[发明专利]一种模块化自重构机器人单元模块之间的连接机构

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连接机构。

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，要求单元模块的连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、能耗低等。因此连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的连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。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；电磁式的连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；销孔式虽然机构简单，但存在占用空间大、外置销孔降低单元模块运动能力、分离距离大等问题；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

本发明为克服现有技术中存在的连接机构退出分离距离长、外置销孔降低单元模块运动能力、锁紧分离操作缓慢以及自动连接进程无反馈的缺点，提供一种模块化自重构机器人单元模块之间的连接装置。

本发明通过以下技术方案实现：一种模块化自重构机器人单元模块之间的连接机构,每个单元模块均包括有结构相同的前臂和后臂，前臂和后臂均为∪型外框，前臂和后臂的∪型外框开口相对，前臂的∪型底平面定义为主动对接面，前臂的其余两个侧平面以及后臂的∪型底平面和两个侧平面定义为被动对接面，主动对接面设有主动连接机构，被动对接面设有被动连接机构，任一单元模块的主动对接面与其它单元模块的被动对接面实施对接，其特征是：

主动连接机构包括：设置一直流电机通过电机架固定在主动对接面的内侧，直流电机的输出轴上设有一个伞齿轮，设置与该伞齿轮垂直啮合的第二伞齿轮，第二伞齿轮的轴通过轴承固定在主动对接面的中心孔内，第二伞齿轮的轴上设转盘，在转盘的直径方向左、右两端分别铰支连接一根连杆，左侧连杆的另一端与左侧另外两根连杆的一端共同铰支连接在一起，左侧另外两根连杆的另一端分别铰支连接在左上及左下滑块上；右侧连杆的另一端与右侧另外两根连杆的一端共同铰支连接在一起，右侧另外两根连杆的另一端分别铰支连接在右上及右下滑块上，四个滑块位于主动对接面中心孔的四个对称角，每个滑块均设有中心通槽，中心通槽内设有钩爪，钩爪上设有2个孔，设置一根上轴和一根下轴分别穿连钩爪上的2个孔，上轴的两端置于中心通槽两侧滑块凸缘上设置的一直线滑槽内，下轴的两端置于中心通槽两侧滑块底座上设置的另一直线滑槽内，两直线滑槽垂直，下轴直线滑槽与滑块直线运动方向一致，在主动对接面的四个对角位置，设有四个相应的矩形通孔，矩形通孔位置与钩爪对应；四个矩形通孔靠近中心孔的一端分别设有限位滑槽，系由两块间隔的凸耳构成并置于滑块的中心通槽内，钩爪厚度置于两块凸耳之间并与两块凸耳的内侧面滑动配合，两块凸耳的外侧面与滑块中心通槽滑动配合，下轴的两端分别穿连两块凸耳上设置的孔后，设置在滑块底座的直线滑槽内；

被动连接机构是设置在被动对接面四个对角位置的四个矩形通孔，四个矩形通孔远离被动对接面中心的一端，均设置成倒梯形孔。

在主动连接面四个顶角位置还设有微动碰触开关以及四个红外接收管，被动连接面四个顶角位置设有相应的四个红外发射管。

本发明具有以下优点及有益效果：一、执行能耗小，具备自锁功能；二、不需退出行程，可直接将连接钩收入单元模块内部；三、锁紧、分离动作迅速；四、添加了自动连接成功电气反馈机制。

附图说明

图1是主动连接面内侧面的主动连接机构结构图（锁紧状态）；

图2是图1的反面；

图3是主动连接面内侧面的主动连接机构结构图（分离状态）；

图4是图3的反面；

图5是主动连接面内侧限位滑槽示意图；

图6是滑块与钩爪的装配结构示意图；

图7是被动连接面（∪型底平面）；

图8是被动连接面（∪型侧平面；

图9是主、被动对接面实施对接后的示意图（两个∪型底平面之间对接锁紧）；