全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人

摘要

一种机械技术领域的全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人。本发明包括：箱体，齿轮组，传动轴，离合装置，电机，连接面装置。电机的法兰固定在箱体上，齿轮组中小齿轮与电机的输出轴相连，大齿轮与传动轴通过键相连，锥形齿轮通过键与一个传动轴及四个输出轴相连，传动轴的两端及四个输出轴设置六个离合装置。六个离合装置分别与六个连接面装置上的伸出轴相连。本发明是在分析自重构机器人的运动以及自重构特点后，设计了基本模块，通过该结构，可以使得自重构机器人安装简单、结构紧凑，能完成基本模块六个面每一个方向任何时刻的旋转运动。从而使得模块与模块之间能够快速而且牢固地对接，完成自重构任务。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械技术领域的机构，具体是一种全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人。

背景技术

自重构机器人由许多功能相同的基本模块组成，能动态地快速改变相互间的连接重构成不同形状的机器人。基本模块的设计是关键，国际上设计了多种模块，具有自己的优缺点。

经对现有技术的文献检索发现，Mark Yim等人在《IEEE/ASME TRANSACTIONSON MECHATRONICS(《IEEE/ASME机械电子学报》)，VOL.7，NO.4，2002年12月》中发表文章“Connecting and Disconnecting for ChainSelf-Reconfiguration With PolyBot”(“链式自重构机器人‘PolyBot’的对接与断开”)，介绍了一种自重构机器人基本模块的整体结构，这种模块只有两个完全一样以供对接的连接面，面上设置四个轴以及与之相匹配的四个孔，然后采用记忆合金来控制孔的大小，从而使轴孔能顺利，牢固地对接上。此设计虽有可行之处，但造价成本过高，四孔四轴的设置也使得轴孔的装备精度难以保证，它只有两个连接面，不能保证空间方位多个模块的连接，它是链式机器人，较难实现自重构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的自重构机器人，使其包含有一个中心体和六个旋转面，采用全齿轮传动机构带动模块六个旋转面的运动，每个面采用单孔单轴对接，从而为解决背景技术中存在的问题提出了一种新颖的解决方案。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：箱体、齿轮组、传动轴、离合装置、电机、连接面装置。齿轮组包括：三个大锥形齿轮、两个小锥形齿轮、一个小齿轮、一个联体齿轮、第一、第二、第三以及第四输出轴。连接方式为：电机的法兰固定在箱体上，传动轴的两端及四个输出轴设置六个离合装置，六个离合装置分别与六个连接面装置相连。小齿轮用键固连在电机输出轴上，用来传递运动，小齿轮与联体齿轮啮合，联体齿轮用键连接在传动轴的一端，分别与相互垂直的第一、第二小锥形齿轮啮合，两个小锥形齿轮用键与第一、第二输出轴相连。第二大锥形齿轮与传动轴靠键相连，同时它又分别与相互垂直的第一、第三大锥形齿轮啮合，第一、第三大锥形齿轮用键与第三、第四输出轴相连，把传动轴的转动经过换向传递到第一、第二、第三、第四输出轴上，使输出轴与电机同步旋转。这样把电机的转动传递到六个不同方向，从而可用一个电机控制六个方向的运动。

每个连接面装置包括：固定面、连接面、伸出轴、两个支撑轴、连接轴、连接孔、滚珠、销子。连接方式是：固定面固定在箱体的每个面上，通过两个支撑轴与连接面相连。伸出轴一端与齿轮组的输出轴通过离合装置连接，另一端与连接面相连。连接轴和连接孔中心对称布置在连接面的两端，连接轴为空心轴，轴的侧壁均匀的开有三个球孔，放入三个滚珠。销子位于连接轴中。

本发明工作时，电机轴旋转，固连在电机输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与联体齿轮啮合，从而使联体齿轮旋转，联体齿轮分别与相互垂直的两个小锥形齿轮啮合，由于联体齿轮用键连接在传动轴的一端，两个小锥形齿轮用键与两个输出轴相连，则电机的运动带动传动轴的运动及两个输出轴的运动；传动轴的另一端用键连着第二大锥形齿轮，第二大锥形齿轮分别与相互垂直的第一、第三大锥形齿轮啮合，使与其相连的输出轴转动，从而把电机的运动传递到一个传动轴及四个输出轴上，传动轴的两端以及四个输出轴上各安装一个离合装置，用来控制将运动输出到某个连接面上，可以控制六个方向不同时刻的旋转。连接面旋转到位，连接面上的连接轴插入到对应模块连接面的连接孔中，销子继续运动，挤压连接轴侧壁中的滚珠，使连接轴卡在连接孔中，完成相邻两模块的对接。

本发明针对三维、网格型自重构机器人的特点设计了基本模块的整体结构，完成了将电机旋转运动无差别传递到六个不同方向上的动作，从而带动连接面的旋转运动，并且通过单孔单轴连接与其他模块对接完成自重构任务。整个结构具有传动比精确，内部结构紧凑，模块之间对接方便快速的特点。

与现有技术相比，本发明具有明显的创新性和优越性，体现在空间结构紧凑，零件数目较少，易于实现、安装，固定并且传动比准确，模块之间对接方便快速而且牢固。通过中空轴壁设置滚珠从而让其卡在轴孔之间来保证模块之间对接的牢固性是一个新颖的想法。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明结构示意图

图3为本发明轴孔对接示意图

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明包括：箱体1、齿轮组2、传动轴3、离合装置4、电机5、连接面装置6。连接方式为：电机5的法兰固定在箱体1上，传动轴3的两端各设一个离合装置4，第一、第二、第三和第四输出轴14、15、16、17也各设一个离合装置4，传动轴3的两端以及第一、第二、第三和第四输出轴14、15、16、17的输出端通过离合装置4与六个连接面装置6相连。

齿轮组2包括：第一大锥形齿轮7、第二大锥形齿轮8、第三大锥形齿轮9、第一小锥齿轮10、第二小锥齿轮11、小齿轮12、联体齿轮13、以及第一、第二、第三和第四输出轴14、15、16、17。连接方式为：小齿轮12用键固连在电机5输出轴上，用来传递运动，小齿轮12与联体齿轮13啮合，联体齿轮13用键连接在传动轴3的一端，分别与相互垂直的第一、第二小锥形齿轮10、11啮合，两个小锥形齿轮10、11用键与第一、第二输出轴14、15相连。第二大锥形齿轮8与传动轴3靠键相连，同时它又分别与相互垂直的第一、第三大锥形齿轮7、9啮合，第一、第三大锥形齿轮7、9用键与第三、第四输出轴16、17相连，把传动轴3的转动经过换向传递到第一、第二、第三、第四输出轴14、15、16、17上，使输出轴3与电机5同步旋转。这样把电机5的转动传递到六个不同方向，从而可用一个电机控制六个方向的运动。

连接面装置6包括：固定面18、连接面19、伸出轴20、两个支撑轴21、连接轴22、连接孔23、滚珠24、销子25。连接方式是：固定面18固定在箱体1的每个面上，通过两个支撑轴21与连接面19相连。伸出轴20一端与齿轮组2的第一、第二、第三和第四输出轴14、15、16、17通过离合装置4连接，另一端与连接面19相连。连接轴22和连接孔23中心对称布置在连接面19的两端，连接轴22为空心轴，轴的侧壁均匀的开有三个球孔，放入三个滚珠24。销子25位于连接轴中。