本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種機(jī)械電子技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體地，涉及一種內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)、微電子、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同用途的機(jī)器人相繼誕生，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也不斷擴(kuò)大，如空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、微機(jī)器人等。機(jī)器人的發(fā)展和廣泛應(yīng)用不僅帶來(lái)了生產(chǎn)效率的大幅提高，而且使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)發(fā)生變革，對(duì)人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。然而隨著人類探索范圍的逐漸加大，人們對(duì)機(jī)器人的性能提出了更高的要求，希望機(jī)器人能夠進(jìn)入更多的領(lǐng)域，比如核電站檢修、深海探測(cè)、火星探索等。這些領(lǐng)域的工作環(huán)境往往是復(fù)雜未知的，常常伴隨著危險(xiǎn)，若研制開(kāi)發(fā)一種具有多功能且可靠性強(qiáng)的單一結(jié)構(gòu)的機(jī)器人是非常困難的，而且成本高昂，因此需要開(kāi)發(fā)一種具有高度靈活性和適應(yīng)性、功能多樣性的機(jī)器人。

自重構(gòu)模塊化機(jī)器人是由多個(gè)基本模塊單元組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這些基本模塊單元能夠重新排列構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)從而適應(yīng)不同的工作任務(wù)。它可以靈活地改變自身的形狀，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性、可擴(kuò)展性、對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)性、容錯(cuò)性和自修復(fù)等突出優(yōu)點(diǎn)。特別適合于環(huán)境未知、執(zhí)行任務(wù)變化的場(chǎng)合，在解決復(fù)雜問(wèn)題上具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的研究意義。

閱讀相關(guān)文獻(xiàn)可知，近年來(lái)關(guān)于自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊的設(shè)計(jì)有很多，例如丹麥南丹麥大學(xué)研制的ATRON模塊機(jī)器人、美國(guó)的康奈爾大學(xué)研制的Molecubes模塊機(jī)器人以及瑞士的洛桑理工學(xué)院研制的Roombots模塊機(jī)器人等，但這些結(jié)構(gòu)或存在對(duì)對(duì)接位置精度要求高，或存在不能靈活變形等不足，不能更好的發(fā)揮自重構(gòu)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊，采用內(nèi)外抓式對(duì)接結(jié)構(gòu)以及模塊化的思想，使得自重構(gòu)機(jī)器人能根據(jù)不同的工作環(huán)境和任務(wù)進(jìn)行自我組織變形，從而可以更好的解決未知而復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)也便于維修和更換。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)路線：

根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊，包括主模塊、從模塊，所述主模塊、從模塊的外形均為正三棱柱，主模塊、從模塊分別有兩個(gè)連接面；其中：

所述主模塊包括內(nèi)抓結(jié)構(gòu)、外抓結(jié)構(gòu)和主從連接結(jié)構(gòu)，所述從模塊包括內(nèi)抓結(jié)構(gòu)和外抓結(jié)構(gòu)，所述主模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)、外抓結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述主模塊的兩個(gè)連接面上，所述從模塊的內(nèi)抓機(jī)構(gòu)、外抓結(jié)構(gòu)分別設(shè)置于所述從模塊的兩個(gè)連接面上；所述主模塊與從模塊通過(guò)主從連接結(jié)構(gòu)連接，所述主模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)主從連接結(jié)構(gòu)使得與主模塊相連的從模塊做360°旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述主模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)與從模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同，主模塊的外抓結(jié)構(gòu)與從模塊的外抓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同。

優(yōu)選地，所述內(nèi)抓結(jié)構(gòu)包括：內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)用于將內(nèi)抓結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給與之連接的下一個(gè)單元模塊；所述內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)用于在外抓結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)將內(nèi)抓結(jié)構(gòu)收回，從而達(dá)到內(nèi)抓結(jié)構(gòu)與外抓結(jié)構(gòu)的脫開(kāi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)抓結(jié)構(gòu)與外抓結(jié)構(gòu)脫離的目的。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括：第一蝸輪蝸桿電機(jī)、第一蝸輪蝸桿電機(jī)支架、第一減速齒輪組、外軸結(jié)構(gòu)、內(nèi)抓側(cè)板、外軸結(jié)構(gòu)支架、內(nèi)抓、內(nèi)抓扭簧和第一連接銷，其中：所述第一蝸輪蝸桿電機(jī)連接固定于蝸輪蝸桿電機(jī)支架上；所述第一蝸輪蝸桿電機(jī)支架與內(nèi)抓側(cè)板相連；所述第一減速齒輪組包含有嚙合配合的第一小齒輪和第一大齒輪，第一小齒輪套在第一蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸上，在第一蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸末端套有深溝球軸承，該深溝球軸承可以在一側(cè)擋住第一小齒輪，再加上第一蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸上固有的軸肩可以在另一側(cè)擋住第一小齒輪，這樣實(shí)現(xiàn)第一小齒輪的軸向限位；所述內(nèi)抓側(cè)板和外軸結(jié)構(gòu)支架連接一起，并在內(nèi)抓側(cè)板和外軸結(jié)構(gòu)支架的對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有一圓孔；所述外軸結(jié)構(gòu)通過(guò)角接觸球軸承放置于內(nèi)抓側(cè)板和外軸結(jié)構(gòu)支架上的圓孔中，并通過(guò)平鍵與第一大齒輪連接傳動(dòng)；所述內(nèi)抓與外軸結(jié)構(gòu)通過(guò)第一連接銷進(jìn)行連接，并在內(nèi)抓與第一連接銷之間放置有內(nèi)抓扭簧。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)，包括：第一直流電機(jī)、第一直流電機(jī)支架、內(nèi)抓曲柄、內(nèi)抓連桿、內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置、內(nèi)軸結(jié)構(gòu)，其中：第一直流電機(jī)固連在第一直流電機(jī)支架上；第一直流電機(jī)支架與內(nèi)抓側(cè)板連接；內(nèi)抓曲柄固定于第一直流電機(jī)的輸出軸上；內(nèi)抓連桿的兩端分別設(shè)置有一圓孔，內(nèi)抓曲柄的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿一端的圓孔中并限位；內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿另一端的圓孔中并限位；內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置的另一端與內(nèi)軸結(jié)構(gòu)相連，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)套在所述內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的外軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔中。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)抓曲柄的圓柱軸設(shè)有臺(tái)階，內(nèi)抓曲柄的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿一端的圓孔中后，在內(nèi)抓連桿的兩側(cè)通過(guò)內(nèi)抓曲柄的圓柱軸臺(tái)階并配合螺釘限位。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置的圓柱軸設(shè)有臺(tái)階，內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿另一端的圓孔后，在內(nèi)抓連桿的兩側(cè)通過(guò)內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置的圓柱軸的臺(tái)階并配合螺釘限位。

優(yōu)選地，所述外抓結(jié)構(gòu)通過(guò)閉合和打開(kāi)外抓完成單元模塊之間對(duì)接和分離；包括：第二直流電機(jī)、第二直流電機(jī)支架、外抓曲柄、外抓連桿、套筒、外抓、外抓扭簧、外抓側(cè)板、第二連接銷，其中：第二直流電機(jī)與第二直流電機(jī)支架連接；第二直流電機(jī)支架與外抓側(cè)板相連；第二直流電機(jī)的輸出軸與外抓曲柄緊固；所述外抓連桿的兩端分別設(shè)置有一圓孔；外抓曲柄的圓柱軸穿入外抓連桿一端的圓孔中并限位；套筒的末端圓柱軸穿入外抓連桿另一端的圓孔中并限位；外抓側(cè)板上設(shè)有方孔，套筒的方形凸臺(tái)穿過(guò)外抓側(cè)板的方孔，外抓側(cè)板的方孔作為導(dǎo)軌兩者可以相互滑動(dòng)；外抓通過(guò)第二連接銷與外抓側(cè)板連接，并在外抓與第二連接銷中間放置外抓扭簧；外抓閉合并扣合在內(nèi)抓結(jié)構(gòu)上。

更優(yōu)選地，所述外抓曲柄的圓柱軸設(shè)有臺(tái)階，外抓曲柄的圓柱軸穿入外抓連桿一端的圓孔中后，在外抓連桿的兩側(cè)通過(guò)外抓曲柄的圓柱軸的臺(tái)階并配合螺釘限位。

更優(yōu)選地，所述套筒的末端圓柱軸設(shè)有臺(tái)階，套筒的末端圓柱軸穿入外抓連桿另一端的圓孔中后，在外抓連桿的兩側(cè)通過(guò)套筒的末端圓柱軸的臺(tái)階并配合螺釘限位。

優(yōu)選地，所述外抓結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的外抓上有外抓凸臺(tái)一、外抓凸臺(tái)二、外抓凹槽一和外抓凹槽二，對(duì)接時(shí)所述內(nèi)抓結(jié)構(gòu)中的內(nèi)抓穿過(guò)外抓凹槽一，且內(nèi)抓凸臺(tái)與外抓凹槽二扣合，使得內(nèi)抓凸臺(tái)兩側(cè)有外抓凸臺(tái)一和外抓凸臺(tái)二阻擋，從而限制對(duì)接結(jié)構(gòu)沿外軸結(jié)構(gòu)軸線的移動(dòng)，同時(shí)外抓扣合在內(nèi)抓以及內(nèi)軸結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)抓結(jié)構(gòu)將力矩傳遞給外抓結(jié)構(gòu)，從而將內(nèi)抓結(jié)構(gòu)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給外抓結(jié)構(gòu)進(jìn)而傳遞給與之連接的單元模塊。

優(yōu)選地，所述主從連接結(jié)構(gòu)包括：第二蝸輪蝸桿電機(jī)、第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架、第二減速齒輪組、主軸支架、主軸、主從連接盤(pán)、主從側(cè)板主部件、主從側(cè)板從部件；其中：第二蝸輪蝸桿電機(jī)連接固定于第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架上；第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架與主從側(cè)板主部件相連；第二減速齒輪組包括嚙合配合的第二小齒輪和第二大齒輪，第二小齒輪套在第二蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸上，在第二蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸末端套有深溝球軸承，該深溝球軸承可以在一側(cè)擋住第二小齒輪，再加上第二蝸輪蝸桿電機(jī)的輸出軸上固有的軸肩可以在另一側(cè)擋住第二小齒輪，這樣實(shí)現(xiàn)第二小齒輪的軸向限位；主從側(cè)板主部件和主軸支架連接一起，并在主從側(cè)板主部件和主軸支架的對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有一圓孔；主軸通過(guò)角接觸球軸承放置于主從側(cè)板主部件和主軸支架的圓孔中，并通過(guò)平鍵與第二大齒輪連接傳動(dòng)；主軸的輸出端與主從連接盤(pán)連接；主從連接盤(pán)與主從側(cè)板從部件連接，并通過(guò)主軸上的螺母軸向限位；主、從模塊的連接其實(shí)就是將主模塊中主從連接結(jié)構(gòu)中的主軸通過(guò)主從連接盤(pán)與從模塊的主從側(cè)板從部件連接。

更優(yōu)選地，所述主軸的輸出端為方形軸，主從連接盤(pán)上設(shè)有對(duì)應(yīng)方形孔，主軸與主從連接盤(pán)之間方軸方孔連接。

根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種由兩個(gè)以上單元模塊連接構(gòu)成的內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人，兩個(gè)以上單元模塊之間對(duì)接時(shí)，各單元模塊中的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)與相鄰單元模塊的外抓結(jié)構(gòu)配合連接，各單元模塊中的外抓結(jié)構(gòu)與相鄰單元模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)配合連接，外抓結(jié)構(gòu)扣合在內(nèi)抓結(jié)構(gòu)上；所述內(nèi)抓結(jié)構(gòu)均能夠繞其自身軸線360°旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與內(nèi)抓結(jié)構(gòu)連接的單元模塊翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自重構(gòu)機(jī)器人空間的變形。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明采用內(nèi)外抓式對(duì)接結(jié)構(gòu)以及模塊化的思想，使得自重構(gòu)機(jī)器人能根據(jù)不同的工作環(huán)境和任務(wù)進(jìn)行自我組織變形，從而可以更好的解決未知而復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)也便于維修和更換。

進(jìn)一步的，本發(fā)明在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到對(duì)接結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)接位置的準(zhǔn)確度的要求問(wèn)題，外抓凹槽(包括外抓凹槽一和外抓凹槽二)寬度比內(nèi)抓凸臺(tái)的寬度大，所以對(duì)接結(jié)構(gòu)具有一定的容錯(cuò)性；同時(shí)外抓是張開(kāi)并扣合在內(nèi)抓結(jié)構(gòu)上的，所以對(duì)接更容易完成；同時(shí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)使用蝸輪蝸桿電機(jī)使得單元模塊在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠保持任意姿態(tài)，增加了變形的可靠性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2-圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)示意圖，

圖5、圖6為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的外抓結(jié)構(gòu)示意圖，

圖7為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的主從連接結(jié)構(gòu)示意圖，

圖8為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)抓的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖9為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的外抓的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖10發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)外抓對(duì)接時(shí)的示意圖，

圖中：

主模塊100，從模塊200，內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300，外抓結(jié)構(gòu)400，主從連接結(jié)構(gòu)500；

第一蝸輪蝸桿電機(jī)1，第一小齒輪2，第一大齒輪3，外軸結(jié)構(gòu)4，內(nèi)抓側(cè)板5，蝸輪蝸桿電機(jī)支架6，外軸結(jié)構(gòu)支架7，內(nèi)抓8，內(nèi)抓扭簧9，第一連接銷10；第一直流電機(jī)11，內(nèi)抓曲柄12，內(nèi)抓連桿13，內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15，第一直流電機(jī)支架16；

第二直流電機(jī)17，外抓曲柄18，外抓連桿19，套筒20，外抓21，外抓扭簧22，第二直流電機(jī)支架23，外抓側(cè)板24，第二連接銷25；

第二蝸輪蝸桿電機(jī)26，第二小齒輪27和第二大齒輪28，主軸支架29，第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架30，主軸31，主從連接盤(pán)32，主從側(cè)板主部件33，主從側(cè)板從部件34；內(nèi)抓凸臺(tái)35，外抓凸臺(tái)一36，外抓凸臺(tái)二37，外抓凹槽一38，外抓凹槽二39。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊，所述單元模塊包括主模塊100、從模塊200，所述主模塊100、從模塊200的外形為正三棱柱；其中：

所述主模塊100包括內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400和主從連接結(jié)構(gòu)500，從模塊200包括內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300和外抓結(jié)構(gòu)400。在一實(shí)施例中，所述主模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300與從模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300的結(jié)構(gòu)完全相同，主模塊的外抓結(jié)構(gòu)400與從模塊的外抓結(jié)構(gòu)400的結(jié)構(gòu)完全相同。

所述主模塊100的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400分別設(shè)置于所述主模塊100的兩個(gè)連接面上，所述從模塊200的內(nèi)抓機(jī)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400分別設(shè)置于所述從模塊200的兩個(gè)連接面上；每個(gè)自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊共有四個(gè)連接面，即主模塊100的設(shè)置內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400的兩個(gè)連接面，從模塊200設(shè)置內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400的兩個(gè)連接面，這四個(gè)連接面通過(guò)內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400可與相鄰的自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊相連。

所述主模塊100與從模塊200通過(guò)主從連接結(jié)構(gòu)500連接，該連接位于所述主模塊100、從模塊200的另一面上。所述主模塊100通過(guò)驅(qū)動(dòng)主從連接結(jié)構(gòu)500使得與主模塊100相連的從模塊200可做360°旋轉(zhuǎn)。

一個(gè)單元模塊中的主模塊100、從模塊200通過(guò)主從連接結(jié)構(gòu)500連接，主模塊100可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)主從連接結(jié)構(gòu)500使得與其相連的從模塊200做360°旋轉(zhuǎn)；相鄰單元模塊之間通過(guò)各自的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300與其他模塊的外抓結(jié)構(gòu)400連接，由于內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300也能繞自身軸線旋轉(zhuǎn)360°，從而帶動(dòng)與內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300連接的其他單元模塊的翻轉(zhuǎn)完成自重構(gòu)機(jī)器人空間的變形。

如圖2、3、4所示，作為一優(yōu)選，所述內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300包括：內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)；其中內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)通過(guò)相鄰單元模塊之間的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400的對(duì)接將內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給下一個(gè)單元模塊，內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)在外抓結(jié)構(gòu)400出現(xiàn)故障無(wú)法打開(kāi)時(shí)將內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300收回從而達(dá)到內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300、外抓結(jié)構(gòu)400對(duì)接脫離的目的。

具體的，所述內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括：第一蝸輪蝸桿電機(jī)1，第一減速齒輪組，外軸結(jié)構(gòu)4，內(nèi)抓側(cè)板5，蝸輪蝸桿電機(jī)支架6，外軸結(jié)構(gòu)支架7，內(nèi)抓8，內(nèi)抓扭簧9，第一連接銷10，其中：第一蝸輪蝸桿電機(jī)1通過(guò)螺栓連接固定在蝸輪蝸桿電機(jī)支架6上；蝸輪蝸桿電機(jī)支架6通過(guò)螺栓與內(nèi)抓側(cè)板5相連固定；第一減速齒輪組包含有嚙合配合的第一小齒輪2和第一大齒輪3，第一小齒輪2套在蝸輪蝸桿電機(jī)1的輸出軸上，在第一蝸輪蝸桿電機(jī)1的輸出軸末端套有深溝球軸承，該深溝球軸承可以在一側(cè)擋住第一小齒輪2，再加上第一蝸輪蝸桿電機(jī)1的輸出軸上固有的軸肩可以在另一側(cè)擋住第一小齒輪2，這樣實(shí)現(xiàn)第一小齒輪2的軸向限位；內(nèi)抓側(cè)板5和外軸結(jié)構(gòu)支架7通過(guò)螺栓連接固定一起，并在內(nèi)抓側(cè)板5和外軸結(jié)構(gòu)支架7的對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置有一圓孔；外軸結(jié)構(gòu)4通過(guò)角接觸球軸承放置在內(nèi)抓側(cè)板5和外軸結(jié)構(gòu)支架7的圓孔中，并通過(guò)平鍵與第一大齒輪3連接傳動(dòng)；內(nèi)抓8與外軸結(jié)構(gòu)4通過(guò)第一連接銷10進(jìn)行連接，其中內(nèi)抓8和外軸結(jié)構(gòu)4有對(duì)應(yīng)的圓孔，第一連接銷10穿入內(nèi)抓8和外軸結(jié)構(gòu)4的圓孔中，通過(guò)這樣的方式可以讓內(nèi)抓8和外軸結(jié)構(gòu)4連接到一起，并在內(nèi)抓8、第一連接銷10之間放置內(nèi)抓扭簧9，內(nèi)抓的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，它在結(jié)構(gòu)上有內(nèi)抓凸臺(tái)35，該內(nèi)抓凸臺(tái)35在對(duì)接完成狀態(tài)時(shí)剛好放在外抓凹槽二39中。

內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的工作的過(guò)程如下：第一蝸輪蝸桿電機(jī)1通過(guò)第一小齒輪2、第一大齒輪3所構(gòu)成的齒輪組帶動(dòng)外軸結(jié)構(gòu)4的轉(zhuǎn)動(dòng)，而內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)的內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15套在外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)孔中，這樣也帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)，包括：第一直流電機(jī)11，內(nèi)抓曲柄12，內(nèi)抓連桿13，內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15，第一直流電機(jī)支架16，其中：第一直流電機(jī)11通過(guò)螺栓固連在第一直流電機(jī)支架16上，第一直流電機(jī)支架16通過(guò)螺栓與內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)抓側(cè)板5連接；內(nèi)抓曲柄12通過(guò)螺釘固定在第一直流電機(jī)11的輸出軸上；內(nèi)抓連桿13的兩端分別設(shè)置有一圓孔；內(nèi)抓曲柄12的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿13一端的圓孔中，且內(nèi)抓連桿13的該端兩側(cè)通過(guò)內(nèi)抓曲柄12軸的臺(tái)階和螺釘限位；內(nèi)軸連接裝置14的圓柱軸穿入內(nèi)抓連桿13另一端的圓孔中，且內(nèi)抓連桿13的該端兩側(cè)通過(guò)內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14軸的臺(tái)階和螺釘限位；內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15上有外螺紋，內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14的另一端通過(guò)螺母以及螺母兩側(cè)的推力球軸承與內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15相連，這樣內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15的轉(zhuǎn)動(dòng)與與其連接的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是脫離開(kāi)的，這里的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)指的是內(nèi)抓曲柄12、內(nèi)抓連桿13以及內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15可以在外軸結(jié)構(gòu)4中滑行。

內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)工作過(guò)程如下：第一直流電機(jī)11通過(guò)內(nèi)抓曲柄12和內(nèi)抓連桿13帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15沿外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)壁的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該過(guò)程應(yīng)用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理，其中內(nèi)軸曲柄12、內(nèi)抓連桿13以及內(nèi)抓連桿與內(nèi)軸連接裝置14共同構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。結(jié)合內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)主要是在相鄰單元模塊內(nèi)、外抓結(jié)構(gòu)對(duì)接外抓結(jié)構(gòu)400出現(xiàn)故障時(shí)，內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300通過(guò)內(nèi)抓退回結(jié)構(gòu)將內(nèi)抓收回從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)抓與外抓連接的斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程是這樣的：當(dāng)外抓結(jié)構(gòu)400無(wú)法打開(kāi)時(shí)，第一直流電機(jī)11通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15收回，此時(shí)內(nèi)抓一側(cè)沒(méi)了阻擋將會(huì)在扭簧的作用下向外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)部翻轉(zhuǎn)，這樣內(nèi)抓從與其扣合的外抓中分開(kāi)，內(nèi)、外抓所形成的對(duì)接結(jié)構(gòu)分離。其中內(nèi)抓完成轉(zhuǎn)動(dòng)和退回所需要的部件都是以內(nèi)抓側(cè)板5為載體，部件都是直接或間接的與內(nèi)抓側(cè)板5相連，內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)和退回它們完成不同的運(yùn)動(dòng)，且內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15是套在外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)孔中的。

如圖5、6所示，所述外抓結(jié)構(gòu)400通過(guò)閉合和打開(kāi)外抓21完成單元模塊之間對(duì)接和分離；包括：第二直流電機(jī)17，外抓曲柄18，外抓連桿19，套筒20，外抓21，外抓扭簧22，第二直流電機(jī)支架23，外抓側(cè)板24，第二連接銷25；其中：

第二直流電機(jī)17通過(guò)螺栓與第二直流電機(jī)支架23連接固定，第二直流電機(jī)支架23通過(guò)螺栓與外抓側(cè)板24相連；第二直流電機(jī)17的輸出軸通過(guò)螺釘與外抓曲柄18固連；外抓連桿19的兩端分別設(shè)置有一圓孔；外抓曲柄18的圓柱軸穿入外抓連桿19一端的圓孔中，且外抓連桿19的該端兩側(cè)通過(guò)外抓曲柄18的圓柱軸的臺(tái)階和螺釘限位；套筒20的末端圓柱軸穿入外抓連桿19另一端的圓孔中，且外抓連桿19的該端兩側(cè)通過(guò)套筒20的末端圓柱軸的臺(tái)階和螺釘限位；套筒20的方形凸臺(tái)穿過(guò)外抓側(cè)板24的方孔，外抓側(cè)板24的方孔作為導(dǎo)軌兩者可以相互滑動(dòng)；外抓21通過(guò)第二連接銷25與外抓側(cè)板24凸臺(tái)上的圓孔連接，連接方式和內(nèi)抓8與外軸結(jié)構(gòu)4的連接是一樣的，并在外抓21與第二連接銷25中間放置外抓扭簧22，外抓的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示，它在結(jié)構(gòu)上存在外抓凸臺(tái)一36、外抓凸臺(tái)二37、外抓凹槽一38和外抓凹槽二39，對(duì)接完成時(shí)內(nèi)抓穿過(guò)外抓凹槽一38且內(nèi)抓凸臺(tái)35與外抓凹槽二39扣合，如圖10所示，這樣設(shè)計(jì)可達(dá)到以下目的：外抓凹槽二39與內(nèi)抓凸臺(tái)35的扣合使得內(nèi)抓凸臺(tái)35兩側(cè)有外抓凸臺(tái)一36和外抓凸臺(tái)二37阻擋，從而限制了對(duì)接結(jié)構(gòu)沿外軸結(jié)構(gòu)4軸線的移動(dòng)，同時(shí)一個(gè)對(duì)接結(jié)構(gòu)中4個(gè)外抓21扣合在內(nèi)抓8以及內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15上，也實(shí)現(xiàn)了內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300可以將力矩傳遞給外抓結(jié)構(gòu)400從而將內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300自身的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給外抓結(jié)構(gòu)400進(jìn)而傳遞給與之連接的模塊；這樣，當(dāng)套筒20伸出時(shí)外抓21在套筒20的束縛下閉合，當(dāng)套筒20收回時(shí)外抓21在外抓扭簧22的作用下張開(kāi)。

外抓結(jié)構(gòu)的工作過(guò)程如下：第二直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)17與其相連的外抓曲柄18從而帶動(dòng)外抓連桿19，而外抓連桿19與套筒20相連，所以通過(guò)第二直流電機(jī)17的正反轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)套筒20沿外抓側(cè)板24方孔中直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程應(yīng)用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理，外抓曲柄18和外抓連桿19構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)套筒20伸出時(shí)外抓21在套筒20的束縛下開(kāi)始閉合，如果此時(shí)有相鄰單元模塊且已調(diào)整好對(duì)接位置，套筒20伸出推動(dòng)外抓21閉合并扣合在相鄰單元模塊的內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300上，當(dāng)套筒20收回時(shí)，外抓21一側(cè)缺少束縛，此時(shí)外抓21在外抓扭簧22的作用下向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，這樣外抓21打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)單元模塊之間的分離。

如圖7所示，所述主從連接結(jié)構(gòu)500用于主模塊100、從模塊200之間的連接以及單元模塊自身的變形；包括：第二蝸輪蝸桿電機(jī)26，主軸支架29，第二減速齒輪組，第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架30，主軸31，主從連接盤(pán)32，主從側(cè)板主部件33，主從側(cè)板從部件34，其中：

第二蝸輪蝸桿電機(jī)26通過(guò)螺栓連接固定在第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架30上；第二蝸輪蝸桿電機(jī)支架30通過(guò)螺栓與主從側(cè)板主部件33相連；第二減速齒輪組包括嚙合配合的第二小齒輪27和第二大齒輪28，第二小齒輪27套在第二蝸輪蝸桿電機(jī)26的輸出軸上，在第二蝸輪蝸桿電機(jī)26的輸出軸末端套有深溝球軸承，該深溝球軸承可以在一側(cè)擋住第二小齒輪27，再加上第二蝸輪蝸桿電機(jī)26的輸出軸上固有的軸肩在另一側(cè)擋住第二小齒輪27，這樣可以實(shí)現(xiàn)第二小齒輪27的軸向限位；主從側(cè)板主部件33和主軸支架29通過(guò)螺栓連接固定一起，且主從側(cè)板主部件33和主軸支架29的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有一圓孔；主軸31的一端通過(guò)角接觸球軸承放置在主從側(cè)板主部件33和主軸支架29的圓孔中，并通過(guò)平鍵與第二大齒輪28連接傳動(dòng)；主軸31的輸出端為方形軸，主從連接盤(pán)32上設(shè)有對(duì)應(yīng)的方形孔，主軸31的輸出端、主從連接盤(pán)32之間是方軸方孔連接；主從連接盤(pán)32與主從側(cè)板從部件34通過(guò)螺栓連接固定，同時(shí)通過(guò)主軸31上的螺母來(lái)軸向限位。

主從連接結(jié)構(gòu)500的工作過(guò)程如下：第二蝸輪蝸桿電機(jī)26通過(guò)第二小齒輪27、第二大齒輪28構(gòu)成的齒輪組驅(qū)動(dòng)主軸31轉(zhuǎn)動(dòng)，而主軸31通過(guò)主從連接盤(pán)32將自身的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給主從側(cè)板從部件34，主從側(cè)板從部件34從屬于從模塊200的一部分，所以主從側(cè)板從部件34的翻轉(zhuǎn)也即是從模塊200的翻轉(zhuǎn)，這樣主模塊100通過(guò)主從連接結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)從模塊200的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)單元模塊自身的變形。

基于上述優(yōu)選實(shí)施方式，上述內(nèi)外抓式自重構(gòu)機(jī)器人的單元模塊，工作過(guò)程如下：

當(dāng)主模塊100中的第二蝸輪蝸桿電機(jī)26通過(guò)減速齒輪27、28驅(qū)動(dòng)主軸31轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)主模塊100驅(qū)動(dòng)從模塊200進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了單個(gè)單元模塊自身的變形；

內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300的運(yùn)動(dòng)分為內(nèi)抓轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)和內(nèi)抓8的退回：當(dāng)蝸輪蝸桿電機(jī)1通過(guò)減速齒輪2、3驅(qū)動(dòng)外軸結(jié)構(gòu)4時(shí)，實(shí)現(xiàn)了外軸結(jié)構(gòu)4的整體轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝恢绷麟姍C(jī)11通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15沿外軸結(jié)構(gòu)4中內(nèi)壁滑行退回時(shí)，內(nèi)抓8在內(nèi)抓扭簧9的作用下向外軸結(jié)構(gòu)4的內(nèi)部翻轉(zhuǎn)收回；

當(dāng)外抓結(jié)構(gòu)400中的第二直流電機(jī)17通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)套筒20向外伸出時(shí)，外抓21在套筒20的束縛下閉合；當(dāng)?shù)诙绷麟姍C(jī)17通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)套筒20向外抓結(jié)構(gòu)400內(nèi)部收回時(shí)，外抓21在外抓扭簧22的作用下向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，外抓21打開(kāi)；

通過(guò)內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300和外抓結(jié)構(gòu)400運(yùn)動(dòng)的描述可知對(duì)接過(guò)程如下：

正常情況下，當(dāng)兩個(gè)單元模塊對(duì)接位置調(diào)整好之后，外抓結(jié)構(gòu)400中第二直流電機(jī)17通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)套筒20向外伸出時(shí)，外抓21在套筒20的束縛下閉合并扣合在內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300的內(nèi)抓8和內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15上，此時(shí)單元模塊間的對(duì)接完成；當(dāng)外抓結(jié)構(gòu)400中的第二直流電機(jī)17通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)套筒20向外抓結(jié)構(gòu)400內(nèi)部收回時(shí)，外抓扭簧22的一個(gè)扭臂放在在外抓21內(nèi)側(cè)上另一個(gè)扭臂放在外抓側(cè)板24上，此時(shí)外抓21一側(cè)沒(méi)了束縛，外抓21在外抓扭簧22的扭轉(zhuǎn)彈力作用下向外側(cè)翻轉(zhuǎn)，外抓21打開(kāi)，此時(shí)單元模塊間的分離完成；當(dāng)單元模塊間處在連接狀態(tài)下外抓結(jié)構(gòu)400出現(xiàn)故障無(wú)法打開(kāi)時(shí)，內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300中的第一直流電機(jī)11通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15沿外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)壁滑行退回，由于內(nèi)軸結(jié)構(gòu)退回，內(nèi)抓8的一側(cè)沒(méi)有擋住它的物體存在，內(nèi)抓8在內(nèi)抓扭簧9的作用下向外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)部翻轉(zhuǎn)收回，對(duì)接分離；當(dāng)然內(nèi)抓結(jié)構(gòu)300中的第一直流電機(jī)11通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15沿外軸結(jié)構(gòu)4內(nèi)壁向外滑行，內(nèi)軸結(jié)構(gòu)15在伸出過(guò)程中可以推出內(nèi)抓8使內(nèi)抓8張開(kāi)，這樣可使其保持對(duì)接前的狀態(tài)。

在所述自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊中：

(1)內(nèi)抓扭簧9、外抓扭簧22的使用，減少了驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的數(shù)量，同時(shí)也減輕了模塊的重量；

(2)采用蝸輪蝸桿電機(jī)作為動(dòng)力源，保證了模塊在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中傳動(dòng)的自鎖，從而使得模塊能夠在任何位置保持姿態(tài)；

(3)利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)原理，保證了連接的可靠性；

(4)通過(guò)外抓的張合來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊之間的分離對(duì)接，同時(shí)外抓凹槽(外軸凹槽一和外抓凹槽二)寬度大于內(nèi)抓凸臺(tái)的寬度，使得對(duì)接具有一定容錯(cuò)性，在外抓結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障了之后又可以通過(guò)內(nèi)抓內(nèi)翻使得對(duì)接脫開(kāi)，保證了自重構(gòu)機(jī)器人便于維修；該對(duì)接結(jié)構(gòu)不僅對(duì)接方便快捷，而且連接可靠，使得自重構(gòu)機(jī)器人單元模塊能更好的完成拼接、替換和變形。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。