸台的台阶顶住，所述弹簧卡扣包括位于所述圆周区域外的按键和位于所述圆周区域内的扇形凸块，模块外壳上所述圆形区域外布置有第三通孔，所述圆周区域沿圆周方向布置有扇形通孔，在圆周方向上所述第三通孔和扇形通孔分别位于同一条直径的一端，所述按键从第三通孔伸出，所述扇形凸块从扇形通孔伸出，所述弹簧的上端与按键抵接，所述扇形凸块就是所述防脱出机构的卡紧端。

进一步，所述圆周区域的边缘沿逆时针方向分为六个区域，依次为第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域，所述两个卡隼分别位于第一区域和第四区域，所述扇形通孔位于第三区域，所述二叶子零件安装固定后，所述两个飞檐结构分别位于第二区域和第五区域。

进一步，所述防脱出模块化接口与另一个防脱出模块化接口对接后，所述防脱出模块化接口的第三区域与另一个防脱出模块化接口的第六区域匹配，所述防脱出模块化接口的第三区域与另一个防脱出模块化接口的第六区域之间形成一个空腔区域，所述防脱出模块化接口的扇形凸块从所述扇形通孔伸出后处于所述空腔区域。

进一步，所述摆转模块还包括位于固定座和摆动罩之间的第二驱动装置，所述第二驱动装置的输出端与摆动罩连接。

进一步，所述摆动罩包括位于顶端的面壳，所述面壳的左右两端朝同一侧面翘起并所述面壳的左右两端分别布置有第一耳朵结构和第二耳朵结构，所述第一耳朵结构和第二耳朵结构均与所述面壳所在平面相垂直，所述第一耳朵结构或第二耳朵结构与第二驱动装置的输出端连接，所述第二驱动装置安装在固定座上。

进一步，所述第一耳朵结构和第二耳朵结构的内侧均布置有若干个第三加强筋，各所述第三加强筋之间均形成有可放置电源线、信号线的通道。

有益效果：本发明通过设计由若干个摆转模块首尾依次相连组成的环形滚动机器人，各摆转模块之间通过防脱出模块化接口连接。该款机器人能够实现机器人整体滚动前进，不仅克服了传统步行机器人只能攀爬、蠕动、行走等移动方式的缺陷，而且也克服了现有轮式移动机器人只能在平整的硬质道路移动的缺陷，能够适用于各种狭窄不平的道路，可广泛应用于机器人技术领域。

附图说明

图1为本发明实施例的装配图；

图2为摆转模块的装配图；

图3为摆转模块的***图；

图4为摆动罩的轴测图；

图5为固定座的轴测图；

图6为第二耳朵结构的第三加强筋示意图；

图7为摆动罩的上视图；

图8为第一耳朵结构的第三加强筋示意图；

图9为防脱出模块化接口的主视图；

图10为防脱出模块化接口的轴测图；

图11为防脱出模块化接口的剖视图；

图12为防脱出模块化接口的主视图；

图13为二叶子零件的轴测图；

图14为防脱出模块化接口的主视图。

附图标记：2、摆转模块；25、摆动罩；26、固定座；27、第二驱动装置；251、第一耳朵结构；252、第二耳朵结构；411、卡隼；412、第一凹坑；413、第二凹坑；414、第一通孔；415、扇形通孔；416、第三通孔；421、弹簧支撑柱；422、弹簧；423、按键；424、扇形凸块；431、二叶子零件；432、阶梯孔；433、第二通孔；434、三角形凹坑；441、第一区域；442、第二区域；443、第三区域；444、第四区域；445、第五区域；446、第六区域。

具体实施方式

下面结合图1至图14对本发明做进一步的说明。

一种模块化环形滚动机器人，包括首尾依次相连组成一个环形结构的若干个摆转模块2，本实施例中摆转模块2的数量为八个。所述摆转模块2包括固定座26、摆动罩25以及位于固定座26和摆动罩25之间的第二驱动装置27，所述摆动罩25与第二驱动装置27的输出端连接，摆动罩25位于固定座26的上方。所述摆动罩25的顶端与固定座26的底端均布置有防脱出模块化接口，每个摆转模块2的摆动罩25顶端通过防脱出模块化接口与相邻摆转模块的固定座26底端的防脱出模块化接口连接。

进一步，所述防脱出模块化接口布置在模块外壳上，所述模块外壳上布置有一个区域和至少一个通孔，所述区域为一个直径为30mm的圆周区域，所述圆周区域即为一个接口底座。所述接口底座布置有对接卡扣和两个结构相同的卡隼411，各所述卡隼411在所述接口底座的边缘沿圆周方向均匀布置，各所述卡隼411分别布置在第一区域441和第四区域444。所述卡隼411为扇形形状，对应的圆心角为60°。在沿顺时针路径上，所述卡隼411的左侧布置有与外壳相连的第一加强筋，可提高卡隼的刚度。卡隼的右侧和内侧开口，外侧与所述模块外壳相连，所述卡隼411在内部形成一个卡槽区域。所述对接卡扣包括一个二叶子零件431，所述二叶子零件431上布置有两个飞檐结构。当两个防脱出模块化接口甲、乙对接时，防脱出模块化接口甲的卡槽区域可供防脱出模块化接口乙的飞檐结构旋入，同时所述防脱出机构的卡紧端从模块外壳的通孔伸出。

前述各第一加强筋分别位于同一条直径的一端，第一区域441的第一加强筋在靠近第六区域446一侧，第四区域444的第一加强筋在靠近第三区域443的一侧。

进一步，所述卡隼411上表面有至少一个第一凹坑412，所述第一凹坑412实际为球形凹坑。本实施例中为两个第一凹坑412，也可以视实际需要改变第一凹坑412的数量。在所述接口底座沿顺时针路径上，分别在第二区域442和第五区域445布置有与第一凹坑412数量相同的第二凹坑413，可用于放置定位珠。在对接过程中，防脱出模块化接口甲的第二凹坑413与防脱出模块化接口乙的第一凹坑412对应匹配。若第一凹坑412和第二凹坑413的数量均为两个或两个以上，那么同一区域的所述相邻两个第二凹坑413之间的距离与所述相邻两个第一凹坑412之间的距离相等，各所述第二凹坑413与各所述第一凹坑412同在一个圆周上。当甲、乙两个防脱出模块化接口对接配合后，防脱出模块化接口甲的第二凹坑413的定位珠恰好会嵌入防脱出模块化接口乙的第一凹坑412，实现两个防脱出模块化接口的装配准确定位。

进一步，所述两个飞檐结构沿圆周方向均匀布置在二叶子零件431边缘，所述飞檐结构均为扇形结构，所对应的圆心角为60°。所述飞檐结构的一面与二叶子零件431背向模块外壳的一面平齐，飞檐结构的另一面布置有第二加强筋。沿圆周顺时针方向，所述第二加强筋位于所述飞檐结构的左侧，第二加强筋可提高飞檐结构的刚度。各所述第二加强筋分别位于同一条直径的两端，第二区域442的第二加强筋在靠近第一区域441一侧，第五区域445的第二加强筋在靠近第四区域442一侧。

而且所述飞檐结构的整体厚度小于或等于所述卡槽区域内部高度的一半，因此在防脱出模块化接口甲、乙的对接过程中，防脱出模块化接口甲的飞檐结构的正好可嵌入防脱出模块化接口乙的卡槽区域，即可实现甲、乙的配合卡紧，此时防脱出模块化接口甲卡隼411的第一加强筋结构还起到了对防脱出模块化接口乙飞檐结构的定位作用。所述二叶子零件431沿圆周方向均匀布置4个阶梯孔432，二叶子零件431通过阶梯孔432与接口底座实现螺钉连接，所述二叶子零件431与接口底座为同心轴布置方式。二叶子零件431与接口底座固定连接后，两个飞檐结构分别位于第二区域442和第五区域445，前述第二凹坑413在圆周方向上与两个飞檐结构分别位于同一条直径的一端。前述飞檐结构的厚度包括第二加强筋的尺寸。前述飞檐结构的弧度小于或等于卡隼411的弧度。

进一步，所述接口底座中央布置有第一通孔414，所述第一通孔414为圆形通孔。所述二叶子零件431上布置有3个第二通孔433，所述第二通孔433的形状、大小相同，均为圆形通孔。所述第二通孔443的长度大于二叶子零件的厚度，在二叶子零件431背向模块外壳的一面，第二通孔433的端面与二叶子零件431表面平齐，在二叶子零件431朝向模块外壳的一面，第二通孔433的端面高出二叶子零件的表面。所述第二通孔433排布成的直线与二叶子零件431平面图形的对称轴的夹角大于0°，每个第二通孔433可安放一个弹簧针。所述弹簧针与穿过第一通孔414的电源线路和通讯线路焊接，三个第二通孔433中的弹簧针依次与火线、地线、信号线一一对应。在所述二叶子零件431背向模块外壳的表面布置有一个三角形凹坑434，靠近所述三角形凹坑434的一个第二通孔433是安放与信号线焊接的弹簧针，所述三角形凹坑434作为信号线的标识，防止线路安装错误，以此保证防脱出模块化接口甲、乙配合完成机械连接后，两个接口上的各弹簧针通过三个第二通孔433能够一一对准接触，实现电源和通讯连接成功，保证通讯连接和机械连接同步完成。前述信号线就是通讯线路。

进一步，所述防脱出模块化接口还包括防脱出机构，所述防脱出机构包括弹簧支撑柱421和弹簧卡扣。所述弹簧支撑柱421的下端与模块外壳的侧壁通过螺钉固定连接，弹簧支撑柱的上端为第一凸台，第一凸台上套有一个弹簧422，所述弹簧422的下端被所述第一凸台的台阶顶住。所述弹簧卡扣包括位于所述圆周区域外的按键423和位于所述圆周区域内的扇形凸块424，所述按键423从第三通孔416伸出，所述扇形凸块424从扇形通孔415伸出，所述弹簧422的上端与按键423抵接。所述第三通孔布416布置在所述模块外壳上的圆形区域以外，所述扇形通孔415布置在所述接口底座上。受弹簧422支撑，所述按键423从模块外壳上的第三通孔416伸出，所述扇形凸块424从扇形通孔415伸出，由于模块外壳的限位作用，所述弹簧卡扣无法从扇形通孔415和第三通孔416脱出。所述扇形凸块424可以阻挡防脱出模块化接口甲、乙的分离，所述扇形凸块424可视为具有防脱出功能的卡紧端。

所述防脱出机构的具体工作方式为防脱出模块化接口甲的扇形凸块阻挡防脱出模块化接口乙的卡隼逆时针旋出，相应的，防脱出模块化接口乙的扇形凸块阻挡防脱出模块化接口甲的卡隼逆时针旋出；按压按键423时，弹簧422压缩，扇形凸块424下行至与接口底座上表面平齐的位置，此时防脱出模块化接口甲不动，乙沿逆时针旋转，即可实现连接分离。通过上述对防脱出模块化接口的结构和连接方式的分析可以发现，由于设计了防脱出机构，接口可以更加稳定连接。

前述第一区域441、第二区域442、第三区域443、第四区域444、第五区域445和第六区域446依次为所述圆周区域的边缘沿逆时针方向划分的六个区域。所述两个卡隼411分别位于第一区域441和第四区域444，所述扇形通孔415位于第三区域443，所述二叶子零件431安装固定后，所述两个飞檐结构分别位于第二区域442和第五区域445。

进一步，防脱出模块化接口甲与防脱出模块化接口乙对接后，防脱出模块化接口甲的第三区域443与防脱出模块化接口乙的第六区域446匹配，防脱出模块化接口甲的第三区域443与防脱出模块化接口乙的第六区域446之间形成一个空腔区域。防脱出模块化接口甲的扇形凸块24从所述扇形通孔15伸出后处于所述空腔区域，所述扇形凸块24具有卡紧的作用。

进一步，所述摆动罩25包括位于顶端的面壳，所述面壳的左右两端朝同一侧翘起并所述面壳的左右两端分别布置有第一耳朵结构251和第二耳朵结构252，所述第一耳朵结构251和第二耳朵结构252均与所述面壳所在平面相垂直，且二者处于对称位置。本实施例中，所述第二驱动装置27的输出轴凸出在第一端面，第一耳朵结构251通过四个螺丝与输出轴的端面固定连接。第二耳朵结构252的中央布置有第四通孔，通过一个螺钉贯穿第四通孔，所述第二耳朵结构252与所述第二驱动装置27的第二端面连接，所述第二端面与第一端面为相对的两个端面。当第二驱动装置27输出扭矩时，所述输出轴带动第一耳朵结构251摆动，第二耳朵结构252随之以所述螺钉为转动轴转动，进而实现摆动罩25的摆动功能。

进一步，所述第一耳朵结构251和第二耳朵结构252的内侧均布置有若干个第三加强筋，各第三加强筋不仅对结构具有加固作用，而且各所述第三加强筋之间均形成有可放置电源线、信号线的通道，这样可以防止线路裸露在外壳之外，提高模块化结构的美观程度。

进一步，所述固定座26包括底壳和沿着底壳边缘布置的围栏，所述围栏与底壳形成的区域可用于容纳第二驱动装置27，所述防脱出模块化接口布置在底壳上。

各所述防脱出模块化接口的模块外壳分别为固定座26和摆动罩25，所述防脱出模块化接口与固定座26、所述防脱出模块化接口与摆动罩25可以是一体式结构，也可以是分离式结构，本实施例中均采用一体式结构。

参照图1进一步说明该机器人的工作实现方式：

1、当所述模块化环形滚动机器人要逆时针滚动时，从底部的摆转模块开始沿顺时针依次向环形的外侧方向摆动所述摆动罩就可实现模块化环形滚动机器人的逆时针滚动；

2、当所述模块化环形滚动机器人要顺时针滚动时，从底部的摆转模块开始沿逆时针依次向环形的内侧方向摆动所述摆动罩就可实现模块化环形滚动机器人的顺时针滚动。

由上述可知，该机器人能够实现机器人整体像轮子一样滚动前进，克服了现有轮式移动机器人只能在平整的硬质道路移动的缺陷，能够适用于各种狭窄不平的道路。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：包括首尾依次相连组成一个环形结构的若干个摆转模块(2)，每个摆转模块(2)的摆动罩(25)顶端通过防脱出模块化接口与相邻摆转模块的固定座(26)底端的防脱出模块化接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述防脱出模块化接口包括模块外壳、布置在模块外壳上的防脱出机构和布置在模块外壳上的对接卡扣，所述模块外壳上布置有一个区域和若干个通孔，所述区域布置有至少一个卡隼(411)，所述对接卡扣包括二叶子零件(431)，所述二叶子零件(431)上布置有至少一个飞檐结构，所述卡隼(411)内布置有一个卡槽区域，该防脱出模块化接口的所述卡槽区域可供另一个防脱出模块化接口的飞檐结构卡入，同时所述防脱出机构的卡紧端从模块外壳的通孔伸出。

3.根据权利要求2所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述区域为圆周区域，所述圆周区域边缘沿圆周方向均匀布置两个卡隼(411)，在沿顺时针路径上，所述卡隼(411)的一侧布置有第一加强筋，所述第一加强筋与模块外壳相连，卡隼(411)的另一侧和内侧开口，卡隼(411)的外侧与模块外壳相连，所述卡隼(411)内部形成的空腔就是所述卡槽区域，所述二叶子零件(431)上沿圆周方向均匀布置两个飞檐结构，所述卡隼(411)和飞檐结构均为扇形结构，且所述飞檐结构的弧度小于或等于卡隼(411)的弧度。

4.根据权利要求3所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述防脱出机构包括与模块外壳侧壁固定连接的弹簧支撑柱(421)和位于弹簧支撑柱(421)上端的弹簧卡扣，弹簧支撑柱(421)的上端为第一凸台，所述第一凸台上套有弹簧(422)，所述弹簧(422)的下端被所述第一凸台的台阶顶住，所述弹簧卡扣包括位于所述圆周区域外的按键(423)和位于所述圆周区域内的扇形凸块(424)，模块外壳上所述圆形区域外布置有第三通孔(416)，所述圆周区域沿圆周方向布置有扇形通孔(415)，在圆周方向上所述第三通孔(416)和扇形通孔(415)分别位于同一条直径的一端，所述按键(423)从第三通孔(416)伸出，所述扇形凸块(424)从扇形通孔(415)伸出，所述弹簧(422)的上端与按键(423)抵接，所述扇形凸块(424)就是所述防脱出机构的卡紧端。

5.根据权利要求4所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述圆周区域的边缘沿逆时针方向分为六个区域，依次为第一区域(441)、第二区域(442)、第三区域(443)、第四区域(444)、第五区域(445)和第六区域(446)，所述两个卡隼(411)分别位于第一区域(441)和第四区域(444)，所述扇形通孔(415)位于第三区域(443)，所述二叶子零件(431)安装固定后，所述两个飞檐结构分别位于第二区域(442)和第五区域(445)。

6.根据权利要求5所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述防脱出模块化接口与另一个防脱出模块化接口对接后，所述防脱出模块化接口的第三区域(443)与另一个防脱出模块化接口的第六区域(446)匹配，所述防脱出模块化接口的第三区域(443)与另一个防脱出模块化接口的第六区域(446)之间形成一个空腔区域，所述防脱出模块化接口的扇形凸块(24)从所述扇形通孔(15)伸出后处于所述空腔区域。

7.根据权利要求6所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述摆转模块(2)还包括位于固定座(26)和摆动罩(25)之间的第二驱动装置(27)，所述第二驱动装置(27)的输出端与摆动罩(25)连接。

8.根据权利要求7所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述摆动罩(25)包括位于顶端的面壳，所述面壳的左右两端朝同一侧面翘起并所述面壳的左右两端分别布置有第一耳朵结构(251)和第二耳朵结构(252)，所述第一耳朵结构(251)和第二耳朵结构(252)均与所述面壳所在平面相垂直，所述第一耳朵结构(251)或第二耳朵结构(252)与第二驱动装置(27)的输出端连接，所述第二驱动装置(27)安装在固定座(26)上。

9.根据权利要求8所述的一种模块化环形滚动机器人，其特征在于：所述第一耳朵结构(251)和第二耳朵结构(252)的内侧均布置有若干个第三加强筋，各所述第三加强筋之间均形成有可放置电源线、信号线的通道。