第2章 模块化机器人

2.1 模块化机器人介绍

2.1.1 模块化机器人的特点

模块化机器人是以高度集成的几种模块为结构单位，按照不同的连接方式获得的多种不同构型的机器人，下图展示的是小动物形状的机器人。模块化机器人中的模块是一个个相互独立的机械功能模块单元，也是一种集通信、控制、驱动和传动为一体的模块单元。模块之间既可以实现快速的连接和分离，又允许输入动力和信息，并且可以通过该模块输入其他相邻的模块。

模块化机器人具有以下3个特点。

· 每个模块都应该有独立的某一特定的功能，相互之间彼此独立，这样就减小了各模块之间的关联性。

· 模块分为主动模块和被动模块，主动模块应该有独立的控制系统和驱动系统，可以驱动被动模块完成特定的机械动作。

· 各模块结构简单，模块之间可以方便地组合和拆卸，各模块也可以相互替换，实现快速组装。

2.1.2 各模块介绍

我们使用的模块化机器人有主动模块、被动模块和辅助模块。其中，被动模块也有三大类模块：关节模块、连杆模块和功能模块。模块化机器人主要模块如下图所示。

名称：Brain（主脑）。

属性：主动模块，机器人的核心。

功能：无线连接电子设备（手机或平板），接收其指令，为被动模块供电和传输指令。Brain上还集成了摄像头、手势传感器、麦克风、陀螺仪等模块。

名称：Joint（驱动球）。

属性：被动模块，机器人的关节模块。

功能：Joint有上下半球，可以旋转到一定角度，实现机器人的移动。

名称：Skeleton（延长杆）。

属性：被动模块，机器人的连杆模块。

功能：与其他模块进行连接，实现机器人结构上的延伸。

名称：Wheel（车轮）。

属性：被动模块，机器人的功能模块。

功能：通过不同速度的旋转，实现机器人的移动。

名称：Mount（底座）。

属性：辅助模块。

功能：可以连接一个Joint，将整个机器人固定在平面上。

名称：Locker（加固配件）。

属性：辅助模块。

功能：用在两个模块接口中间，加强两个模块之间拼接的稳定性。

名称：Grasper（机械手）。

属性：被动模块，机器人的功能模块。

功能：用于抓取物体，爪体采用柔性设计，使抓取更牢固。

名称：Suction Cup（吸盘）。

属性：被动模块，机器人的功能模块。

功能：通过气泵吸气，实现吸附功能。

名称：Smart Foot（行走足底）。

属性：辅助模块。

功能：行走足底上带有压力传感器，可以检测外界压力的大小，压力单位为牛顿，符号为N。

名称：Distance Sensor（测距传感器）。

属性：辅助模块。

功能：可以检测遮挡物的距离，距离单位为厘米，符号为cm。

2.1.3 模块化机器人拼装

模块化机器人的拼装方法很简单，每个模块都会有卡扣，当任意两个模块拼装时对齐卡扣、相互按压即可，如左图所示。

拼装方法

（1）平行连接。

两个连接模块的中线是互相平行的关系。

驱动球之间

驱动球与延长杆之间

延长杆之间

（2）垂直连接。

两个连接模块的中线是相互垂直的关系，如下图所示。

驱动球之间

驱动球与延长杆之间

延长杆之间

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