分體機器人活動部位連接結構的製作方法
2023-10-10 12:18:39
本發明涉及機器人製造領域，具體涉及一種分體機器人活動部位連接結構。
背景技術：
隨著傳感器和微處理器的發張，現在機器人也得到較大的發展，現在機器人已經從工業上逐漸進入到千家萬戶中，越來越多的人對機器人感興趣，加入到學習製作機器人的隊伍中。如果用傳統的方式學習製作機器人，得先學習電腦基本概論，接著要了解電子電路、數位邏輯和微處理器，才能製作出基本的微電腦控制電路，然後還要需要彙編語言或c語言，撰寫微處理器的程序，還需要設計複雜的機械結構，需要搭配各種齒輪調配扭力和速度。想到要學習這麼多東西，很多對自製機器人懷抱憧憬的業餘玩家，滿腔熱血到此就涼了大半截。
針對這種情況，樂高公司從1998年開始，就推出了分體機器人----樂高機器人，樂高機器人就像傳統的樂高積木一樣，使用者可以自由發揮創意，拼湊各種模型，而且可以讓它真的動起來。樂高機器人包括一個控制核心（也稱為nxt）、輸出設備以及傳感器，輸出設備的一端與控制核心可拆卸連接，輸出設備的另一端設有馬達，傳感器與控制核心可拆卸連接。在該方案中，輸出設備與控制核心上分別設有類似樂高積木的圓柱狀凸粒和可嵌入凸粒的凹槽，通過凸粒和凹槽來達到固定的作用。控制核心還上設有用於連接電腦usb埠，並且內部設有蓄電池，輸出設備和傳感器均依靠蓄電池供電。蓄電池的充電既可以依靠usb埠充電，也可以直接更換新的乾電池。
在實際應用開發過程中，這種方式存在兩個問題，一是凸粒和凹槽的連接方式在機器人運行的過程中，受到電機運行時震動的影響，容易出現控制核心與輸出設備脫落的情況。二是兩個零件（如輸出設備和控制核心，即零件a和零件b）之間不能相對轉動，這就限制了一些使用場合或者限制了機器人的靈活性。
技術實現要素：
本發明針對現有的分體機器人組裝部位容易收到電機運行時震動影響，導致脫落以及控制核心與輸出設備不能相對轉動的技術問題，提供了一種分體機器人活動部位連接結構。
本發明提供的基礎方案為：分體機器人活動部位連接結構，用於零件a和零件b的轉動連接，零件b上設有圓柱狀凸粒，零件a上設有可嵌入凸粒的凹槽，包括：
環貼部，環貼部包括與零件a內的供電線路相連的供電貼片和與零件a內的數據線路相連的數據貼片，供電貼片與數據貼片均包括兩個環狀的金屬貼片，四個金屬貼片的直徑互不相同，四個金屬貼片呈同心圓狀固定在零件a上的凹槽處；
與零件b內的供電線路或數據線路分別連接的多個轉動體，轉動體固定在零件b上的圓柱狀凸粒周圍，在零件b上的圓柱狀凸粒插入零件a的凹槽上時，四個金屬貼片均至少與一個轉動體對應接觸，轉動體均具有導電性；
結合部，結合部包括固定體和通電後可與固定體吸附的電磁線圈，電磁線圈固定在凹槽內，固定體轉動連接在凸粒上；
驅動部，驅動部用於帶動固定體轉動，驅動部固定嵌在零件b內；
其中，電磁線圈與供電貼片之間設有導線，電磁線圈通過環貼部供電。
本發明的工作原理及優點在於：在分體機器人組裝過程中，兩個零件（零件a和零件b）之間，主要存在的問題是既要滿足方便拆，又要滿足連接穩定，還需要滿足有一定自由度（可相對轉動），更要完成供電和信號連接。在本發明中，金屬貼片是呈同心圓狀固定在零件a上的凹槽處的，這樣金屬貼片之間是不會相互影響的，即供電貼片和數據貼片互不影響。舉個例子，現有的有限數據傳輸大多是usb接口，將供電貼片和數據貼片理解為usb接口中的引腳，供電貼片中的兩個金屬貼片為正負極，數據貼片中的兩個金屬貼片為usb接口中的數據線。即設置供電貼片和數據貼片是為了實現零件a和零件b之間供電線路、數據線路聯通的目的。
轉動體在零件a和零件b結合時，四個金屬貼片均至少與一個轉動體對應接觸，這樣就達到保證零件a和零件b之間的電路的聯通。
在零件b上的圓柱狀凸粒插入零件a的凹槽上時，每個金屬貼片至少與一個轉動體對應，這樣在零件a和零件b結合在一起時，零件a和零件b之間可實現供電線路、數據線路的接通。電磁線圈與環貼部中的供電貼片之間設有導線，這樣電磁線圈即可依靠環狀貼片供電。
我們也嘗試過在零件a和零件b之間設置兩塊互吸的永磁鐵，但是在實際應用中發現了幾個弊端，第一如果永磁鐵之間的吸引力過大，則在拆卸的時候極不方便，一般來說分體機器人（樂高機器人）都是針對兒童的，兒童在拆卸時，雖然能夠將兩個零件分開，但是也常常將零件a或者零件b磕碰到，這樣就極易造成損壞；第二如果永磁鐵之間的吸引力過小，則在組裝後還是會因為震動導致零件之間連接不牢固。因此本發明中電磁線圈在零件a和零件b結合在一起並且在供電線圈通電（即分體機器人開始啟動）後，零件a和零件b才會緊密的結合在一起。當需要拆分時，斷開電源即可。並且採用電磁鐵的設計還有一個優點，就是在對分體機器人進行拆分時一定要斷開電源，電磁線圈才會失去磁性。這樣就要求了兒童不會在分體機器人運行（開機）時，就去拆分，這樣就避免了開機拆分過程中一些電流的異常擾動導致的分體機器人內部的元件損壞的情況。
驅動部主要是為了實現零件a和零件b之間相對轉動的動力，由於驅動部可帶動固定體轉動，由於電磁線圈和固定體在通電情況下，電磁線圈和固定體會吸附在一起，當固定在驅動部的帶動下轉動時，由於驅動部嵌入固定在零件b內，且電磁線圈固定在凹槽內，因此在驅動部的驅動下，零件a和零件b之間可以相對轉動。
本發明分體機器人活動部位連接結構，通過電磁線圈、供電貼片、數據貼片以及驅動部實現了兩個零件之間相互結合，供電線路和數據線路聯通，兩個零件之間相對轉動的效果。由於採用了電磁線圈和固定體的配合，使得結合強度上升，避免了因電機運行時的震動影響導致的脫落的問題。即在電機震動時，凸粒和凹槽之間會緩慢的脫落，但是由於本發明是通過磁性固定，在震動的力小於電磁線圈和固定體之間吸引力的情況下，都不會脫落。
進一步，電磁線圈與供電貼片之間並聯。通過並聯的方式，避免了電磁線圈串聯分壓的問題，通過並聯的方式保證了電磁線圈通電後的磁場強度。
進一步，轉動體與零件b之間設有緩衝彈簧。緩衝彈簧能夠讓轉動體與金屬貼片之間有一定的緩衝，防止因突然的震動，導致的轉動體與金屬貼片的分離。
進一步，轉動體均為球體，轉動體分別嵌入零件b內，轉動體可在零件b內轉動。這樣的設計是為了讓零件a和零件b在相對轉動時，減小轉動體與金屬貼片的摩擦。
進一步，金屬貼片嵌在零件a上。這樣的設計可以減小零件a和零件b之間的間隙。
進一步，固定體的材質可為鐵、鈷、鎳或磁鐵。這是公開固體的具體材料，方便製作，材料價格低。
附圖說明
圖1是本發明分體機器人活動部位連接結構實施例中腹部的俯視圖；
圖2是圖1的正剖圖；
圖3是本發明分體機器人活動部位連接結構實施例中頭部的正視圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：
說明書附圖中的附圖標記包括：控制核心1、輸出設備2、凸粒3、凹槽4、金屬貼片5、轉動體6、電磁線圈7、固定體8。
實施例基本如附圖1、圖2所示：分體機器人活動部位連接結構，用於實現零件a和零件b轉動連接，在本實施例中零件a就是機器人的控制核心1，或者稱為腹部；零件b就是機器人的輸出設備2（如圖3所示），在本實施例中特指頭部，頭部上設有圓柱狀凸粒3，腹部上設有可嵌入凸粒3的凹槽4包括：
環貼部，環貼部包括與腹部內的供電線路相連的供電貼片和與腹部內的數據線路相連的數據貼片，供電貼片與數據貼片均包括兩個環狀的金屬貼片5，四個金屬貼片5的直徑互不相同，四個金屬貼片5呈同心圓狀固定在腹部上的凹槽4處。機器人的腹部（控制核心1）內設有控制模塊和電源模塊，因此我們可以用導線讓電源模塊為供電貼片供電，腹部內的供電線路的接口也是兩根，熟悉機器人的人都清楚，在機器人依靠蓄電池供電的情況下，接口僅正負極就夠了，只不過結構的數量可以根據實際情況設置。在本實施例中可以通過信號線讓控制模塊與數據貼片接通。金屬貼片5可以選用薄的圓環狀的銅片。金屬貼片5嵌是在腹部上的。
在本實施例中選用的2014年樂高公司的45544型號的機器人進行優化改進，這樣有實物參照的方式更能夠說明。45544型號自帶鋰電池。
與頭部內的供電線路或數據線路分別連接的轉動體6，轉動體6固定在頭部上的圓柱狀凸粒3周圍，在頭部上的圓柱狀凸粒3插入腹部的凹槽4上時，四個金屬貼片5均至少與一個轉動體6對應接觸，轉動體6均具有導電性。在本實施例中，頭部內肯定也是要有供電線路和數據線路的，雖然頭部作為執行機構（或者說輸出設備2）。比如說頭部內的攝像頭，他是既需要供電線路也需要數據線路的。轉動體6在本實施例中選用的是銅珠，不選用鋼珠的目的是銅的電阻率低於鐵，這樣可以避免發熱和電能損耗，在轉動體6與頭部之間設置有緩衝彈簧。
結合部，結合部包括固定體8和通電後可與固定體8吸附的電磁線圈7，電磁線圈7固定在凹槽4內，固定體8轉動連接在凸粒3上。固定體8的材質在本實施例中選用的磁鐵。
驅動部，驅動部用於帶動固定體8轉動，驅動部嵌入固定在零件b內。驅動部就是指小型電機，或者微型電機，具體在本實施例中，選用的是信力品牌的，ff030有刷直流電動機。
其中，電磁線圈7與供電貼片之間設有導線，電磁線圈7通過環貼部供電，電磁線圈7與供電貼片之間並聯。
具體使用時：在控制核心1中，需要加入的驅動部的控制部分，實際上可以對直接對機器人的控制核心1就行一定的修改，加入一定的控制信號即可。控制核心1（或者說腹部）通電以後，電磁線圈7會產生磁力，磁力與固定體8向吸，這樣就達到了讓腹部與頭部固定的效果。這種固定的效果，與原有的通過摩擦力固定的方式相比，原有的方式在長期的震動過程中，頭部和腹部很容易就鬆開了。但是本實施例中提供的方式就完全避免了這種情況。
在需要控制頭部和腹部進行相對轉動時，讓驅動部（ffo3o有刷直流電動機）帶動固定體8轉動。從而實現頭部和腹部的相對轉動。
以上所述的僅是本發明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發明的保護範圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護範圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用於解釋權利要求的內容。