CN110165497B - 无极性电连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无极性电连接器，包括安装架和分别安装在安装架两侧的驱动装置以及连接装置，所述连接装置包括机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头；所述无极性电连接器以Z轴为中心旋转错位180°与另一结构相同的无极性电连接器沿Z轴对接后，所述驱动装置能驱动电连接头、机械连接阳接头或/和机械连接阴接头往复运动，使所述无极性电连接器的电连接头、机械连接阴接头、机械连接阳接头分别与所述另一结构相同的无极性电连接器的电连接头、机械连接阳接头、机械连接阴接头一一对应连接或分离，实现可分离式机械及电气连接。本发明提供的无极性电连接器，若有一无极性电连接器损坏，另一个无极性电连接器仍可实现分离。

Description

无极性电连接器
技术领域
本发明涉及无极性连接器技术领域，具体涉及一种无极性电连接器。
背景技术
传统的有极性对接机构主要分为两部分，主动对接端与被动接收端，主动端的设计与被动端的设计是相互关联的，设计一种主动对接机构之后，就必须设计出与之匹配的被动对接机构或结构。这种设计加大了设计成本及加工成本，即设计一套对接机构往往需要同时设计主动对接机构与被动接收机构。并且这种设计针对性强，互换性差，只适合用于特定的领域。而无极性对接机构在设计与适用性方面，相比传统有极性对接机构得到了极大的提升。在设计上只需要设计一种对接机构，不需要设计特定的被动对接机构，其本身可自行对接；在加工上，只需要加工一套机构，极大的降低成本；在应用上，由于对接无极性化，这种对接机构适用于大多数机械连接场合。随着机器人及自动化领域的高速发展，普通的机械连接有时并不能满足需求，设计一种既能够实现机械连接，又能够进行电信号连接的标准化对接机构，可以极大的推动模块化可重构机器人及其他运用到对接机构进行通信的领域。综合来看，对接机构研究较多，但能够进行机械连接的同时进行电气连接的标准化对接机构研究尚较少。
因此，为解决以上问题，需要一种无极性电连接器，在使用两结构完全相同的无极性电连接器对接时，能够实现机械连接与电气连接的标准化和模块化，并且对接后具有较高的鲁棒性，若有一无极性电连接器损坏，另一个无极性电连接器仍可实现分离。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供无极性电连接器，在使用两结构完全相同的无极性电连接器对接时，能够实现机械连接与电气连接的标准化和模块化，并且对接后具有较高的鲁棒性，若有一无极性电连接器损坏，另一个无极性电连接器仍可实现分离。
本发明的无极性电连接器，包括安装架和分别安装在安装架上的驱动装置以及连接装置，所述连接装置包括机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头；所述无极性电连接器以Z轴为中心旋转错位180°与另一结构相同的无极性电连接器沿Z轴对接后，所述驱动装置能驱动电连接头、机械连接阳接头或/和机械连接阴接头往复运动，使所述无极性电连接器的电连接头、机械连接阴接头、机械连接阳接头分别与所述另一结构相同的无极性电连接器的电连接头、机械连接阳接头、机械连接阴接头一一对应连接或分离，实现可分离式机械及电气连接。
进一步的，所述驱动装置包括驱动机构、传动机构以及导向机构；所述导向机构设置有至少三组，分别为用于引导机械连接阳接头沿X轴移动的导向机构Ⅰ、用于引导机械连接阴接头沿X轴移动的导向机构Ⅱ和用于引导电连接头沿Y轴移动的导向机构Ⅲ；所述导向机构Ⅰ和导向机构Ⅱ以关于Z轴中心对称的方式设置在X轴两侧；所述机械连接阳接头和机械连接阴接头分别位于Y轴两侧，所述电连接头位于X轴一侧；所述驱动机构通过传动机构和导向机构使机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头分别沿各自导向机构所引导方向同步运动。
进一步的，所述传动机构包括以可自转且旋转中心为Z轴的方式固定在安装架上的固定板和沿周向间隔设置在固定板上的滑槽组件，所述滑槽组件包括沿周向间隔设置在固定板上的滑槽和可沿Z轴径向在滑槽内滑动的滑块；所述导向机构包括导杆组件和推舌，所述导杆组件安装在安装架上，所述推舌上设置有滑动部、动力输入端和动力输出端，所述滑动部以可滑动方式与导杆组件连接，所述动力输出端与机械连接阳接头、机械连接阴接头或电连接头连接，所述滑块以可转动方式与动力输入端连接；所述驱动机构可驱动传动机构转动。
进一步的，所述驱动机构包括电机、控制器、凸轮、推杆和弹性元件，所述凸轮固定在电机的转子输出轴上，所述推杆固定在传动机构上非固定板旋转轴线处，所述弹性元件固定在导杆组件上，所述控制器控制电机转动，凸轮推动推杆移动使传动机构转动从而带动推舌滑动，所述弹性元件用于凸轮与推杆接触点由凸轮远毂转动为凸轮近毂时使推杆复位。
进一步的，所述滑槽组件、导向机构以及弹性元件均沿Z轴周向等间隔设置有四组；所述电连接头设置有两个，分别为关于Z轴中心对称的第一电连接头和第二电连接头；四组导向机构沿Z轴周向依次为设置导向机构Ⅰ、用于引导第一电连接头沿Y轴移动的第一导向机构Ⅲ、导向机构Ⅱ和用于引导第二电连接头沿Y轴移动的第二导向机构Ⅲ。
进一步的，所述机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头底部均设置有连接座，各连接座分别与对应导向机构的推舌的动力输出端连接。
进一步的，所述导向机构还包括与导杆组件平行设置的燕尾导轨，所述连接座顶部设置有与燕尾导轨配合的燕尾槽。
进一步的，所述机械连接阳接头的连接座上设置有对接轴，所述机械连接阴接头的连接座上设置有对接孔，所述电连接头的连接座上设置有朝向X轴的电触头。
进一步的，所述安装架包括主体安装板和固定在安装板上的驱动组件安装座，所述传动机构、导向机构以及连接装置安装在主体安装板上，所述驱动组件安装座包括安装座主体和固定在安装座主体上的电机安装座以及控制器安装座。
进一步的，还包括壳体、端盖和对接环，所述壳体与对接环分别安装在安装架两侧，所述端盖安装在壳体远离安装架一端；所述对接环上设置有榫头和榫槽，所述榫头与榫槽位置关于Z轴中心对称。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的驱动装置通过单电机驱动凸轮转动，通过凸轮推杆机构及弹性元件将电机转动形式的运动转化为推杆的往复移动，再通过传动机构及导向机构使连接装置各部件直线运动，实现了单电机驱动；
2、本发明在对接结构设计上，可实现无极性连接；
3、本发明在实现机械连接的同时，可实现电气连接或分离，极大的提高的对接机构的运用能力。
4、本发明使用时可实现主动对接与分离，并且对接后若有一无极性电连接器损坏，另一个无极性电连接器仍可实现分离。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的正视图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为图3的B-B剖视图；
图6为图3的C向视图；
图7为本发明的两个无极性连接器对接内部结构示意图；
图8为本发明的两个无极性连接器对接外部结构示意图；
图9为本发明的滑槽结构示意图；
图10为本发明的推舌结构示意图；
图11为本发明的推杆结构示意图；
图12为本发明的机械连接阳接头结构示意图；
图13为本发明的机械连接阴接头结构示意图。
具体实施方式
如图1-图13所示，本实施例中的无极性电连接器，包括安装架1和分别安装在安装架1上的驱动装置以及连接装置，所述连接装置包括机械连接阳接头201、机械连接阴接头202以及电连接头；所述无极性电连接器以Z轴为中心旋转错位180°与另一结构相同的无极性电连接器沿Z轴对接后，所述驱动装置能驱动电连接头、机械连接阳接头201或/和机械连接阴接头202往复运动，使所述无极性电连接器的电连接头、机械连接阴接头202、机械连接阳接头201分别与所述另一结构相同的无极性电连接器的电连接头、机械连接阳接头201、机械连接阴接头202一一对应连接或分离，实现可分离式机械及电气连接。本发明中所述的X轴、Y轴如附图中所示,Z轴过X轴与Y轴交点且垂直于X轴与Y轴。两个无极性电连接器对接时，其中一无极性电连接器的驱动装置驱动电连接头、机械连接阴接头202、机械连接阳接头201分别与另一无极性电连接器的电连接头、机械连接阳接头201、机械连接阴接头202相向移动，实现机械及电气连接。两个无极性电连接器的机械连接阴、阳接头相向移动的方式很多，可以是机械连接阴接头202移动而机械连接阳接头201固定、可以是机械连接阳接头201移动而机械连接阴接头202固定、也可以是机械连接阳接头201和机械连接阴接头202均相向移动；两个无极性电连接器的电连接头相向移动是为了实现可分离式电气连接，当然也可以采用当两个无极性电连接器对接后，两个无极性电连接器电连接器不需要移动，直接接触实现电气连接。两个无极性电连接器的机械及电气连接分离与连接过程相反，此处不再赘述。在使用两结构完全相同的本发明提供的无极性电连接器对接时，能够实现机械连接与电气连接的标准化和模块化，并且对接后具有较高的鲁棒性，若有一无极性电连接器损坏，另一个无极性电连接器仍可通过驱动装置使两个无极性电连接器的连接装置分离。
本实施例中，所述驱动装置包括驱动机构、传动机构以及导向机构；所述导向机构设置有至少三组，分别为用于引导机械连接阳接头201沿X轴移动的导向机构Ⅰ4a、用于引导机械连接阴接头202沿X轴移动的导向机构Ⅱ4b和用于引导电连接头沿Y轴移动的导向机构Ⅲ；所述导向机构Ⅰ4a和导向机构Ⅱ4b以关于Z轴中心对称的方式设置在X轴两侧；所述机械连接阳接头201和机械连接阴接头202分别位于Y轴两侧，所述电连接头位于X轴一侧；所述驱动机构通过传动机构和导向机构使机械连接阳接头201、机械连接阴接头202以及电连接头分别沿各自导向机构所引导方向同步运动。所述机械连接阳接头201和机械连接阴接头202分别位于Y轴两侧，所述电连接头位于X轴一侧，这是指两个无极性电连接器未连接时的连接装置的状态，这是为了保证两个无极性电连接器的连接装置在对接时不发生干涉；对接时，两个无极性电连接器的驱动机构驱动机械连接阳、阴接头沿X轴相对移动，并在Y轴处相交连接，而两个无极性电连接器的电连接头沿Y轴移动，并在X轴处相交连接。
本实施例中，所述传动机构包括以可自转且旋转中心为Z轴的方式固定在安装架1上的固定板301和沿周向间隔设置在固定板301上的滑槽组件，所述滑槽组件包括沿周向间隔设置在固定板301上的滑槽302和可沿Z轴径向在滑槽302内滑动的滑块303；所述导向机构包括导杆组件401和推舌402，所述导杆组件401安装在安装架1上，所述推舌402上设置有滑动部402a、动力输入端402b和动力输出端402c，所述滑动部402a以可滑动方式与导杆组件401连接，所述动力输出端402c与机械连接阳接头201、机械连接阴接头202或电连接头连接，所述滑块303以可转动方式与动力输入端402b连接；所述驱动机构可驱动传动机构转动。由于各滑槽组件均与固定板301连接，所以驱动机构驱动传动机构转动后会带动推舌402沿导杆组件401滑动，各导杆组件401均沿X轴或Y轴，所以推舌402移动过程中与Z轴间距会发生变化，为了适应这个变化量，滑块303可沿Z轴径向在滑槽302内滑动，滑块303可以采用深沟球轴承。
本实施例中，所述驱动机构包括电机501、控制器502、凸轮503、推杆504和弹性元件505，所述凸轮503固定在电机501的转子输出轴上，所述推杆504固定在传动机构上非固定板301旋转轴线处，所述弹性元件505固定在导杆组件401上，所述控制器502控制电机501转动，凸轮503推动推杆504移动使传动机构转动从而带动推舌402滑动，所述弹性元件505用于凸轮503与推杆504接触点由凸轮503远毂转动为凸轮503近毂时使推杆504复位。电机501可采用常规的伺服电机501，控制器502可采用现有的单片机，通过单片机控制电机501属于现有技术，此处不再详细说明；电源可以采用安装在安装架1上的电池，也可以采用与电机501电气连接的外部电源。推杆504可以固定在固定板301非固定板301旋转轴线(也就是Z轴)处，也可以固定在滑槽302上，此外，由于滑块303的位移量并不大并且凸轮503和推杆504有一定的厚度，所以推杆504也可以固定在滑块303上。本实施例以推杆504固定在滑块303上为例进行说明，对接时，电机501使凸轮503转动，当凸轮503与推杆504接触点由凸轮503近毂转动为凸轮503远毂时，推杆504带动滑块303沿X轴移动，同时滑块303带动固定板301以Z轴为旋转中心转动，固定板301带动其余几个滑槽组件同步转动，最终各滑槽组件的滑块303带动各推舌402沿导杆组件401滑动,各推舌402带动机械连接阳接头201、机械连接阴接头202或电连接头移动，实现机械连接以及电气连接；分离时，电机501使凸轮503转动，当凸轮503与推杆504接触点由凸轮503远毂转动为凸轮503近毂时，弹性元件505(可采用套设在导杆组件401上的弹簧)使推杆504复位，推杆504带动滑块303沿X轴移动，同时滑块303带动固定板301以Z轴为旋转中心转动，固定板301带动其余几个滑槽组件同步转动，最终各滑槽组件的滑块303带动各推舌402沿导杆组件401滑动,移动方向、转动方向均与对接过程相反，所以各推舌402带动机械连接阳接头201、机械连接阴接头202或电连接头移动，实现机械连接以及电气连接的分离。
本实施例中，所述滑槽组件、导向机构以及弹性元件505均沿Z轴周向等间隔设置有四组；所述电连接头设置有两个，分别为关于Z轴中心对称的第一电连接头203和第二电连接头204；四组导向机构沿Z轴周向依次为设置导向机构Ⅰ4a、用于引导第一电连接头203沿Y轴移动的第一导向机构Ⅲ4c、导向机构Ⅱ4b和用于引导第二电连接头204沿Y轴移动的第二导向机构Ⅲ4d。传动组件和四组导向机构以Z轴为中心旋转90°后，与未旋转状态相比，结构不变，形状及位置均重合。对接后，两个无极性电连接器机械连接后，两个无极性电连接器的第一电连接头203互相连接，两个无极性电连接器的第二电连接头204也互相连接。由于四组滑槽组件是同步转动(同时逆时针或顺时针转动)，所以第一电连接头203和第二电连接头204关于Z轴中心对称，这样对接时两无极性电连接器的电连接头位移量才是相同的，才能保证两极性电连接器的第一电连接头203在X轴接触、两极性电连接器的第二电连接头204在X轴接触，实现电气连接。
本实施例中，所述机械连接阳接头201、机械连接阴接头202以及电连接头底部均设置有连接座，各连接座分别与对应导向机构的推舌402的动力输出端402c连接。连接座结构相同，标准化生产，便于加工，互换性强。推舌402的动力输出端402c与连接座卡接实现同步移动。
本实施例中，所述导向机构还包括与导杆组件401平行设置的燕尾导轨403，所述连接座顶部设置有与燕尾导轨403配合的燕尾槽。燕尾导轨403和燕尾槽配合，进一步提高机械连接阳接头201、机械连接阴接头202以及电连接头移动方向的准确性。
本实施例中，所述机械连接阳接头201的连接座上设置有对接轴，所述机械连接阴接头202的连接座上设置有对接孔，所述电连接头的连接座上设置有朝向X轴的电触头。两个无极性电连接器对接时，对接轴部分插入对接孔内实现机械连接，当凸轮503远毂与推杆504接触时，两个电触头接触实现电气连接，而当凸轮503继续转动一定角度，对接轴和对接孔逐渐分离，分离过程中两个无极性电连接器仍然保持机械连接，但是此时电触头以及分离，实现了两个无极性电连接器仅保持机械连接，使得无极性电连接器的应用范围更广。此外，对接轴和对接孔由于轴线与X轴平行，所以对接轴和对接孔结合后，两个无极性电连接器不能相对转动，也不能相对轴向移动，从而实现两者稳定可靠的机械连接。
本实施例中，所述安装架1包括主体安装板101和固定在安装板上的驱动组件安装座，所述传动机构、导向机构以及连接装置安装在主体安装板101上，所述驱动组件安装座包括安装座主体102和固定在安装座主体102上的电机安装座103以及控制器安装座104。驱动装置、传动机构(除燕尾导轨403外)和导向机构安装在主体安装板101一侧，连接装置和燕尾导轨403安装在主体安装板101另一侧，结构合理紧凑，空间利用率高。
本实施例中，还包括壳体6、端盖7和对接环8，所述壳体6与对接环8分别安装在安装架1两侧，所述端盖7安装在壳体6远离安装架1一端；所述对接环8上设置有榫头801和榫槽802，所述榫头801与榫槽802位置关于Z轴中心对称。壳体6和安装架1形成用于腔室，配合端盖7防止进尘。端盖7用于与机器人对接，安装架1和端盖7上均设置多个过线孔，电连接头与导线(图中未示出)连接，导线通过过线孔与外部连接，电气连接布线属于现有技术，此处不再详细说明。两个无极性电连接器的榫头801和榫槽802互相配合，用于提示两者对接具体位置的作用，防止对接角度错误无法连接，同时还有进一步防止两个无极性电连接器相对转动的作用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种无极性电连接器，其特征在于：包括安装架和分别安装在安装架上的驱动装置以及连接装置，所述连接装置包括机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头；所述无极性电连接器以Z轴为中心旋转错位180°与另一结构相同的无极性电连接器沿Z轴对接后，所述驱动装置能驱动电连接头、机械连接阳接头或/和机械连接阴接头往复运动，使所述无极性电连接器的电连接头、机械连接阴接头、机械连接阳接头分别与所述另一结构相同的无极性电连接器的电连接头、机械连接阳接头、机械连接阴接头一一对应连接或分离，实现可分离式机械及电气连接，所述驱动装置包括驱动机构、传动机构以及导向机构；所述导向机构设置有至少三组，分别为用于引导机械连接阳接头沿X轴移动的导向机构Ⅰ、用于引导机械连接阴接头沿X轴移动的导向机构Ⅱ和用于引导电连接头沿Y轴移动的导向机构Ⅲ；所述导向机构Ⅰ和导向机构Ⅱ以关于Z轴中心对称的方式设置在X轴两侧；所述机械连接阳接头和机械连接阴接头分别位于Y轴两侧，所述电连接头位于X轴一侧；所述驱动机构通过传动机构和导向机构使机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头分别沿各自导向机构所引导方向同步运动，X轴为阳接头及阴接头的移动方向，Y轴为电连接头的移动方向，Z轴为无极性电连接器的旋转中心，且Z轴过X轴与Y轴交点且垂直于X轴与Y轴。
2.根据权利要求1所述的无极性电连接器，其特征在于：所述传动机构包括以可自转且旋转中心为Z轴的方式固定在安装架上的固定板和沿周向间隔设置在固定板上的滑槽组件，所述滑槽组件包括沿周向间隔设置在固定板上的滑槽和可沿Z轴径向在滑槽内滑动的滑块；所述导向机构包括导杆组件和推舌，所述导杆组件安装在安装架上，所述推舌上设置有滑动部、动力输入端和动力输出端，所述滑动部以可滑动方式与导杆组件连接，所述动力输出端与机械连接阳接头、机械连接阴接头或电连接头连接，所述滑块以可转动方式与动力输入端连接；所述驱动机构可驱动传动机构转动。
3.根据权利要求2所述的无极性电连接器，其特征在于：所述驱动机构包括电机、控制器、凸轮、推杆和弹性元件，所述凸轮固定在电机的转子输出轴上，所述推杆固定在传动机构上非固定板旋转轴线处，所述弹性元件固定在导杆组件上，所述控制器控制电机转动，凸轮推动推杆移动使传动机构转动从而带动推舌滑动，所述弹性元件用于凸轮与推杆接触点由凸轮远毂转动为凸轮近毂时使推杆复位。
4.根据权利要求3所述的无极性电连接器，其特征在于：所述滑槽组件、导向机构以及弹性元件均沿Z轴周向等间隔设置有四组；所述电连接头设置有两个，分别为关于Z轴中心对称的第一电连接头和第二电连接头；四组导向机构沿Z轴周向依次为设置导向机构Ⅰ、用于引导第一电连接头沿Y轴移动的第一导向机构Ⅲ、导向机构Ⅱ和用于引导第二电连接头沿Y轴移动的第二导向机构Ⅲ。
5.根据权利要求2所述的无极性电连接器，其特征在于：所述机械连接阳接头、机械连接阴接头以及电连接头底部均设置有连接座，各连接座分别与对应导向机构的推舌的动力输出端连接。
6.根据权利要求5所述的无极性电连接器，其特征在于：所述导向机构还包括与导杆组件平行设置的燕尾导轨，所述连接座顶部设置有与燕尾导轨配合的燕尾槽。
7.根据权利要求5所述的无极性电连接器，其特征在于：所述机械连接阳接头的连接座上设置有对接轴，所述机械连接阴接头的连接座上设置有对接孔，所述电连接头的连接座上设置有朝向X轴的电触头。
8.根据权利要求3所述的无极性电连接器，其特征在于：所述安装架包括主体安装板和固定在安装板上的驱动组件安装座，所述传动机构、导向机构以及连接装置安装在主体安装板上，所述驱动组件安装座包括安装座主体和固定在安装座主体上的电机安装座以及控制器安装座。
9.根据权利要求1所述的无极性电连接器，其特征在于：还包括壳体、端盖和对接环，所述壳体与对接环分别安装在安装架两侧，所述端盖安装在壳体远离安装架一端；所述对接环上设置有榫头和榫槽，所述榫头与榫槽位置关于Z轴中心对称。
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