CN110434892A - 一种可重构机器人的对接机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构机器人的对接机构，包括：主动面模块和/或被动面模块；其中，主动面模块包括：主动对接机构以及导杆；主动对接机构可沿导杆的轴线方向平移；被动面模块包括：被动对接机构；一可重构机器人模块的主动对接机构用于沿导杆平移以与另一可重构机器人模块的被动对接机构相对接并固定，以使主动面模块与被动面模块相对接，以完成两可重构机器人模块的对接。本发明的可重构机器人的对接机构，采用纯机械结构，具有连接可靠、拆装方便、运动灵活、维护方便、成本较低等特点，可广泛应用于但不限于模块化机器人及其他装置的对接和分离。

Description

一种可重构机器人的对接机构

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种可重构机器人的对接机构。

背景技术

随着社会的而进步和科学技术的发展，生产生活中自动化程度的不断提高，机器人的应用越来越广泛。传统的机器人限于其构型的固定，只能完成某些特定的任务，难以满足不断变化的工作场景，并且维护的成本较高。

可重构模块化机器人是由多个基本模块单元组成的复杂系统，这些基本模块单元能够按需组合成不同的构型以实现不同的功能，在多种复杂场景下具有较好的应用前景。可重构模块化机器人中的重点是可重构功能和快捷修复功能，要求不同模块之间能够快速地实现稳定连接，同时也能够便捷地进行分离。因此模块化机器人系统中不同模块之间的对接问题，是目前研究的一个重点，现有设计中的对接机构，大都结构复杂，体积庞大，耗能高，并且有控制复杂的问题，难以实现较好的应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种可重构机器人的对接机构，采用纯机械结构，具有连接可靠、拆装方便、运动灵活、维护方便、成本较低等特点，可广泛应用于但不限于模块化机器人及其他装置的对接和分离。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种可重构机器人的对接机构，其包括：主动面模块和/或被动面模块；其中，

所述主动面模块包括：主动对接机构以及导杆；所述主动对接机构可沿所述导杆的轴线方向平移；

所述被动面模块包括：被动对接机构；

一可重构机器人模块的所述主动对接机构用于沿所述导杆平移以与另一可重构机器人模块的所述被动对接机构相对接并固定，以使所述主动面模块与所述被动面模块相对接，以完成两可重构机器人模块的对接。

较佳地，所述主动对接机构还可沿所述导杆的轴向方向旋转，所述主动对接机构还用于在完成与所述被动对接机构的对接并固定之后沿所述导杆旋转以完成自锁，使得两个模块之间的连接更稳定牢靠，不容易脱离。

较佳地，所述主动对接机构包括：滑动外壳、套管以及弹簧销；其中，

所述套管套设在所述导杆上，所述滑动外壳套设在所述套管上；

所述滑动外壳与所述套管之间可沿导杆的轴线方向进行相对的平移和旋转运动；

所述导杆上设置有第一插销孔；

所述弹簧销安装在所述套管上；

所述滑动外壳上设置有压力面，所述压力面用于在对接时将所述弹簧销压入所述第一插销孔以及所述被动对接机构中，以使所述主动面模块与所述被动面模块相对接固定。

较佳地，所述滑动外壳上设置有滑槽，所述套管上设置有限位块；或者，

所述套管上设置有滑槽，所述滑动外壳上设置有限位块；

所述限位块可沿所述滑槽运动，所述滑动外壳与所述套管之间的相对运动轨迹通过所述限位块以及所述滑槽确定。

较佳地，所述滑槽为L形滑槽。

较佳地，所述弹簧销包括：八个；其中四个沿所述套管的轴线同心圆等距分布于所述套管的前段，另外四个沿所述套管的轴线同心圆等距分布于所述套管的后段。

较佳地，所述被动对接机构包括：对接轴以及挡板，所述对接轴垂直固定在所述挡板上；

所述挡板用于在对接过程中挡住所述套管，以使所述滑动外壳与所述套管之间产生相对的平移运动；

所述对接轴上设置有第二插销孔，用于在对接时使所述弹簧销插入其中。

较佳地，所述挡板上设置有定位针，所述套管上设置有定位槽；或者，

所述挡板上设置有定位槽，所述套管上设置有定位针；

当对接时，所述定位针插入所述定位槽中，以保证所述弹簧销与所述插销孔的轴线平行。设置定位针和定位槽可以保证套管和对接轴按一定的相对姿态套接起来，从而保证弹簧销的轴线和第一插销孔以及第二插销孔的轴线平行，从而使弹簧销能够顺利平滑的插入到导杆的第一插销孔及对接轴的第二插销孔中。

较佳地，所述第二插销孔包括两个，两个所述第二插销孔的轴线垂直相交。

较佳地，所述主动面模块还包括：主动面底板，所述导杆固定在所述主动面底板上；和/或，

所述被动面模块还包括：被动面底板，所述被动对接机构固定在所述被动面底板上。

较佳地，每个可重构机器人模块包括：多个主动面模块以及多个被动面模块。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明的可重构机器人的对接机构，结构简单，不含传感器等电子元件，仅通过机械结构就可实现模块单元间的快速对接和拆分，因此具有较低的故障率，能够保证模块单元之间的连接更加可靠和稳定；

(2)本发明的可重构机器人的对接机构，仅通过对接机构中单个滑动外壳的简单运动，即可实现相邻模块单元间的对接和拆分，操作便捷快速，便于维护；

(3)本发明的可重构机器人的对接机构，通过弹簧销和第一插销孔以及第二插销孔间的紧密配合，以及套管和导杆间的紧密配合，可以最大程度上的抑制模块间的相对运动，从而实现整个机器人系统更加精密的运动控制；

(4)本发明的可重构机器人的对接机构，体积紧凑，可方便地安装在不同的模块单元上，具有极高的普适性；

(5)本发明的可重构机器人的对接机构，模块单元可通过在不同部位上安装本发明中的主动面模块或被动面模块，来实现一个模块单元对多个模块单元的复杂连接，可组成复杂构型的机器人，拥有较高的运动自由度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的一实施例的可重构机器人的对接机构的对接示意图；

图2为本发明的一实施例的主动面模块的结构示意图；

图3为本发明的一实施例的主动对接机构的结构示意图；

图4为本发明的一实施例的被动面模块的结构示意图；

图5为本发明的一实施例的被动对接机构的结构示意图；

图6为本发明的一实施例的主动对接机构和被动对接机构沿导杆的轴线剖切得到的剖视图；

图7为本发明的一实施例的对接中主动对接机构和被动对接机构沿导杆的轴线剖切得到的剖视图；

图8为本发明的一实施例的对接完成后主动对接机构和被动对接机构沿导杆的轴线剖切得到的剖视图。

标号说明：100-被动面模块，200-主动面模块，101-被动面底板，102-被动对接机构，302-挡板，402-对接轴，312-定位针，412-第二插销孔，201-主动面底板，202-主动对接机构，203-导杆，502-滑动外壳，602-套管，522-压力面，532-滑槽，612-弹簧销，622-弹簧，632-定位槽，642-限位块，213-第一插销孔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的可重构机器人的对接机构包括：主动面模块和/或被动面模块；其中，主动面模块包括：主动对接机构以及导杆；主动对接机构可沿导杆的轴线方向平移；被动面模块包括：被动对接机构；一可重构机器人模块的主动对接机构用于沿导杆平移以与另一可重构机器人模块的被动对接机构相对接并固定，以使主动面模块与被动面模块相对接，以完成两可重构机器人模块的对接。

较佳实施例中，主动对接机构还可沿导杆的轴线方向旋转，用于在完成对接固定后进行旋转以完成自锁，使得连接更稳定。

图1为本发明的一实施例的可重构机器人的对接机构的对接示意图。

请参考图1，其为两个立方体形可重构模块化器人单元的对接示意图，每个可重构模块化机器人单元包括三个被动面模块100和三个主动面模块200。

一实施例中，主动面模块200包括：主动面底板201、主动对接机构202以及导杆203，如图2所示。主动对接机构202套设在导杆203上，导杆203和主动面底板201固定连接，主动面模块200通过主动面底板201安装在模块单元上。主动对接机构202包括：滑动外壳502以及套管602，主动对接机构202示意图如图3所示。滑动外壳502套设在套管602上，滑动外壳502和套管602之间的摩擦力大于套管602和导杆203之间的摩擦力，使得套管602可在滑动外壳502的带动下沿导杆203的轴线方向进行平移和旋转运动。滑动外壳502上有四个压力面522以及一个滑槽532。套管602上安装有四个弹簧销612，弹簧销612通过弹簧622与套管602连接，在弹簧622的支撑作用下，弹簧销612和导杆203间无相互接触，保证了套管602能在导杆203上顺畅的滑动；当滑动外壳502移动至套管602前段时，滑动外壳502对弹簧销612产生一个逐渐增大的垂直导杆轴线的分力。进一步地，套管602上有四个定位槽632，一个限位块642。限位块642可在滑槽532中做受限运动，从而限制滑动外壳502和套管602间的相对运动。导杆203上有两个第一插销孔213，当对接时，压力面522用于将弹簧销612压入第一插销孔213以及被动对接机构102中，使得主动对接机构202与被动对接机构102之间相固定。本实施例中，为了使得对接更稳定，滑槽532设置为L形滑槽。

一实施例中，被动面模块100包括：被动面底板101以及被动对接机构102，如图4所示。被动对接机构102包括：挡板302以及对接轴402，被动对接机构102示意图如图5所示。对接轴402固定安装在挡板302上，被动面模块100通过被动面底板101安装在模块单元上。挡板302上有四个定位针312，等距分布在挡板302上。对接轴402上有两个轴线垂直相交的第二插销孔412。

两个模块单元的被动面模块100和主动面200对接的过程如下：

如图6所示为主动对接机构202和被动对接机构102沿导杆的轴线剖切得到的剖视图，推动滑动外壳502沿导杆203轴向向被动面模块100方向平移，滑动外壳502带动主动对接机构202向被动面模块100方向平移，同时将滑动外壳502沿导杆203轴线方向旋转适当角度，带动套管602，使定位针312和定位槽632对接起来，如图7所示为对接中主动对接机构202和被动对接机构102沿导杆203的轴线剖切得到的剖视图；继续推动滑动外壳502，此时套管602受挡板302阻挡停止移动，因此滑动外壳502和套管602间产生沿L形滑槽532长边的相对运动，在这个过程中，压力面522与弹簧销612接触，并将弹簧销612先后逐渐压入第一插销孔213中和第二插销孔412中，直至弹簧销612完全插入第一插销孔213中，此时限位块642位于L形滑槽532长边和短边的连接处。至此，对接轴402通过插销方式与主动对接机构202固接，主动对接机构202通过插销方式与导杆203固接，于是实现了被动面模块100和主动面模块200的固接。进一步的，将滑动外壳502沿导杆203轴线方向旋转适当角度，使限位块642进入L形滑槽532的短边，完成了套管602和滑动外壳502之间的自锁，保证连接的稳定，如图8所示为对接完成后主动对接机构202和被动对接机构102沿导杆203的轴线剖切得到的剖视图。

分离时，将滑动外壳502沿导杆203轴线方向旋转适当角度，使限位块642进入L形滑槽532长边和短边的连接处，推动滑动外壳502沿导杆203轴向向主动面模块200方向平移，滑动外壳502和套管602间产生沿L形滑槽532长边的相对运动，压力面522与弹簧销612分离，弹簧销612在弹力的作用下先后离开第二插销孔412和第一插销孔213，完成了被动面模块100和主动面模块200的分离。

不同实施例中，定位槽、定位针、弹簧销以及插销孔的数量不一定跟上述实施例中的相同，也可以为其他数量，可根据需要进行设置。

较佳实施例中，弹簧销包括：八个；其中四个沿套管的轴线同心圆等距分布于套管的前段，另外四个沿套管的轴线同心圆等距分布于套管的后段。

不同实施例中，每个可重构模块化器人单元上的主动面模块的数量和被动面模块的数量不一定为三个，可以根据需要进行减少或增加；并且不一定同时包括主动面模块和被动面模块，也可以只设置主动面模块或被动面模块。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可重构机器人的对接机构，其特征在于，包括：主动面模块和/或被动面模块；其中，

所述主动面模块包括：主动对接机构以及导杆；所述主动对接机构可沿所述导杆的轴线方向平移；

所述被动面模块包括：被动对接机构；

一可重构机器人模块的所述主动对接机构用于沿所述导杆平移以与另一可重构机器人模块的所述被动对接机构相对接并固定，以使所述主动面模块与所述被动面模块相对接，以完成两可重构机器人模块的对接。

2.根据权利要求1所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述主动对接机构还可沿所述导杆的轴向方向旋转，所述主动对接机构还用于在完成与所述被动对接机构的对接并固定之后沿所述导杆旋转以完成自锁。

3.根据权利要求2所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述主动对接机构包括：滑动外壳、套管以及弹簧销；其中，

所述套管套设在所述导杆上，所述滑动外壳套设在所述套管上；

所述滑动外壳与所述套管之间可沿导杆的轴线方向进行相对的平移和旋转运动；

所述导杆上设置有第一插销孔；

所述弹簧销安装在所述套管上；

所述滑动外壳上设置有压力面，所述压力面用于在对接时将所述弹簧销压入所述第一插销孔以及所述被动对接机构中，以使所述主动面模块与所述被动面模块相对接固定。

4.根据权利要求3所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述滑动外壳上设置有滑槽，所述套管上设置有限位块；或者，

所述套管上设置有滑槽，所述滑动外壳上设置有限位块；

所述限位块可沿所述滑槽运动，所述滑动外壳与所述套管之间的相对运动轨迹通过所述限位块以及所述滑槽确定。

5.根据权利要求4所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述滑槽为L形滑槽。

6.根据权利要求3所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述弹簧销包括：八个；其中四个沿所述套管的轴线同心圆等距分布于所述套管的前段，另外四个沿所述套管的轴线同心圆等距分布于所述套管的后段。

7.根据权利要求3至6任一项所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述被动对接机构包括：对接轴以及挡板，所述对接轴垂直固定在所述挡板上；

所述挡板用于在对接过程中挡住所述套管，以使所述滑动外壳与所述套管之间产生相对的平移运动；

所述对接轴上设置有第二插销孔，用于在对接时使所述弹簧销插入其中。

8.根据权利要求7所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述挡板上设置有定位针，所述套管上设置有定位槽；或者，

所述挡板上设置有定位槽，所述套管上设置有定位针；

当对接时，所述定位针插入所述定位槽中，以保证所述弹簧销与所述插销孔的轴线平行。

9.根据权利要求7所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述第二插销孔包括两个，两个所述第二插销孔的轴线垂直相交。

10.根据权利要求1-6任一项所述的可重构机器人的对接机构，其特征在于，所述主动面模块还包括：主动面底板，所述导杆固定在所述主动面底板上；和/或，

所述被动面模块还包括：被动面底板，所述被动对接机构固定在所述被动面底板上。