CN110524529B - 一种实现自重构机器人多位连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现自重构机器人多位连接的同构型自动连接装置，包括四个连接滑块、前十字轨道盘、旋转驱动盘、后十字轨道盘和后盖，连接滑块的连接头设置于前十字轨道盘的外侧面，前轨道滑块可滑动地连接于前十字轨道盘的十字型轨道槽内，圆柱螺栓穿过旋转驱动盘的圆弧轨道槽，后轨道滑块可滑动地连接于后十字轨道盘的十字型轨道槽内，后盖上安装有微型直流电机，微型直流电机通过驱动输出齿轮转动而带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与旋转驱动盘固定连接，进而带动四个连接滑块在前十字轨道盘和后十字轨道盘的十字型轨道槽中作同步运动。本发明结构紧凑、稳定可靠、可实现自重构机器人的多位连接，有效地提高了自重构机器人的整体性能。

Description

一种实现自重构机器人多位连接的方法

技术领域

本发明涉及自重构机器人的连接技术，具体为一种实现自重构机器人多位连接的方法。

背景技术

自重构机器人系统由若干个具有一定自治能力和感知能力的单元模块组成，根据单元模块的结构特点，自重构机器人系统主要分为链式、晶格式和混合式三种，自重构机器人主要依靠连接装置是实现自重构和自修复功能，其中链式自重构机器人单元模块通过自动连接装置组装构成大型联体构型，通过协调各个模块的动作实现移动；晶格式自重构机器人单元模块通过自动连接装置的锁紧和断开，不断改变自身构型实现移动；混合式自重构机器人兼具链式和晶格式两种系统的结构特点。自重构机器人的上述功能要求单元模块的连接装置机械连接可靠、易于分离，同时要求连接装置体积小、节能、机械结构简单等。因此，自动连接装置的连接模式越丰富，自重构机器人系统的功能越灵活。

目前，自重构机器人系统的自动连接装置主要分为同构型和异构型两种，其中异构型的自动连接装置通常分为公头装置和母头装置，单元模块均必须同时具有公母头两个连接装置，且仅能实现对应连接装置间的连接，因此，异构型连接装置极大地限制了单元模块的连接模式。同构型自动连接装置具有相同的机械结构，能够有效地扩展单元模块的连接模式，但现有的同构型自动连接装置仅能实现两个自动连接装置之间的锁紧与连接，而且同构型连接装置的对接精度要求高。因此，亟待设计一种结构紧凑、稳定可靠、能够实现多种连接模式的自动连接装置，提升自重构机器人系统的整体性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、稳定可靠、可实现自重构机器人的单元模块多位置、多种连接模式自动化连接的可实现自重构机器人多位连接的同构型自动连接装置,以及基于该同构型自动连接装置的自重构机器人多位连接的方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）构造同构型自动连接装置：

所述同构型自动连接装置，包括四个连接滑块、前十字轨道盘、旋转驱动盘、后十字轨道盘和后盖，连接滑块由连接头、前轨道滑块、圆柱螺栓和后轨道滑块组成，连接头、前轨道滑块和后轨道滑块通过圆柱螺栓依次固定连接，所述的连接头为正方形，前十字轨道盘和后十字轨道盘上分别开设有十字型轨道槽，四个连接滑块分别可滑动地连接于十字型轨道槽的四个直线段轨道槽内，其中，连接头设置于前十字轨道盘的外侧面，前轨道滑块可滑动地连接于前十字轨道盘的十字型轨道槽内，旋转驱动盘上开设有圆弧轨道槽，圆柱螺栓穿过圆弧轨道槽，后轨道滑块可滑动地连接于后十字轨道盘的十字型轨道槽内，后盖上安装有微型直流电机，微型直流电机的输出齿轮与驱动齿轮相啮合，驱动齿轮与旋转驱动盘固定连接，本同构型自动连接装置通过后盖与单元模块相连接，前十字轨道盘与后十字轨道盘、后十字轨道盘与后盖及后盖与单元模块间均通过链接件固定连接，接通电源，微型直流电机通过驱动输出齿轮转动而带动驱动齿轮作正反转运动，并进而带动四个连接滑块在前十字轨道盘和后十字轨道盘的十字型轨道槽中作同步运动；

步骤2）通过同构型自动连接装置进行连接，连接方法包括步骤2.1），以及步骤2.2）、步骤2.3）中的任一步或两步：

步骤2.1）通过两个同构型自动连接装置进行连接，设所述的两个同构型自动连接装置分别为第一、第五同构型自动连接装置；

锁紧：控制第一同构型自动连接装置处于第一状态，第五同构型自动连接装置处于第二状态，引导两个同构型自动连接装置以面对面的方式接近，在二者的前十字轨道盘足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向终点移动，直至与第一同构型自动连接装置的四个连接滑块通过连接头接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

步骤2.2）通过三个同构型自动连接装置进行连接，设其分别为第一、第二和第五同构型自动连接装置，所述的第一、第二同构型自动连接装置位于同一平面且相邻；

锁紧：控制第一、第二同构型自动连接装置处于第一状态，使第一同构型自动连接装置右侧的两个连接滑块和第二同构型自动连接装置左侧的两个连接滑块，配合形成正方形约束；控制第五同构型自动连接装置处于第二状态，并引导第五同构型自动连接装置靠近第一、第二同构型自动连接装置的中间位置，当其前十字轨道盘足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向终点移动，直至第五同构型自动连接装置的四个连接滑块分别与第一、第二同构型自动连接装置之间形成正方形约束的四个连接滑块通过连接头接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

步骤2.3）通过五个同构型自动连接装置进行连接，设其分别第一到第五同构型自动连接装置，其中第一、第二、第三和第四同构型自动连接装置位于同一平面且呈正方形排列；

锁紧：控制第一、第二、第三和第四同构型自动连接装置处于第一状态，使四个同构型自动连接装置靠近中间位置的各一个连接滑块配合形成正方形约束；控制第五同构型自动连接装置处于第二状态，并引导第五同构型自动连接装置靠近所述正方形排列的中间位置，当其前十字轨道盘足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向终点移动，直至第五同构型自动连接装置的四个连接滑块分别与第一到第四同构型自动连接装置之间形成正方形约束的四个连接滑块通过连接头接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

上述过程中，所述第一状态是指同构型自动连接装置的连接滑块处于终点的状态，第二状态是指同构型自动连接装置的连接滑块处于起点的状态，所述终点位于起点的外围。

进一步地，所述的连接头为正方形，侧边为45度倒角，可实现四个不同方向的连接。

进一步地，所述的旋转驱动盘中心的前后侧分别设置有旋转限位凸台，所述的旋转限位凸台通过前十字轨道盘和后十字轨道盘的中心孔卡装，可防止旋转驱动盘前后移动。

进一步地，所述的旋转限位凸台穿过后十字轨道盘的中心孔与驱动齿轮固定连接。

进一步地，所述的旋转驱动盘和后十字轨道盘间安装有球形滚珠，可形成滚动摩擦，以降低旋转驱动盘与后十字轨道盘的相对盘面间的摩擦力。

进一步地，所述的链接件为螺钉。

进一步地，所述的前十字轨道盘和后十字轨道盘的各直线段轨道槽与旋转驱动盘的各圆弧轨道槽的起点和终点相对应，其中所述的起点为各条轨道槽的最内端，所述的终点为各条轨道槽的最外端。

本发明具有以下有益效果：

1）同构型自动连接装置结构紧凑、连接稳定可靠；

2）微型直流电机控制驱动连接滑块滑动，可实现快速锁紧与分离，高效省力；

3）连接滑块的连接头侧边45度倒角，且同构型自动连接装置满足正方形约束，可实现自重构机器人的多位连接，有效地提高了自重构机器人的整体性能。

附图说明

图1是本发明提供的同构型自动连接装置与单元模块的连接示意图；

图2是图1的同构型自动连接装置的结构示意图；

图3是图2的连接滑块的结构示意图；

图4是图2的前十字轨道盘的结构示意图；

图5是图2的旋转驱动盘的结构示意图；

图6是图2的后十字轨道盘的结构示意图；

图7是图2的连接滑块第一状态示意图；

图8是图2的连接滑块第二状态示意图；

图9是本发明的第一、第二和第三实施例的同构型自动连接装置对接示意图。

其中的附图标记为：连接滑块1、连接头1-1、前轨道滑块1-2、圆柱螺栓1-3、后轨道滑块1-4、前十字轨道盘2、旋转驱动盘3、后十字轨道盘4、后盖5、微型直流电机6、输出齿轮7、驱动齿轮8、旋转限位凸台9、第一同构型自动连接装置10、第二同构型自动连接装置11、第三同构型自动连接装置12、第四同构型自动连接装置13、第五同构型自动连接装置14。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1-6所示，一种可实现自重构机器人多位连接的同构型自动连接装置，包括四个连接滑块1、前十字轨道盘2、旋转驱动盘3、后十字轨道盘4和后盖5，连接滑块1由连接头1-1、前轨道滑块1-2、圆柱螺栓1-3和后轨道滑块1-4组成，连接头1-1、前轨道滑块1-2和后轨道滑块1-4通过圆柱螺栓1-3依次固定连接，前十字轨道盘2和后十字轨道盘4上分别开设有十字型轨道槽，四个连接滑块1分别可滑动地连接于十字型轨道槽的四个直线段轨道槽内，其中，连接头1-1设置于前十字轨道盘2的外侧面，前轨道滑块1-2可滑动地连接于前十字轨道盘2的十字型轨道槽内，旋转驱动盘3上开设有圆弧轨道槽，圆柱螺栓1-3穿过圆弧轨道槽，后轨道滑块1-4可滑动地连接于后十字轨道盘4的十字型轨道槽内，后盖5上安装有微型直流电机6，微型直流电机6的输出齿轮7与驱动齿轮8相啮合，驱动齿轮8与旋转驱动盘3固定连接，本同构型自动连接装置通过后盖5与单元模块相连接，前十字轨道盘2与后十字轨道盘4、后十字轨道盘4与后盖5及后盖5与单元模块间均通过链接件固定连接。

如图3所示，连接头1-1为正方形，侧边为45度倒角，可实现四个不同方向的连接。

如图5所示，旋转驱动盘3中心的前后侧分别设置有旋转限位凸台9，所述的旋转限位凸台9通过前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的中心孔卡装，可防止旋转驱动盘3前后移动。

进一步地，旋转限位凸台9穿过后十字轨道盘4的中心孔与驱动齿轮8固定连接。

如图6所示，旋转驱动盘3和后十字轨道盘4间安装有球形滚珠，可形成滚动摩擦，以降低旋转驱动盘3与后十字轨道盘4的相对盘面间的摩擦力。

实施例中，链接件为螺钉。

如图2所示，前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的四条直线段轨道槽与旋转驱动盘3的四条圆弧轨道槽的起点和终点相对应，其中起点为各条轨道槽的最内端，终点为各条轨道槽的最外端。

如图7所示，当四块连接滑块1分别位于前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的终点时，该状态定义为第一状态。

如图8所示，当四块连接滑块1分别位于前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的起点时，该状态定义为第二状态。

如图9所示，本发明的第一实施例，两个同构型自动连接装置的锁紧和分离动作实施方式，当第一同构型自动连接装置10和第五同构型自动连接装置14需要进行组装时，接通电源，控制两个同构型自动连接装置的微型直流电机6分别驱动各自的输出齿轮7带动驱动齿轮8作正反转运动，并进而带动旋转驱动盘3绕其中心旋转运动，旋转驱动盘3通过圆弧轨道槽进一步带动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽同步移动，使第一同构型自动连接装置10处于第一状态且第五同构型自动连接装置14处于第二状态，通过视觉传感器进行两个同构型自动连接装置的远距离引导接近或通过红外传感器进行两个同构型自动连接装置的近距离引导接近，当第一同构型自动连接装置10和第五同构型自动连接装置14的前十字轨道盘2足够接近时，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向终点位置移动，当第一同构型自动连接装置10的四个连接滑块1和第五同构型自动连接装置14的四个连接滑块1通过连接头1-1相接触后，停止驱动第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6，完成第一同构型自动连接装置10和第五同构型自动连接装置14的锁紧动作，其中确定两个同构型自动连接装置是否接触，可通过微动开关进行判断；在完成上述锁紧动作后，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向起点位置移动，可实现第一同构型自动连接装置10和第五同构型自动连接装置14的分离动作；类似的实施方式，第五同构型自动连接装置14还可与第二同构型自动连接装置11或第三同构型自动连接装置12或第四同构型自动连接装置13进行锁紧和分离动作。

如图9所示，本发明的第二实施例，三个同构型自动连接装置的锁紧和分离动作实施方式，控制第一同构型自动连接装置10和第二同构型自动连接装置11处于第一状态，且处于两个同构型自动连接装置所构成的平面A上时，两个同构型自动连接装置上的四个连接滑块1满足正方形约束，控制第五同构型自动连接装置14处于第二状态时，接通电源，当第五同构型自动连接装置14与第三同构型自动连接装置12和第四同构型自动连接装置13构成的平面的中部足够接近时，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向终点位置移动，当第五同构型自动连接装置14的左上方和左下方连接滑块1和第一同构型自动连接装置10的右上方和右下方连接滑块1通过连接头1-1相接触，同时第五同构型自动连接装置14的右上方和右下方连接滑块1和第二同构型自动连接装置11的左上方和左下方连接滑块1通过连接头1-1相接触后，停止驱动第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6，完成第五同构型自动连接装置14与第一同构型自动连接装置10和第二同构型自动连接装置11的锁紧动作，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向起点位置移动，可实现第五同构型自动连接装置14与第一同构型自动连接装置10和第二同构型自动连接装置11的分离动作，类似地，第五同构型自动连接装置14还可与第二同构型自动连接装置11和第四同构型自动连接装置13或第四同构型自动连接装置13和第三同构型自动连接装置12或第三同构型自动连接装置12与第一同构型自动连接装置10完成三个同构型自动连接装置的锁紧和分离动作。

如图9所示，本发明的第三实施例，五个同构型自动连接装置的锁紧和分离动作实施方式，当第一同构型自动连接装置10、第二同构型自动连接装置11、第三同构型自动连接装置12和第四同构型自动连接装置13处于第一状态，且处于四个同构型自动连接装置所构成的平面B上时，四个同构型自动连接装置上的四个连接滑块1满足正方形约束，当第五同构型自动连接装置14处于第二状态时，接通电源，当第五同构型自动连接装置14与平面B的中部足够接近时，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向终点位置移动，当第五同构型自动连接装置14的左上方、右上方、左下方和右下方连接滑块1分别与第一同构型自动连接装置10的右下方连接滑块1、第二同构型自动连接装置11的左下方连接滑块1、第三同构型自动连接装置12的右上方连接滑块1和第四同构型自动连接装置13的左上方连接滑块1通过连接头1-1相接触后，停止驱动第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6，完成第五同构型自动连接装置14与第一同构型自动连接装置10、第二同构型自动连接装置11、第三同构型自动连接装置12和第四同构型自动连接装置13的锁紧动作，控制第五同构型自动连接装置14的微型直流电机6驱动四个连接滑块1沿前十字轨道盘2和后十字轨道盘4的直线段轨道槽向起点位置移动，可实现第五同构型自动连接装置14与第一同构型自动连接装置10、第二同构型自动连接装置11、第三同构型自动连接装置12和第四同构型自动连接装置13的分离动作，从而实现自重构机器人的多位连接，有效地提高了自重构机器人的整体性能。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）构造同构型自动连接装置：

所述同构型自动连接装置包括四个连接滑块（1）、前十字轨道盘（2）、旋转驱动盘（3）、后十字轨道盘（4）和后盖（5），其特征在于，所述的连接滑块（1）由连接头（1-1）、前轨道滑块（1-2）、圆柱螺栓（1-3）和后轨道滑块（1-4）组成，所述的连接头（1-1）、前轨道滑块（1-2）和后轨道滑块（1-4）通过圆柱螺栓（1-3）依次固定连接，所述的连接头（1-1）为正方形，所述的前十字轨道盘（2）和后十字轨道盘（4）上分别开设有十字型轨道槽，四个连接滑块（1）分别可滑动地连接于所述的十字型轨道槽的四个直线段轨道槽内，其中，所述的连接头（1-1）设置于所述的前十字轨道盘（2）的外侧面，所述的前轨道滑块（1-2）可滑动地连接于前十字轨道盘（2）的十字型轨道槽内，所述的旋转驱动盘（3）上开设有圆弧轨道槽，所述的圆柱螺栓（1-3）穿过所述的圆弧轨道槽，所述的后轨道滑块（1-4）可滑动地连接于后十字轨道盘（4）的十字型轨道槽内，所述的后盖（5）上安装有微型直流电机（6），所述的微型直流电机（6）的输出齿轮（7）与驱动齿轮（8）相啮合，所述的驱动齿轮（8）与旋转驱动盘（3）固定连接，本同构型自动连接装置通过后盖（5）与单元模块相连接，所述的前十字轨道盘（2）与后十字轨道盘（4）、后十字轨道盘（4）与后盖（5）及后盖（5）与单元模块间均通过链接件固定连接，接通电源，所述的微型直流电机（6）通过驱动输出齿轮（7）转动而带动驱动齿轮（8）作正反转运动，并进而带动四个连接滑块（1）在前十字轨道盘（2）和后十字轨道盘（4）的十字型轨道槽中作同步运动；

步骤2）通过同构型自动连接装置进行连接，连接方法包括步骤2.1），以及步骤2.2）、步骤2.3）中的任一步或两步：

步骤2.1）通过两个同构型自动连接装置进行连接，设所述的两个同构型自动连接装置分别为第一、第五同构型自动连接装置；

锁紧：控制第一同构型自动连接装置处于第一状态，第五同构型自动连接装置处于第二状态，引导两个同构型自动连接装置以面对面的方式接近，在二者的前十字轨道盘（2）足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向终点移动，直至与第一同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）通过连接头（1-1）接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

步骤2.2）通过三个同构型自动连接装置进行连接，设其分别为第一、第二和第五同构型自动连接装置，所述的第一、第二同构型自动连接装置位于同一平面且相邻；

锁紧：控制第一、第二同构型自动连接装置处于第一状态，使第一同构型自动连接装置右侧的两个连接滑块（1）和第二同构型自动连接装置左侧的两个连接滑块（1），配合形成正方形约束；控制第五同构型自动连接装置处于第二状态，并引导第五同构型自动连接装置靠近第一、第二同构型自动连接装置的中间位置，当其前十字轨道盘（2）足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向终点移动，直至第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）分别与第一、第二同构型自动连接装置之间形成正方形约束的四个连接滑块（1）通过连接头（1-1）接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

步骤2.3）通过五个同构型自动连接装置进行连接，设其分别第一到第五同构型自动连接装置，其中第一、第二、第三和第四同构型自动连接装置位于同一平面且呈正方形排列；

锁紧：控制第一、第二、第三和第四同构型自动连接装置处于第一状态，使四个同构型自动连接装置靠近中间位置的各一个连接滑块（1）配合形成正方形约束；控制第五同构型自动连接装置处于第二状态，并引导第五同构型自动连接装置靠近所述正方形排列的中间位置，当其前十字轨道盘（2）足够靠近后，控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向终点移动，直至第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）分别与第一到第四同构型自动连接装置之间形成正方形约束的四个连接滑块（1）通过连接头（1-1）接触，完成连接的锁紧；

分离：控制第五同构型自动连接装置的四个连接滑块（1）沿十字型轨道槽向起点移动，完成连接的分离；

上述过程中，所述第一状态是指同构型自动连接装置的连接滑块（1）处于终点的状态，第二状态是指同构型自动连接装置的连接滑块（1）处于起点的状态，十字型轨道槽的终点位于起点的外围。

2.根据权利要求1所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的连接头（1-1）的侧边为45度倒角。

3.根据权利要求1所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的旋转驱动盘（3）中心的前后侧分别设置有旋转限位凸台（9），所述的旋转限位凸台（9）通过前十字轨道盘（2）和后十字轨道盘（4）的中心孔卡装。

4.根据权利要求3所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的旋转限位凸台（9）穿过后十字轨道盘（4）的中心孔与驱动齿轮（8）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的旋转驱动盘（3）和后十字轨道盘（4）间安装有球形滚珠，可形成滚动摩擦，以降低旋转驱动盘（3）与后十字轨道盘（4）的相对盘面间的摩擦力。

6.根据权利要求1所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的链接件为螺钉。

7.根据权利要求1所述的一种实现自重构机器人多位连接的方法，其特征在于：步骤1）构造的同构型自动连接装置中，所述的前十字轨道盘（2）和后十字轨道盘（4）的各直线段轨道槽与旋转驱动盘（3）的各圆弧轨道槽的起点和终点相对应，其中所述的起点为各条轨道槽的最内端，所述的终点为各条轨道槽的最外端。

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