CN110977937B - 一种可重构对接机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构对接机构，包括对接头模块和对接锁定模块，对接锁定模块包括上下对称设置在六边形外壳内的两个对接装置，对接装置包括两个左右对称固定在六边形外壳上的伸缩杆、可滑动穿设在伸缩杆内的二级伸缩杆和与二级伸缩杆固定的弧面长杆，伸缩杆上还套设有弹簧，两个对接装置组成对接对接头模块的对接口，对接头模块对接时，两个弧面长杆分别向上和向下运动，使对接口增大，完成对接。使对接机构容差能力强，降低了对接要求的精度，同时使对接头模块具有一定的柔性，增加了对接机构的越障能力。左凸台上还设置有限位装置，限位装置实现对双层滑块径向和轴向的定位，进而实现对对接头模块的锁定。通过机械结构进行锁定稳定可靠，且能量损耗小。

Description

一种可重构对接机构

技术领域

本发明涉及重构领域，具体为一种可重构对接机构。

背景技术

模块化可重构机器人是当前移动机器人领域的研究热点。可重构使机器人有了自主变形的能力，相对于传统结构的机器人具有显著的功能和经济优势，受到了国内外学者的广泛关注。可重构机器人最重要的特点就是具有可重构功能和自修复功能，具有更加强大的灵活性和极强的环境适应能力，使其在空间探测、救灾搜索、海洋开发、医疗救助等众多非结构性环境具有广阔的应用前景。

对接机构作为可重构机器人的重要组成部分，灵活可靠的对接机构是可重构机器人实现对接\分离的重要保障。目前，国内外可重构机器人采用的对接方式主要有：电磁式、机械式、形状记忆和金与机械结合、电磁与机械结合等。目前，现有的可重构移动机器人多采用自重构形式来提高对与地形的适应能力。例如，瑞士研制出的Swarm-Bot模块、北京航空航天大学研制出的履带机器人JL-2、哈尔滨工业大学设计的基于电磁铁的卡爪、卡盘对接机构。但现有的可重构机器人对接装置还存在一些问题：1.对接精度要求高，使得对接难度提高；2.容差能力差，对接机构不能在一定偏差范围内实现成功对接；3对接机构无柔性连接，由于对接机构为刚性连接降低了在崎岖地形的越障能力。鉴于以上问题设计了一种容差能力大、能够实现柔性连接的对接机构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可重构对接机构，以解决现有技术存在的对接精度高，容差能力差，以及越障能力差等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可重构对接机构，包括对接头模块和对接锁定模块，所述对接锁定模块用于对接并锁定所述对接头模块；

所述对接锁定模块包括六边形外壳、左凸台、右凸台和两个对接装置，两个所述对接装置上下对称固定在所述六边形外壳内，所述对接装置包括弧面长杆、两个伸缩杆和两个二级伸缩杆，两个所述伸缩杆左右对称固定在所述六边形外壳内，所述伸缩杆内可滑动的穿设有所述二级伸缩杆，所述二级伸缩杆远离所述伸缩杆的一端固定在所述弧面长杆上，所述伸缩杆上套设有弹簧，所述弹簧的一端固定在所述弧面长杆上，另一端固定在所述伸缩杆上，所述两个所述对接装置组成对接所述对接模块的对接口；

所述左凸台和右凸台分别对称固定在所述六边形外壳的两侧，所述左凸台和所述右凸台均与所述六边形外壳连通，并一体化设置，所述左凸台内可滑动的设置有双层滑块，所述右凸台内可滑动的设置有滑块，所述弧面长杆靠近所述左凸台的一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述双层滑块铰接，所述弧面长杆靠近所述右凸台的一端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述滑块铰接；

所述左凸台上还设置有限位装置，所述限位装置用于将所述对接头模块锁定在所述对接锁定模块上；

所述左凸台内固定有左导向轴支座，所述左导向轴支座与所述左凸台之间平行的固定有两个导向杆，所述双层滑块可滑动的套设在所述导向杆上，所述导向杆与所述弧面长杆平行设置；

述限位装置包括电磁销和限位杆，所述电磁销固定在所述左凸台的顶端，所述双层滑块上开设有平行于所述导向杆的滑槽，所述限位杆包括限位块、光杆和电磁销轴，所述限位块的两端分别固定有所述光杆和所述电磁销轴，所述电磁销轴设置在所述电磁销上，所述光杆远离所述限位块的一端穿过所述的六边形外壳上相配合的孔，所述滑槽的中心还设置有与所述限位块相适配的限位槽，所述限位杆与所述导向杆垂直设置，当电磁销通电时，所述限位块与所述限位槽相适配时，所述对接锁定模块实现对所述对接头模块的锁定；

所述限位杆远离所述限位块的一端套设有小径弹簧，所述小径弹簧的一端固定在所述左凸台的内壁上，另一端固定在所述限位杆上，当所述小径弹簧处于常态时，所述限位块）与所述限位槽分离；

所述电磁销的内部设置有电磁铁，电磁铁与所述电磁销轴通过弹性件连接，通电状态下，电磁铁吸附所述电磁销轴，使所述电磁销轴回缩，断电时，所述电磁销轴在弹性件的作用下回到原位。

进一步地，所述右凸台内固定有右导向轴支座，所述右导向轴支座与所述右凸台之间平行的固定有两个导向杆，所述滑块可滑动的套设在所述导向杆上，所述导向杆与所述弧面长杆平行设置。

进一步地，所述对接模块包括锥形对接头和阶梯轴，所述阶梯轴的一端与所述锥形对接头大直径的一端固定，所述阶梯轴与所述锥形对接头相连接的一端的外径小于所述锥形对接头的大直径，所述阶梯轴远离所述锥形对接头的一端连接有固定座，所述固定座用于固定自重构机器人。

进一步地，所述阶梯轴远离所述锥形对接头的一端有轴承，所述轴承与所述固定座转动连接，所述阶梯轴上套设有弹簧a，所述弹簧a的两端分别与所述固定座和所述阶梯轴固定。

进一步地，所述伸缩杆通过顶丝与所述六边形外壳固定，所述左导向轴支座和右导向轴支座均通过大圆头自攻丝固定在左右凸台上。

本发明的有益效果是：

1.一种可重构对接机构，包括对接头模块和对接锁定模块，对接锁定模块包括六边形外壳、左凸台、右凸台和两个对接装置，两个对接装置上下对称固定在六边形外壳内，对接装置包括两个左右对称固定在六边形外壳上的伸缩杆、可滑动穿设在伸缩杆内的二级伸缩杆和与二级伸缩杆固定的弧面长杆，伸缩杆上还套设有弹簧，左右凸台内分别可滑动的设置有双层滑块和滑块，弧面长杆的两端分别于双层滑块和滑块铰接，两个对接装置组成对接对接头模块的对接口，对接头模块对接时，两个弧面长杆分别向上和向下运动，使对接口增大，完成对接，在弹簧的作用下，使弧面长杆紧贴在对接头模块上。使对接更加简单，对接容差能力强，降低了对接要求的精度。

2.左凸台上还设置有限位装置，限位装置包括电磁销和限位杆，限位杆穿过双层滑块上的滑槽，限位杆上设置有限位块，限位杆设为光杆的一端还套设有小径弹簧，限位杆设为电磁销轴的一端设置在电磁销上，滑槽上设置有限位槽，当电磁销通电时，限位块与限位槽相适配，实现对双层滑块径向和轴向的定位，进而实现对对接头模块的锁定。通过机械结构进行锁定稳定可靠，且能量损耗小。

3.对接头模块上的固定座用于连接移动机器人，阶梯轴远离锥形对接头的一端固定有轴承，轴承与固定座固定连接，阶梯轴上套设有弹簧a，关节轴承和弹簧a的共同作用使得对接头可以沿着中心轴线方向上下左右偏移一定的距离，使得在对接过程中具有一定的自适应性，降低了对接所需要的精度，同时在对接成功后，由于为柔性连接增强了机器人的越障能力。

附图说明

图1为本发明一种可重构对接机构中对接锁定模块结构示意图；

图2为本发明一种可重构对接机构中对接装置结构示意图；

图3为本发明一种可重构对接机构中双层滑块结构示意图；

图4为本发明一种可重构对接机构中限位杆结构示意图；

图5为本发明一种可重构对接机构中对接头模块结构示意图；

图中，1-对接头模块，2-对接锁定模块，3-六边形外壳，4-对接装置，5-伸缩杆，6-二级伸缩杆，7-弧面长杆，8-双层滑块，9-滑块，10-连杆，11-弹簧，12-左导向轴支座，13-导向杆，14-电磁销，15-限位杆，16-电磁销轴，17-滑槽，18-限位块，19-限位槽，20-小径弹簧，21-右导向轴支座，22-锥形对接头，23-阶梯轴，24-固定座，25-弹簧a，26-顶丝，27-大圆头自攻丝。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图5所示，一种可重构对接机构，包括对接头模块和对接锁定模块，对接锁定模块用于对接并锁定对接头模块；

对接锁定模块2包括六边形外壳3、左凸台、右凸台和两个对接装置4，两个对接装置4上下对称固定在六边形外壳3内，对接装置4包括弧面长杆7、两个伸缩杆5和两个二级伸缩杆6，两个伸缩杆5左右对称固定在六边形外壳3内，伸缩杆5内可滑动的穿设有二级伸缩杆6，二级伸缩杆6远离伸缩杆5的一端固定在弧面长杆7上，伸缩杆5上套设有弹簧11，弹簧11的一端固定在弧面长杆7上，另一端固定在伸缩杆5上，两个对接装置4组成对接对接模块1的对接口；

左凸台和右凸台分别对称分布在六边形外壳3的两侧，左凸台和右凸台均与六边形外壳3连通，并一体化设置，左凸台内可滑动的设置有双层滑块8，右凸台内可滑动的设置有滑块9，弧面长杆7靠近左凸台的一端与连杆10的一端铰接，连杆10的另一端与双层滑块8铰接，弧面长杆7靠近右凸台的一端与连杆10的一端铰接，连杆10的另一端与滑块9铰接；

对接模块1包括锥形对接头22和阶梯轴23，阶梯轴23的一端与锥形对接头22大直径的一端固定，阶梯轴23与锥形对接头22相连接的一端的外径小于锥形对接头22的大直径，阶梯轴23的连接有固定座24，固定座24用于连接自重构机器人。

上述对接装置4的具体实施过程为：将对接头模块1对接到由两个对接装置4组成的对接口内，在对接的过程中，锥形对接头22使上下两个二级伸缩杆6在伸缩杆5内收缩，使上下两个弧面长杆7分别向上和向下运动，此时，双层滑块8和滑块9均向靠近弧面长杆7的一方移动，从而使对接口增大，使对接头模块1顺利的对接到对接口内，当锥形对接头22完全进入到对接口后，对接完成。此时弹簧11被压缩，在弹簧11的作用下，使弧面长杆7紧贴在对接头模块1上，实现对对接头模块的一级锁定。值得注意的是，弧面长杆7与对接头模块1上接触的一面应与阶梯轴23的弧面一致，使对接口完全与对接头模块1贴合，避免弧面长杆7与对接头模块1的接触面积过小，导致在运行时会产生晃动，影响机器人的运转。

阶梯轴23远离锥形对接头22的一端有轴承，轴承与固定座24固定连接，阶梯轴23上套设有弹簧a25，弹簧a25的两端分别与固定座24和阶梯轴23固定。

固定座24用于连接移动机器人，关节轴承和弹簧a25的共同作用使得对接头23可以沿着中心轴线方向上下左右偏移一定的距离，使得在对接过程中具有一定的自适应性，降低了对接所需要的精度，同时在对接成功后，由于为柔性连接增强了机器人的越障能力。同时，弹簧a25起到一定的保护作用，降低了越过障碍时产生的震动，增加了对接机构的使用寿命。

虽然在弹簧11的作用下对对接头模块进行了一级锁定，但只能保证弧面长杆7与对接头模块1相贴合，在外力大于弹簧11的形变力时，锥形对接头22仍能在自重构机器人的前进作用下实现对接头模块1和对接锁定模块2的分离，因此，本申请还设计了如下结构对对接头模块1进行进一步的锁定，具体设计如下：

据上述，左凸台上还设置有限位装置，限位装置用于将对接头模块1锁定在对接锁定模块2上，左凸台内固定有左导向轴支座12，左导向轴支座12与左凸台之间平行的固定有两个导向杆13，双层滑块8可滑动的套设在导向杆13上，导向杆13与弧面长杆7平行设置；

限位装置包括电磁销14和限位杆15，电磁销14固定在左凸台的顶端，双层滑块8上开设有平行于导向杆13的滑槽17，限位杆15包括限位块18、光杆和电磁销轴16，限位块18的两端分别固定有光杆和电磁销轴16，电磁销轴16设置在电磁销14上，光杆远离限位块18的一端穿过的六边形外壳3上相配合的孔，滑槽17的中心还设置有与限位块18相适配的限位槽19，限位杆15与导向杆13垂直设置，当电磁销14通电时，限位块18与限位槽19相适配时，对接锁定模块2实现对对接头模块1的锁定；

限位杆15远离限位块18的一端套设有小径弹簧20，小径弹簧20的一端固定在左凸台的内壁上，另一端固定在限位杆15上，当小径弹簧20处于常态时，限位块18与限位槽19分离。

电磁销14的工作原理为：电磁销14的内部设置有电磁铁，电磁铁与电磁销轴通过弹性件连接，通电状态下，电磁铁吸附电磁销轴16，使电磁销轴16回缩，断电时，电磁销轴16在弹性件的作用下回到原位。

上述限位装置具体工作过程为：当对接完成时，将电磁销14通电，电磁铁吸附电磁销轴16，电磁销轴16上升，电磁销轴在弹性件和小径弹簧20的作用下，限位块18与限位槽19相适配，从而限制了双层滑块8的径向运动，实现了对对接头模块1的进一步锁定，保证了在自重机机器人在运动时，对接头模块1不会从对接锁定模块2中脱落。通过机械结构进行锁定稳定可靠，且能量损耗小。对接时，电磁销14断电，电磁销轴在弹性件和小径弹簧20的作用下，使限位块18脱离限位槽19，双层滑块8在在导向杆13上滑动时，限位杆15在滑槽17内滑动，保证对接头模块1的顺利对接与分离。

据上述，右凸台内固定有右导向轴支座21，右导向轴支座21与右凸台之间平行的固定有两个导向杆13，滑块9可滑动的套设在导向杆13上，导向杆13与弧面长杆7平行设置。在对接时，滑块9在导向杆13上滑动，从而使对接口增大，完成对接。

伸缩杆5通过顶丝26与六边形外壳3固定，左导向轴支座12和右导向轴支座21均通过大圆头自攻丝27固定在左右凸台上，导向杆13与左右导向支座通过顶丝26固定，导向杆与左右凸台通过小圆头自攻丝固定。使对接机构更加稳定，同时便于拆卸。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可重构对接机构，其特征在于，包括对接头模块（1）和对接锁定模块（2），所述对接锁定模块（2）用于对接并锁定所述对接头模块（1）；

所述对接锁定模块（2）包括六边形外壳（3）、左凸台、右凸台和两个对接装置（4），两个所述对接装置（4）上下对称固定在所述六边形外壳（3）内，所述对接装置（4）包括弧面长杆（7）、两个伸缩杆（5）和两个二级伸缩杆（6），两个所述伸缩杆（5）左右对称固定在所述六边形外壳（3）内，所述伸缩杆（5）内可滑动的穿设有所述二级伸缩杆（6），所述二级伸缩杆（6）远离所述伸缩杆（5）的一端固定在所述弧面长杆（7）上，所述伸缩杆（5）上套设有弹簧（11），所述弹簧（11）的一端固定在所述弧面长杆（7）上，另一端固定在所述伸缩杆（5）上，所述两个所述对接装置（4）组成对接所述对接模块（1）的对接口；

所述左凸台和右凸台分别对称固定在所述六边形外壳（3）的两侧，所述左凸台和所述右凸台均与所述六边形外壳（3）连通，并一体化设置，所述左凸台内可滑动的设置有双层滑块（8），所述右凸台内可滑动的设置有滑块（9），所述弧面长杆（7）靠近所述左凸台的一端与连杆（10）的一端铰接，所述连杆（10）的另一端与所述双层滑块（8）铰接，所述弧面长杆（7）靠近所述右凸台的一端与连杆（10）的一端铰接，所述连杆（10）的另一端与所述滑块（9）铰接；

所述左凸台上还设置有限位装置，所述限位装置用于将所述对接头模块（1）锁定在所述对接锁定模块（2）上；

所述左凸台内固定有左导向轴支座（12），所述左导向轴支座（12）与所述左凸台之间平行的固定有两个导向杆（13），所述双层滑块（8）可滑动的套设在所述导向杆（13）上，所述导向杆（13）与所述弧面长杆（7）平行设置；

所述限位装置包括电磁销（14）和限位杆（15），所述电磁销（14）固定在所述左凸台的顶端，所述双层滑块（8）上开设有平行于所述导向杆（13）的滑槽（17），所述限位杆（15）包括限位块（18）、光杆和电磁销轴（16），所述限位块（18）的两端分别固定有所述光杆和所述电磁销轴（16），所述电磁销轴（16）设置在所述电磁销（14）上，所述光杆远离所述限位块（18）的一端穿过所述的六边形外壳（3）上相配合的孔，所述滑槽（17）的中心还设置有与所述限位块（18）相适配的限位槽（19），所述限位杆（15）与所述导向杆（13）垂直设置，当电磁销（14）通电时，所述限位块（18）与所述限位槽（19）相适配时，所述对接锁定模块（2）实现对所述对接头模块（1）的锁定；

所述限位杆（15）远离所述限位块（18）的一端套设有小径弹簧（20），所述小径弹簧（20）的一端固定在所述左凸台的内壁上，另一端固定在所述限位杆（15）上，当所述小径弹簧（20）处于常态时，所述限位块（18）与所述限位槽（19）分离；

所述电磁销（14）的内部设置有电磁铁，电磁铁与所述电磁销轴（16）通过弹性件连接，通电状态下，电磁铁吸附所述电磁销轴（16），使所述电磁销轴（16）回缩，断电时，所述电磁销轴（16）在弹性件的作用下回到原位。

2.根据权利要求1所述的一种可重构对接机构，其特征在于，所述右凸台内固定有右导向轴支座（21），所述右导向轴支座（21）与所述右凸台之间平行的固定有两个导向杆（13），所述滑块（9）可滑动的套设在所述导向杆（13）上，所述导向杆（13）与所述弧面长杆（7）平行设置。

3.根据权利要求1所述的一种可重构对接机构，其特征在于，所述对接模块（1）包括锥形对接头（22）和阶梯轴（23），所述阶梯轴（23）的一端与所述锥形对接头（22）大直径的一端固定，所述阶梯轴（23）与所述锥形对接头（22）相连接的一端的外径小于所述锥形对接头（22）的大直径，所述阶梯轴（23）远离所述锥形对接头（22）的一端连接有固定座（24），所述固定座（24）用于固定自重构机器人。

4.根据权利要求3所述的一种可重构对接机构，其特征在于，所述阶梯轴（23）远离所述锥形对接头（22）的一端有轴承，所述轴承与所述固定座（24）固定连接，所述阶梯轴（23）上套设有弹簧a（25），所述弹簧a（25）的两端分别与所述固定座（24）和所述阶梯轴（23）固定。

5.根据权利要求2所述的一种可重构对接机构，其特征在于，所述伸缩杆（5）通过顶丝（26）与所述六边形外壳（3）固定，所述左导向轴支座（12）和右导向轴支座（21）均通过大圆头自攻丝（27）固定在左右凸台上。

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