[发明专利]一种模块化欠驱动弹复性机器人单元模块

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种模块化欠驱动弹复性机器人单元模块。

背景技术

现如今工业机器人及一些非工业机器人的技术发展已相对成熟，但机器人由于自身寿命的限制，不能长期高效地工作。对于工业机器人来说，可以通过定期的维保来延长其寿命。而对于一些特种机器人，其工作环境有时复杂且未知，如在地震救灾、火星探险等环境下，机器人受损后，人为很难参与干涉，这就要求机器人本身具有很强的对复杂、恶劣环境的适应性。根据这一需求，研究人员提出了弹复性机器人的概念。

所谓弹复性，是指机器人在部分受损后，在不借助外界物质或因素协助的条件下，具有通过自动修复来维持其原有功能的能力。弹复性是一个在机器人领域乃至工程领域相对较新的概念。弹复性工程并不关注失效如何发生以及失效的程度，而是关注机器人系统如何在失效后恢复原有状态。具有弹复性的机器人即为弹复性机器人。

欠驱动机器人可提高机器人的弹复性。一般来说，机器人由关节和连杆组成，机器人受损后的表现一般为关节无法正常工作，若机器人受损后主动关节变成被动关节，欠驱动机器人在此条件下还能正常工作，所以欠驱动机器人具有更高的弹复性。另外，欠驱动机器人还具有低能耗、低成本、重量轻的特点。

现今弹复性在一些领域尤其是在工程领域鲜有学者研究，而与其相关的领域如自重构机器人、自愈合机器人、自修复机器人等则有较多学者涉足，只是他们的研究方向或实现方式有所不同。自愈合机器人依赖于化学反应来完成修复，并不考虑机器人零部件的重构；自修复机器人则仅限于在外界辅助的情况下机器人受损零部件的修复；弹复性机器人的概念是受到自然界生物的自修复能力的启发，其在机器人零部件受损后，在不借助外界辅助的情况下维持其原有功能，自重构是实现弹复性的一种手段。目前，现有的自重构机器人模块往往存在以下缺点：(1)模块对接时对中性差，连接困难(2)模块自由度少，模块运动能力受到限制(3)不具有欠驱动能力。弹复性机器人的设计同样也会存在上述问题。

授权公告号为CN102416626B的专利公开了一种模块化自重构机器人的单元模块，设有前臂、后臂以及位于前、后臂之间的中框，中框与前、后臂之间分别为传动连接，前、后臂均包括外框、内框，内框置于外框内，内框两侧壁与对应的外框两侧壁铰支点连接，构成两个俯仰关节，内框设有电机，电机输出轴通过齿轮与中框的齿轮啮合传动，构成两个轴向旋转关节，中框内设有电机，电机输出轴通过齿轮与设置的中心轴上的齿轮啮合传动，中心轴两端伸出中框并设有固定盘，构成纵向旋转关节。不同于上述专利公开的技术方案，本发明为主动模块和被动模块一体，极大减小了整个模块体积，增加了模块的灵活性，同时，本发明模块在被动对接接头处，设有圆弧引导结构，可使模块在对接过程中，先初次粗略对接，再在圆弧引导结构的引导下，再精准对接，从而提高模块对中性；再者，本发明模块可以具有欠驱动能力，可实现全驱动与欠驱动之间的转换，在由模块组成的复杂系统中，可以明显降低耗能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块灵活性高，对中性好，能耗低，稳定性好，使用寿命长的模块化欠驱动弹复性机器人单元模块。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模块化欠驱动弹复性机器人单元模块，该单元模块包括U型内支架、与 U型内支架可相对旋转设置的U型外支架单元、设置在U型内支架上的第一驱动电机、架设在第一驱动电机上方并与第一驱动电机传动连接的电磁离合器、设置在 U型内支架底部的第一被动连接板、位于电磁离合器下方并与第一被动连接板传动连接的第二驱动电机，在工作状态下，所述的第二驱动电机带动第一被动连接板做 360°旋转运动。

所述的U型外支架单元包括一对相互平行设置的第二被动连接板、设置在两第二被动连接板顶部并将两第二被动连接板固定在一起的主动连接板、设置在主动连接板上的曲柄驱动机构以及与曲柄驱动机构传动连接的主动对接接头。

所述的主动连接板为中央开设有圆孔的矩形主动连接板，该矩形主动连接板上沿对角线开设有与主动对接接头相适配的X型滑槽，所述的主动对接接头设置在 X型滑槽中。

所述的曲柄驱动机构包括固定在主动连接板底部的下壳体、与下壳体相对设置的上壳体、设置在下壳体与上壳体之间的第三驱动电机、与第三驱动电机的电机轴固定连接的第三蜗杆、与第三蜗杆相啮合的第三斜齿轮、用于检测第三斜齿轮转动角度的微型角度传感器、与第三斜齿轮的传动轴固定连接的十字型曲柄。