谈细胞机器人转动与连接单元结构设计

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摘要：本文主要研究的是一种基于齿轮齿条传动的空间细胞机器人，它是由滑块、十字导轨、导轨支杆、支撑板、导轨组件、带沟槽的锥齿轮、不完全锥齿轮、伺服电机、齿条、壳体端盖、传动轴和不完全圆柱齿轮等组成。伺服电机带动不完全圆柱齿轮和不完全锥齿轮进行同步转动，同时带动齿条移动，进而推动与齿条相连的十字导轨与导轨组件向前移动，完成直线驱动工作；当不完全锥齿轮的有齿部分与沟槽锥齿轮相互啮合时，四组导轨组件沿壳体端盖的沟槽径向移动，完成转动驱动工作；当两个相连接的空间细胞机器人断开时，伺服电机反转，不完全圆柱齿轮和与齿条共同作用，四组导轨组件开始缩回，回到初始位置，完成空间细胞机器人的分离断开工作。

关键词：空间细胞机器人；模块；齿轮；齿条

1研究意义

传统机器人生产制造理念在于对某一事物的制造生产用途具有针对性的要求而制造，而对于其相应的制造性成本偏高，功能性单一兼容性差但是如果通过自重机器人的改装就可以实现机器人的复合型工作，虽然单体的自主工作实现能力差，但是合在一起可以实现最大程度的功能化，相对更加复杂的任务，复合型机器人具有更加强大的能力来实现工作完成收益，加强其相对实用性并且空间细胞机器人较于传统的机器人来说具有更加无法比拟的优势：

1.1自重构功能

细胞机器人针对于相关的环境与对应的任务选择可提供出不同的模式选择模式，针对于相应的环境与任务选择做出对应配置目标重构功能，针对不同环境可作出相应的最合理选择，加强对不可确定性的任务完成加大保障，并且更好的完成相应任务。

1.2自修复功能

对于工作的机器人构建模块发生问题时其其他相应的构建模块可以对其进行修复，并相应的构建模块可以保证其进行有效的替换，从而保证任务合理有效地进行。

1.3功能扩展性

因为其构成相应模块的机器人具有不同的机械与电气性接口，通过不同的相应功能模块可以实现对应的机器配置与相应功能。

1.4自我适应性

机器人的相对应修复以及重建功能决定了机器人具有相应的良好适应性，从而使其具有良好的自我环境适应性与结构化的环境适应性，用来适应环境。

2国内外研究现状分析

目前，针对于自重构机器人模块设计，现阶段国内外的研究现状主要体现在两个方面：其一为模块单元的功能结构，其二为连接与组合方式。机器人的模块单元结构是具有相同与不同的结构与功能是否相同，其可认为同构与异构的两种类型，并且异构的在设计之时便具有相应的针对性，适应于某些特定功能的场景但是由于某些异类模块的构成使其具有了特定功能牺牲了其具有的互换性和通用性。因此，在已有的典型自重构机器人原型中，大多数采用了同构方式。

2.1单元模块的连接和组合方式

根据重构方式的不同，自重构机器人主要可以分为点阵式、串联式、移动式三种。其中针对点阵式的机器人构成主要特点就在整个构成网络空间上拥有详细合理的位置，通过相应的组成和构成具有不同的系统性形状，成为具有相应性质的整体构成，串联式自重构机器人利用模块串联成为串联式或分支的树状结构，通过模块间的相对运动形成整体机器人的宏观移动，最终实现系统的各种运动模式。相应模块进行部分运动机器的相关副关节运动，通过相应的整体控制进行其对于整个移动独立的进行从而实现其整体独立自主完成任务的可能。

2.2连接机构是自重构机器人细胞模块的关键组成

细胞是自重构机器人的最小组成单元，细胞的功能直接决定所组成机器人的重构能力、运动能力，进而影响机器人所采用的控制系统、重构算法以及运动规划的复杂性。其中对于自我重构的机器人自身情况出发，通过其相应的对比分析来看其对应的相对灵活性与控制性出发从而搭配最简单的构成关键。从提高控制系统的灵活性及细胞单元运动的稳定性角度出发，确定细胞单元的外形及自由度搭配方案；进而根据模块的功能组成，对模块的关节结构、连接机构进行详细设计。对机器人的塑造与构成之间其机器人细胞模块均具有重要的作用。针对连接机构的结构形式，以能够实现直线驱动部分和转动驱动部分相配合为目标，通过理论计算确定连接机构的尺寸。在尺寸确定的基础上，对连接机构的结构进行详细设计，为减轻细胞单元的质量，设计过程中考虑一些零部件的轻量化问题。

3结论

空间细胞机器人作为一种自重构模块化机器人具有一般模块化机器人的共性——其能够对于相应的环境做出自己相应的反映，根据其相应的任务以及环境做出相应的反映，针对不同的任务与相应的自身结构做出相应的基本模型反映。根据相应的某块特点以及其相应的建构模型，因此其构型描述、自重构规划更加复杂。针对细胞机器人特点，本文主要研究内容有：细胞机器人的构建情况类型以及其构型数学描述、自重构过程规划、自重构过程细胞（组织）自主连接研究。针对于对空间细胞机器人的相应构建情况可以进行对应的过程进行部分动作仿真从而加强其对于相应的自主策略以及自我验证的可行性。通过不同模块的进行组合拆分从未达到其对应自主链接策略的可行性。对于自主细胞机器人的优化与模块的自重构成以及其自我完善与自我重构能力进行相应的分析，通过最合理的情况解析从而达到最优解对其相应的解决达到最优程序，其中现阶段对于自主优化模块型机器人具有详细的广泛的模式结构，其相对于自身涉及到的方面也相当广泛，本文只对空间细胞机器人的从初始构型到目标构型的自重构过程以及自主连接进行研究，因此还有许多问题需要进一步研究与解决。

参考文献

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作者：唐聪 单位：黑龙江工商学院