[发明专利]用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械领域中用于与机械手配合的附属装置，具体是一种用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构。

背景技术

近年来，机器人应用从制造领域向非制造领域发展。海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务娱乐等行业都提出了机器人化的要求，其主要特点是机器人工作环境的非结构化和不确定性。模块化自重构机器人能够通过改变个体及整体的形状和尺寸来满足操作的要求，非常适合在这些非结构化的工作环境中完成固定形状机器人很难完成的任务。机器人的形状和尺寸改变是通过众多模块的连接和分离来实现的，这要求单元模块的对接机构必须保证模块间的连接可靠、分离容易，同时要求体积小、节能、动作简单。因此对接机构是自重构机器人设计中重要的问题之一。

目前，自重构机器人的对接机构主要有：机械式、电磁式、机械与形状记忆合金(SMA)结合、机械与电磁结合等方式。机械式耗能少、精度高、可靠性好，但机械的加工精度、磨损失效等影响对接效果。电磁式可降低机构设计的复杂性，但体积大、发热量大及负载能力小。机械与SMA结构方式易于控制、缩小体积，但SMA动作耗时耗能，不适合连接分离动作迅速的情况。机械与电磁结合使用机械连接，电磁控制，则可连接可靠、动作快速，还缩小体积、降低能耗。

如图1所示，现有技术中机器人对接模块中，一个模块的六个面都布置了对接机构，整体可以看作一个正六面体，由于每个面都是正方形，则需保证对接机构绕自身中轴旋转90、180、270、360°后的四个位置都可对接。对接机构的机械部分较多采用销-孔的结构设计，此类接口设计原理简明，对接实现较便捷，但由于销和孔分开，要么只有一对销-孔而只能在一个位置对接，对接前先通过电机旋转对接面至可对接位置，要么在对接面上均匀布置4对销孔可以在四个位置对接，但增加了零部件数和对接时需动作的部件数。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101670586A，公开日2010-3-7，记载了一种“用于自重构模块机器人的基于销-由契合的对接机构”，该技术包括：固定套通讯模块、活动套对接机构以及框架结构，其中：固定套通讯模块置于对接机构的端面外圆，活动套对接机构转动嵌套于固定套通讯模块内，框架机构一端设置于固定套底部，另一端与机器人手臂相连。但该现有技术：对接面上只有一对分开布置的销轴和环形槽，使得对接面只在一个位置可以连接，所以连接时必须调整对接面到此位置，增加了对接的动作；使用电机提供对接机构连接和断开的驱动力，不仅耗能，而且增加了对接机构的重量和控制系统的复杂度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，本发明结构简洁，没有复杂曲线和曲面的零部件；运动简单，只有活动销一个组件做直线运动；控制方便，只需控制两个电磁铁的通电就可启动对接机构连接与断开动作，对接快速度可靠，能够实现机器人模块之间的快速方便准确对接。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：框架组件、活动销组件和定位组件，其中：定位组件设置于框架组件的端面，活动销组件嵌套于框架组件内，框架组件的一端面与所需对接的框架组件的端面相接触，另一端面与所述自重构机器人的模块本体相连。

所述的框架组件包括：套筒、定位环、断开电磁铁和底板，其中：定位环固定在套筒内壁，底板与套筒连接，断开电磁铁设置于底板中央并置于套筒内。

所述的活动销组件包括：连接套、卡紧销、弹性结构和伸缩结构，其中：连接套设置在框架组件的套筒的孔内，卡紧销设置在连接套内，弹性结构设置在连接套底面与卡紧销之间，伸缩结构设置在卡紧销与框架组件的定位环之间。

所述的定位组件包括：设置于框架组件端面圆周上的传感器。

所述的传感器包括：接收器和发射器，其中：接收器以90°为间隔均匀布置于框架组件端面圆周上，发射器设置于任意两个接收器之间并与其中一个接收器在圆周上间隔30°。

所述的连接套包括：两个连接卡球、两条卡球保持条、限位块和连接定位凸缘，其中：两个连接卡球分别嵌在两条卡球保持条的孔中，两条卡球保持条分别位于框架组件的套筒内圆周直径线的两端，卡球保持条的底部为连接定位凸缘，连接定位凸缘与限位块连接。

所述的套筒一端有凸出限位结构，凸出限位结构端面的内壁上开有连接环槽。

所述的连接定位凸缘与凸出限位结构的间隙为连接卡球的中心到框架组件的套筒端面距离的2倍。