[发明专利]一种模块化自重构机器人单元模块之间的对接机构及对接方法

说明书

技术领域

    本发明涉及模块化自重构机器人，尤其涉及一种模块化自重构机器人单元模块之间的对接机构及对接方法。

背景技术

    模块化自重构机器人由若干具有一定自治能力和感知能力的单元模块组成，各模块具备统一机械和电气接口，可自主对接组装为各种联体构型并可相互转换，从而实现不同的运动和操作功能。模块化自重构机器人的主要特点是自重构功能和自修复功能，要求单元模块的对接机构必须保证单元模块间的机械连接可靠、分离容易，同时要求体积小、节能、机构简单。因此对接机构是模块化自重构机器人设计中最重要的问题之一。

目前，模块化自重构机器人单元模块之间的对接机构主要有机械连接、磁铁连接（永磁铁和电磁铁）、机械或者磁铁与形状记忆合金（SMA）结合、机械与磁铁等方式。机械连接主要分为爪式机构和销孔式机构，其中爪式机构较为紧凑，但是机构复杂，对接精度要求较高；永磁式的连接机构具有连接强度大，体积小的优点，但其主要问题在于对接面的抗剪切能力较弱，在机器人整体运动过程中若速度规划不合理，两连接模块间存在相对运动趋势时导致连接不可靠；电磁式的对接机构可以降低机构设计的复杂性，但存在体积大、重量大、发热量大以及负载能力小等问题；SMA和机械结合方式，由于SMA的动作耗时耗能，因而不适合要求锁紧分离动作迅速的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种采用旋转式卡紧结构的单元模块之间的对接机构及对接方法，采取以下技术方案实现：一种模块化自重构机器人单元模块之间的对接机构，每个单元模块均设有框架型前臂和后臂，前、后臂对称设置并连为一体，其特征在于，每个单元模块的前、后臂各设有一个对接面，任一个单元模块前臂的对接面与其他单元模块后臂的对接面实施对接，在前臂对接面内侧，设置一电机，电机通过支架固定在对接面内侧，电机的输出轴与对接面垂直，输出轴末端固定安装一齿轮，在前臂对接面中心设置一安装有轴承的通孔，通孔内设有轴承，设置一齿轮，该齿轮设有中心凸圆，凸圆套接在轴承内，在凸圆末端设置一外缘带有卡爪的锥头，锥头尾端平面与齿轮中心凸圆前端面固定连接，齿轮与锥头分列在前臂对接面的内外两侧，该齿轮与电机输出轴末端的齿轮啮合传动；后臂对接面的中心设有一个与带有卡爪的锥头相匹配的卡孔。

所说与锥头连接的齿轮大于电机输出轴末端的齿轮。

按上述对接机构实现单元模块之间的对接方法，其特征在于，在前、后臂的对接面上，分别设有一对左右对称设置的红外接收管及红外发射管透光孔，对接过程中前臂对接面分别向左右15°范围内按5°递增模式进行角度搜索，寻找红外强度最大的方向，完成对接面初始相对角度调整，在该方向上测量左右红外对管的距离值，建立一个局部坐标系，根据所得的距离值计算两个对接面相对角度偏差和相对位移偏差，然后前臂对接面根据得到的偏差值调整与后臂对接面的相对位置，循环以上步骤，直到两个对接面完全正对，以完成对接机构的锁紧。

本发明具有以下优点及有益效果：连接机构紧凑，连接性能稳定可靠；执行能耗小，具备自锁功能，锁紧、分离动作迅速。

附图说明

图1是单元模块结构示意图；

图2是两单元模块对接图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2中前臂的俯视图；

图5是后臂的立体图；

图6是两对接面分离状态时的锥头与卡孔的位置关系图；

图7是两对接面锁紧状态时的锥头与卡孔的位置关系图；

图8是图2中前臂中锥头和齿轮的示意图；

图9是对接面初始角度调整过程示意图；

图10是对接方法流程图；

图11是对接过程偏差计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

参看图1，单元模块设有框架型前臂和后臂，前、后臂对称设置并连为一体，前、后臂各设有一个对接面，前臂对接面1，后臂对接面2。