[发明专利]自主组装的模块化机器人

说明书

一种自主组装的模块化机器人，包括一个头部模块和可任意增减的相同的身体模块，模块和模块之间通过钩爪‑插销机构连接。头部模块主要包括功能舱和偏航关节子模块，身体模块主要包含连接体、俯仰关节以及偏航关节子模块。头部和身体模块均集成了驱动、电源、通信和控制单元，是一个完整的智能体，模块之间能够协同合作构成多智能体系统。多个模块能够自主组装形成一个完整的蛇形机器人，同时该机器人也能够自主拆分形成多智能体系统。本发明是一种新型的模块化机器人，多个模块可以根据实际需要自主组装和拆分，从而具有广泛的用途。

技术领域

本发明属于模块化机器人技术领域。

背景技术

模块化机器人因为能够增减自身模块数目同时可以改变自身形态，从而能够适应各种复杂的环境，如沙地草地、树木管道、灾后废墟等。从功能独立性来看，当前最广泛应用的是非独立模块化机器人，机器人各个模块不能独立工作，需要和其他模块彼此连接相互配合才能完成特定任务，每个模块拥有自身的驱动系统，但是所有模块都共用同一个电源、通信以及控制等系统；另一种是独立模块化机器人，机器人的每个模块都集成了自身的驱动、电源、通信以及控制系统，因此每个模块能够独立工作，各个模块之间可以协同合作。

国内外相关领域的学者对模块化机器人的机电设计开展了大量的研究工作，其中一大类是多关节仿生类机器人的研究。针对仿生类蛇形机器人，日本东京工业大学^[1]、日本电气通信大学^[2]、卡内基梅隆大学^[3]、瑞士联邦理工学院^[4]以及中国科学院沈阳自动化所^[5]等研制了多种模块化蛇形机器人，该类机器人俯仰和偏航关节正交相连，能够模仿自然界蛇灵活的运动，但是模块无法独立工作，需要配合其他模块才能运动。瑞士联邦理工学院研制的另一类模块化家庭机器人^[6]以及布鲁塞尔理工大学研制的多模块移动机器人^[7]，这类机器人各模块能够独立工作，模块之间能够相互协作，同时也能够相互连接，但是模块之间的连接强度比较受限，而且连接过程还需要人为参与。

发明内容

本发明的目的在于研制一种完全自主组装的模块化机器人，各模块能够独立工作，模块之间可以相互协作构成多智能体系统，模块相互连接构成蛇形机器人。

本发明搭建的自主组装的模块化机器人，包括头部模块以及与其连接的身体模块；其中，

头部模块：用于装载传感器并引导身体模块；包括功能舱子模块、偏航关节子模块，所述的功能舱子模块和偏航关节子模块通过上连接板Ⅰ、下连接板Ⅰ、法兰Ⅰ以及轴承Ⅰ相连接；

身体模块：用于和头部模块一起彼此连接构成蛇形机器人或者相互分离组成多智能体系统；包括偏航关节子模块、整体俯仰子模块；所述的偏航关节子模块、整体俯仰子模块通过上连接板Ⅱ、下连接板Ⅱ、法兰Ⅱ以及轴承Ⅱ相连接。

进一步的，功能舱子模块包括相机、相机支架、舱盖、舱身、舱底、电池Ⅰ、开关Ⅰ、两个同轴被动轮Ⅰ以及稳压模块Ⅰ；其中相机通过相机支架固定在舱身前端，电池Ⅰ和稳压模块Ⅰ固定在舱底，为偏航关节子模块提供稳定电源输入。

进一步的，偏航关节子模块包括偏航外壳、舵机支架Ⅰ、偏航舵机、无线通信模块、主控板、偏航底座、同轴电机、电机驱动器、滚转舵机、插销以及两个同轴主动轮；其中偏航舵机固定在舵机支架Ⅰ上，无线模块、主控板，同轴电机、电机驱动器、滚转舵机固定在偏航底座内，插销和滚转舵机的输出轴相连，偏航外壳、舵机支架Ⅰ、偏航底座固定连接。

进一步的，整体俯仰子模块包括连接体、俯仰关节子模块、上连接板Ⅱ、下连接板Ⅱ、法兰Ⅱ以及轴承Ⅱ；其中连接体包括左连接板、右连接板、连接件、两个同轴被动轮Ⅱ、法兰Ⅲ以及轴承Ⅲ；所述的俯仰关节子模块通过左右连接板与连接件相连。