CN112709732A - 一种自动对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自动对接装置，该装置的固定组件安装有用于获取所述固定组件的位置及姿态信息的第一传感器；运动平台通过锁紧机构锁定安装有对接组件，且在锁紧机构处于未锁定的状态下，对接组件可沿着锁紧机构的、且与固定端面垂直的安装面上移动，运动平台上还安装有用于获取所述对接件的位置及姿态信息的第二传感器，运动平台、固定组件、第一传感器和第二传感器分别用于与控制系统电连接。可见，应用本发明实施例的装置能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率。

Description

一种自动对接装置

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，特别是涉及一种自动对接装置。

背景技术

目前，随着机械工程智能化技术的发展，在各行各业中，越来越多的人工智能代替人工完成作业，但是，在一些危险以及特殊行业中，仍然需要人工协助才能完成对接工作，如在作战过程中更换弹药箱等危险的工作，需要人工操作更换弹药，出于以人为本，关爱生命的考虑，在危险环境中使用自动对接技术，可以有效提高对接工作的可靠性，最大程度的保护人员安全。

由上可见，在上述环境恶劣和工况危险的情况下，现有技术仍然需要通过人工协助操作才能完成对接，不仅工作量大，还效率低下，同时在长期作业中，还容易对人身安全带来威胁。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种自动对接装置，能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率。

具体技术方案如下：

本发明实施例提供的一种自动对接装置，所述装置包括：固定组件、预设数量自由度的运动平台、锁紧机构、对接组件、第一传感器和第二传感器；

所述固定组件安装有用于获取所述固定组件的位置及姿态信息的第一传感器，其中，所述固定组件用于安装在第一对接机构的固定端面上；

所述运动平台上通过所述锁紧机构锁定安装有所述对接组件，且在所述锁紧机构处于未锁定的状态下，所述对接组件可沿着所述锁紧机构的、且与所述固定端面垂直的安装面上移动，所述运动平台上还安装有用于获取所述对接组件的位置及姿态信息的第二传感器；其中，所述运动平台用于安装在第二对接机构的、且与所述固定端面平行的对接端面上；

所述运动平台、所述固定组件、所述第一传感器和所述第二传感器分别用于与所述控制系统电连接，其中，所述控制系统用于在确定对所述对接组件和所述固定组件进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接组件移动至与所述固定组件处于限位对接状态，在确定所述对接组件在限位对接的作用下处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，并控制所述固定组件运动以与所述对接组件达到固定连接。

本发明的一个实施例中，所述装置还包括控制系统。

本发明的一个实施例中，所述固定组件包括：固定件、减速机构和电机；

所述固定件包括均为中空结构的定位结构和转动结构，所述转动结构以与所述定位结构位于同一中心轴线的方式置于所述定位结构内，且所述转动结构可相对所述定位结构独立运动；

所述定位结构内安装有所述减速机构，且用于安装在所述第一对接机构的固定端面上；

所述减速机构的输入端与所述电机连接，所述减速机构的输出端上安装有所述转动结构；

所述对接组件包括：对接件和对接体；

所述对接件包括均为中空结构的限位结构和对接结构，所述对接结构以与所述限位结构位于同一中心轴线的方式安装于所述限位结构内；其中，所述转动结构和所述对接结构中每一配合连接处设有用于螺旋连接的配合结构；所述限位结构和所述定位结构中每一位置处设有用于限定所述对接组件转动的配合结构；

所述对接件安装在所述对接体上；

所述对接体通过锁紧机构安装在所述运动平台上；

所述控制系统分别与所述运动平台、所述锁紧机构、所述电机、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接件和所述固定件进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件运动至与所述固定件处于同一中心轴线，并使所述定位结构以限定所述对接件转动的方式置于所述限位结构和所述对接结构之间，在确定所述对接件处于预设位置的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机转动，以使所述转动结构以螺旋连接的方式与所述限位结构达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机转动。

本发明的一个实施例中，所述对接件还包括：第一定位杆；

所述第一定位杆以垂直所述对接端面的方式安装在所述限位结构上，且置于所述限位结构和所述对接结构之间；

所述定位结构端面上设有与所述第一定位杆配合的定位槽；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件和所述固定件进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件运动至与所述固定件处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽呈对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，在确定所述对接件处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机转动，以使所述转动结构以螺旋连接的方式与所述限位结构达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机转动。

本发明的一个实施例中，所述对接结构的内侧面设有预设长度的螺旋槽；

在所述转动结构的外侧面上沿着周向方向、且以垂直所述外侧面的方式设有与所述螺旋槽配合的第二定位杆，其中，一个所述第二定位杆与一个所述螺旋槽呈一一对应关系；

安装在所述固定组件上的第一传感器，用于获得所述第二定位杆的位置及姿态信息；

安装在所述运动平台上的第二传感器，用于获得所述螺旋槽的位置及姿态信息；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件和所述固定件进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第一传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件运动至与所述固定件处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽、所述第二定位杆与所述螺旋槽均呈一一对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，确定所述对接件处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机转动，以使所述转动结构以螺旋连接的方式与所述限位结构达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机转动。

本发明的一个实施例中，所述限位结构的内侧面为第一锥面；

所述定位结构的外侧面为与所述第一锥面配合的第二锥面。

本发明的一个实施例中，所述定位槽为V型槽，所述定位杆为与所述V型槽配合的杆件。

本发明的一个实施例中，所述螺旋槽包括直线段槽和与直线段槽平滑过渡连接的螺旋段槽，所述直线段槽以垂直所述对接结构端面的方式设置于所述对接结构的端部处。

本发明的一个实施例中，所述运动平台包括双滑动平台和可伸缩的机械臂机构；

所述双滑动平台上安装有所述机械臂机构，用于安装在所述第二对接机构的对接端面上；其中，所述双滑动平台可带动所述机械臂机构沿着平行于所述对接端面、且相互垂直的两个方向运动；

所述机械臂机构上安装有所述锁紧机构，且所述机械臂可带动所述对接组件旋转预设角度；

所述控制系统分别与所述双滑动平台、所述机械臂机构、所述固定组件、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接组件和所述固定组件进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述双滑动平台带动所述对接组件移动至与所述固定组件处于限位对接，在确定所述对接组件在限位对接的作用下处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，并控制所述固定组件运动以与所述对接组件达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机转动。

本发明的一个实施例中，所述控制系统还用于所述控制系统还用于在确定需要拆卸所述对接组件的情况下，控制所述运动平台移动至所述对接组件处，并利用所述锁紧机构移动至所述对接组件下方预设位置，启动所述电机反向旋转，以使所述固定组件与所述对接组件脱离，并控制锁紧机构锁定所述对接组件，再控制所述运动平台将所述对接组件移动至预设的放置平台上。

有益效果：

本发明实施例提供一种自动对接装置，该装置的固定组件安装有用于获取固定组件的位置及姿态信息的第一传感器；运动平台通过锁紧机构锁定安装有对接组件，且在锁紧机构处于未锁定的状态下，对接组件可沿着锁紧机构的、且与固定端面垂直的安装面上移动，运动平台上还安装有用于获取所述对接组件的位置及姿态信息的第二传感器，运动平台、固定组件、第一传感器和第二传感器分别用于与控制系统电连接。相对于现有技术而言，本发明实施例提供的自动对接装置不再需要人工协助进行对接，而是通过控制系统，根据第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制运动平台带动对接组件移动至与固定组件处于限位对接，以使对接组件处于预设位置状态，解锁锁紧机构，并控制固定组件运动以与对接组件达到固定连接。可见，应用本发明实施例的装置能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的一种自动对接装置在待对接时的结构示意图；

图2本发明实施例提供的一种固定组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种锁紧机构处于解锁的情况下自动对接装置处于对接状态的结构示意图。

1-固定组件，2-对接组件，11-固定件，12-减速机构，13-电机，21-对接件，22-对接体，111-定位结构，112-转动结构，211-限位结构，212-对接结构，2121-螺旋槽，1121-第二定位杆，21211-直线段槽，21212-螺旋段槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种自动对接装置的结构示意图，该装置可以包括：固定组件1、预设数量自由度的运动平台、锁紧机构、对接组件2、第一传感器和第二传感器；

所述固定组件1安装有用于获取所述固定组件1的位置及姿态信息的第一传感器，其中，所述固定组件1用于安装在第一对接机构的固定端面上；

所述运动平台上通过所述锁紧机构锁定安装有所述对接组件2，且在所述锁紧机构处于未锁定的状态下，所述对接组件2可沿着所述锁紧机构的、且与所述固定端面垂直的安装面上移动，所述运动平台上还安装有用于获取所述对接组件2的位置及姿态信息的第二传感器；其中，所述运动平台用于安装在第二对接机构的、且与所述固定端面平行的对接端面上；

所述运动平台、所述固定组件1、所述第一传感器和所述第一传感器分别用于与所述控制系统电连接，其中，所述控制系统用于在确定对所述对接组件2和所述固定组件1进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接组件2移动至与所述固定组件1处于限位对接，在确定所述对接组件2在限位对接的作用下处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，并控制所述固定组件1运动以与所述对接组件2达到固定连接。

其中，上述预设数量自由度可以是4自由度，也可以是6自由度，还可以是7自由度，其中，7自由度分别是平行于对接端面上的2个水平方向的自由度，2个垂直方向的自由度，还有垂直于对接端面的2个高度方向的自由度，还有可以带动对接组件旋转预设角度的自由度。

鉴于上述运动平台通过锁紧机构锁定安装有对接组件2，这样，运动平台可以带动对接组件2相对对接端面沿着上述预设数量自由度移动，

上述锁紧机构与对接组件2的结构相关，可以设计成夹持并能锁定对接组件2的机构，如机械手。

上述第一传感器和第二传感器可以是结构相同的传感器，也可以不同，当采用结构相同的传感器时，第一传感器和第二传感器可以均采用位置、姿态测量传感器。

上述对接组件2上可以安装用于待对接的物品，这些物品可以为建筑器材，炸药包或棉织品等。

上述限位对接是限制位置转动和移动，也就是说，起到使得对接组件2处于预设位置固定状态的作用。

上述自动对接装置可以包括控制系统，也可以不包括控制系统，本实施例对此并不限定。

上述自动对接装置的工作原理为：在对对接组件2和固定组件1进行对接时，锁紧机构将对接组件2固定在控制系统控制的运动平台上，根据所述第一传感器和所述第一传感器获得的位置及姿态信息，控制系统控制运动平台带动对接组件2移动，并与固定组件1限位对接，以使用上述对接组件2处于预设位置固定状态，此时，控制系统控制固定组件1运动，以与固定的对接组件2达到完全对接，最后，控制系统控制锁紧机构完全脱离对接组件2。

由此可见，在本发明实施例提供的技术方案中，该装置的固定组件1安装有用于获取所述固定组件1的位置及姿态信息的第一传感器；运动平台通过锁紧机构锁定安装有对接组件2，且在锁紧机构处于未锁定的状态下，对接组件2可沿着锁紧机构的、且与固定端面垂直的安装面上移动，运动平台上还安装有用于获取所述对接组件2的位置及姿态信息的第二传感器，运动平台、固定组件1、第一传感器和第二传感器分别用于与控制系统电连接。相对于现有技术而言，本发明实施例提供的自动对接装置不再需要人工协助进行对接，而是通过控制系统，根据第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制运动平台带动对接组件2移动至与固定组件1处于限位对接，以使对接组件2处于固定状态，解锁锁紧机构，并控制固定组件1运动以与对接组件达到固定连接。可见，应用本发明实施例的装置能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率。

本发明的一个实施例中，如图2所示，所述固定组件1包括：固定件11、减速机构12和电机13；

所述固定件11包括均为中空结构的定位结构111和转动结构112，所述转动结构112以与所述定位结构111位于同一中心轴线的方式置于所述定位结构111内，且所述转动结构112可相对所述定位结构111独立运动；

所述定位结构111内安装有所述减速机构12，且用于安装在所述第一对接机构的固定端面上；

所述减速机构12的输入端与所述电机13连接，所述减速机构12的输出端上安装有所述转动结构112；

如图1、3所示，所述对接组件2包括：对接件21和对接体22；

所述对接件21包括均为中空结构的限位结构211和对接结构212，所述对接结构212以与所述限位结构211位于同一中心轴线的方式安装于所述限位结构211内；其中，所述转动结构112和所述对接结构212中各一配合连接处设有用于螺旋连接的配合结构；所述限位结构211和所述定位结构111中对应每各一位置处设有用于限定所述对接组件2转动的配合结构；

所述对接件21安装在所述对接体22上；

所述对接体22通过锁紧机构安装在所述运动平台上；

所述控制系统分别与所述运动平台、所述锁紧机构、所述电机13、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接件21和所述固定件11进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件21运动至与所述固定件11处于同一中心轴线，并使所述定位结构111以限定所述对接件21转动的方式置于所述限位结构211和所述对接结构212之间，在确定所述对接件21处于预设位置固定的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机13转动，以使所述转动结构112以螺旋连接的方式与所述限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机13转动。

其中，上述对接体上可以安装物品，这些物品可以是炸药箱，也可以是钢材等。

上述限位结构211或上述对接结构212可以是中空的圆柱结构，也可以是中空的正方体结构，还可以是中空的圆锥体结构，本实施例对此并不限定。

上述限位结构211可以是一端设有底部的结构，也可以是未设有底部的结构。

当上述限位结构211是设有底部的结构时，对接结构212是以与上述限位结构211位于同一中心轴线的方式安装在限位结构211的底部上。

当上述限位结构211是未设有底部的结构时，对接结构212是通过固定架以与上述限位结构211位于同一中心轴线的方式安装在限位结构211内。

上述转动结构112和上述对接结构212中对应的每一配合连接处设有用于螺旋连接的配合结构，可以理解为，上述转动结构112配合连接上述对接结构212的连接处设有用于与对接结构212螺旋连接的结构，而上述对接结构212配合连接上述转动结构112连接处设有用于与转动结构112螺旋连接的结构。

实现上述的螺旋连接的方式有多种，可以为：

第一种实施方式可以为当上述转动机构设有内螺纹时，另一对接机构设有与内螺纹连接的外螺纹。

第二种实施方式可以为当上述转动机构设有外螺纹时，另一种对接机构设有与外螺纹连接的内螺纹。

第三种实施方式可以为当上述转动机构设有螺纹槽时，另一对接机构设有与螺纹槽螺纹连接的连接杆。

第四种实施方式可以为当上述转动机构设有连接杆时，另一对接机构设有与连接杆螺纹连接的螺纹槽。

上述限位结构211和上述定位结构111中对应每一位置处设有用于限定所述对接件21转动的配合结构，可以理解为，上述限位结构211与上述定位结构111配合连接位置处设有限定上述对接件21转动的限制结构，另一上述定位结构111与上述限位结构211配合连接位置处设有与上述限制结构配合限定上述对接件21转动的结构。

实现上述限定所述对接件21的配合结构的方式有多种，可以为：

第一种实施方式可以为当限位结构211上设有定位杆时，上述定位结构111设有与定位杆配合的定位槽。

第二种实施方式可以为限位结构211的内侧面上设有定位槽，则上述定位结构111设有与定位槽配合的凸起。

本实施例的自动对接装置的工作原理为：在对对接件21和固定组件1进行对接时，锁紧机构将对接件21固定在控制系统控制的运动平台上，根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制系统控制运动平台带动对接件21移动，并与固定组件1限位对接，以使用上述对接件21处于预设位置固定状态，此时，控制系统解锁所述锁紧机构，此时对接件21是与固定件11处于对接状态，并及时控制所述电机13转动，减速机构12在电机13的驱动下沿固定端的轴线缓慢旋转，由于限位结构211和定位结构111的对齐作用，限制了对接件21同固定件11的相对圆周转动，在转动结构112以螺旋连接的方式与对接结构212连接的过程中，转动结构112在对接结构212内旋转产生了对对接件21的拉动作用，对接件21在拉力作用下向固定件11靠近，直至对接件21上的限位结构211的内侧面同固定件11的定位结构111的外侧面贴合，且转动结构112与对接结构212以螺旋连接的方式达到锁定作用，见图3，电机13在非驱动状态下提供一定的锁定力矩，以保证对接件21同固定件11间具有一定的预紧力，以免对接件21同固定件11意外松动。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，上述对接件21的对接结构212以与限位结构211位于同一中心轴线的方式安装于限位结构211内；固定组件1的固定件11包括均为中空结构的定位结构111和转动结构112，转动结构112以与定位结构111位于同一中心轴线的方式置于所述定位结构111内，且转动结构112可相对所述定位结构111独立运动；定位结构111内安装有减速机构12，且用于安装在第一对接机构的固定端面上；减速机构12的输入端与电机13连接减速机构12的输出端上安装有转动结构112；控制系统分别与运动平台、锁紧机构、电机13、第一传感器和第二传感器电连接。相对于现有技术而言，本发明实施例提供的自动对接装置不再需要人工协助进行对接，而是通过控制系统，根据第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制运动平台带动对接件21运动至与固定件11处于同一中心轴线，并使定位结构111以限定对接件21转动的方式置于限位结构211和对接结构212之间，在确定对接件21处于预设位置固定的情况下，解锁锁紧机构，控制电机13转动，以使转动结构112以螺旋连接的方式与限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止电机13转动。可见，本实施例中对接件21和固定件11在控制系统的作用下，能够自动地、可靠地完成螺旋连接。因此，应用本发明实施例的装置能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率。

基于上述分析，当限位结构211上设有定位杆时，上述定位结构111设有与定位杆配合的定位槽。具体为：本发明的一个实施例中，所述对接件21还可以包括：第一定位杆；

所述第一定位杆以垂直所述对接端面的方式安装在所述限位结构211上，且置于所述限位结构211和所述对接结构212之间；

所述定位结构111端面上设有与所述第一定位杆配合的定位槽；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件21和所述固定件11进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件21运动至与所述固定件11处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽呈对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件21运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，在确定所述对接件21处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机13转动，以使所述转动结构112以螺旋连接的方式与所述限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机13转动。

其中，上述第一定位杆的数量可以是多个，第一定位杆的数量与定位槽的数量呈一一对应关系。

上述第一定位杆以垂直对接端面的方式安装在限位结构211上，一种实施方式可以是通过支架安装在限位结构211上，另一实施方式是限位结构211是有一端部有底端面的中空结构，则上述第一定位杆以垂直底端面的方式安装在上述底端面上。

上述定位槽可以设置成V型槽，也可以设置成U型槽。

为了便于第一定位杆插入定位槽中，上述定位槽可以设置成V型槽。

本实施例的自动对接装置的工作原理为：在对对接件21和固定组件11进行对接时，锁紧机构将对接件21固定在控制系统控制的运动平台上，根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制系统控制运动平台带动对接件21移动，并使第一定位杆与定位槽呈一一对齐状态，在对齐后，继续控制运动平台带动对接件21运动，以使第一定位杆置于所述定位槽内，在确定所述对接件21处于预设位置状态的情况下，此时，控制系统解锁所述锁紧机构，并控制所述电机13转动，减速机构12在电机13的驱动下沿固定端的轴线缓慢旋转，由于限位结构211和定位结构111的对齐作用，限制了对接件21同固定件11的相对圆周转动，在转动结构112以螺旋连接的方式与对接结构212连接的过程中，转动结构112在对接结构212内旋转产生了对对接件21的拉动作用，对接件21在拉力作用下向固定件11靠近，直至对接件21上的限位结构211的内侧面同固定件11的定位结构111的外侧面贴合，且转动结构112与对接结构212以螺旋连接的方式达到锁定作用，电机13在非驱动状态下提供一定的锁定力矩，以保证对接件21同固定件11间具有一定的预紧力，以免对接件21同固定件11意外松动。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，上述对接件21的第一定位杆以 垂直所述对接端面的方式安装在所述限位结构211上，且置于限位结构211和对 接结构212之间，定位结构111端面上设有与第一定位杆配合的定位槽。本发明 实施例提供的自动对接装置通过控制系统，根据第一传感器和第二传感器获得 的位置及姿态信息，控制运动平台带动对接件21运动至与固定件11处于同一中 心轴线，且第一定位杆与定位槽呈对齐状态，并继续控制运动平台带动对接件 21运动以使第一定位杆置于定位槽内，在确定对接件21处于预设位置状态的情 况下，解锁锁紧机构，如图3所示，控制电机13转动，以使转动结构112以螺旋 连接的方式与限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机 13转动。可见，本实施例中对接件21和固定件11在控制系统的作用下，第一定 位杆与定位槽的限位对接能够保证对接件21处于姿态固定状态，以便于对接结 构212与转动结构112的螺旋连接，本实施例提供的装置不仅结构简单、噪音小， 而且还安全可靠，因此，应用本发明实施例提供的装置能够在保证人身安全的 基础上，进一步提高工作效率和可靠性。

基于上述分析，当上述转动机构设有连接杆时，另一对接机构设有与连接杆螺纹连接的螺纹槽，具体为：本发明的一个实施例中，对接结构212的内侧面设有预设长度的螺旋槽2121；

在所述转动结构112的外侧面上沿着周向方向、且以垂直所述外侧面的方式设有与所述螺旋槽2121配合的第二定位杆1121，其中，一个所述第二定位杆1121与一个所述螺旋槽2121呈一一对应关系；

安装在所述固定组件1上的第一传感器，用于获得所述第二定位杆1121的位置及姿态信息；

安装在所述运动平台上的第二传感器，用于获得所述螺旋槽2121的位置及姿态信息；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件21和所述固定件11进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件21运动至与所述固定件11处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽、所述第二定位杆1121与所述螺旋槽2121均呈一一对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件21运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，确定所述对接件21处于预设位置状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机13转动，以使所述转动结构112以螺旋连接的方式与所述限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机13转动。

其中，上述预设长度与对接结构212和转动结构112之间的配合长度相关，当上述配合长度为能够保证对接件21与固定件11达到完全固定连接的长度。

本实施例的自动对接装置的工作原理为：在对对接件21和固定组件1进行对接时，锁紧机构将对接件21固定在控制系统控制的运动平台上，根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制系统控制运动平台带动对接件21移动，并使第一定位杆与定位槽、第二定位杆1121与螺旋槽2121呈一一对齐状态，在对齐后，继续控制运动平台带动对接件21运动，以使第一定位杆置于所述定位槽内，在确定述对接件21处于预设位置状态的情况下，此时，控制系统解锁所述锁紧机构，并控制所述电机13转动，减速机构12在电机13的驱动下沿固定端的轴线缓慢旋转，如图3所示，由于第一定位杆和定位槽的对齐且限位作用，限制了对接件21同固定件11的相对圆周转动，第二定位杆1121在螺旋槽2121内旋转产生了对对接件21的拉动作用，对接件21在拉力作用下向固定件11靠近，直至对接件21的限位结构211的内侧面同固定件11的定位结构111的外侧面贴合，第二定位杆1121在螺旋槽2121内形成类似螺纹连接的锁紧作用，电机13在非驱动状态下提供预定的锁紧力矩，以保证对接件21同固定件11间具有预定的预紧力，以免对接件21同固定件11意外松动。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，上述对接结构212的内侧面设有预设长度的螺旋槽2121；在转动结构112的外侧面上沿着周向方向、且以垂直所述外侧面的方式设有与所述螺旋槽2121配合的第二定位杆1121。本发明实施例提供的自动对接装置通过控制系统，根据第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制运动平台带动对接件21运动至与固定件11处于同一中心轴线，且第一定位杆与定位槽、第二定位杆1121与螺旋槽2121均呈对齐状态，并继续控制运动平台带动对接件21运动以使第一定位杆置于定位槽内，在确定对接件21处于预设位置状态的情况下，解锁锁紧机构，控制电机13转动，以使转动结构112以螺旋连接的方式与限位结构211达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机13转动。可见，本实施例中对接件21和固定件11在控制系统的作用下，螺旋槽2121与第二定位杆1121的螺旋连接方式能够形成类似螺纹连接的锁紧作用，从而保证对接件21同固定件11间具有预定的预紧力，以免对接件21同固定件11意外松动。因此，应用本发明实施例提供的装置不仅能够在保证人身安全的基础上，提高工作效率，还能够提高对接件21和固定件11连接的可靠性。

本发明的一个实施例中，上述限位结构211的内侧面可以为第一锥面，上述定位结构111的外侧面为与上述第一锥面配合的第二锥面。

其中，锥面配合具有装卸方便，即使多次装卸，仍能保证精确的定心作用。另外，锥面配合的同轴度较高，并能做到无间隙配合。

第一锥面和第二锥面的设计可以便于定位机构顺利插入至限位结构211内并达到贴合的目的。

限位结构211和定位机构在控制系统的作用下的连接具体为：控制系统在解锁所述锁紧机构，控制所述电机13转动后，减速机构12在电机13的驱动下沿固定端的轴线缓慢旋转，由于第一定位杆和定位槽的对齐且限位作用，限制了对接件21同固定件11的相对圆周转动，第二定位杆1121在螺旋槽2121内旋转产生了对对接件21的拉动作用，对接件21在拉力作用下向固定件11靠近，直至对接件21的限位结构211的第一锥面同固定件11的第二锥面贴合。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，限位结构211的内侧面可以为第一锥面，定位结构111的外侧面为与上述第一锥面配合的第二锥面。第一锥面和第二锥面的设置不仅能够便于对接件21和固定件11的定位和装卸，还能够便于定位结构111和限位结构211的准确装配。

本发明的一个实施例中，所述螺旋槽2121包括直线段槽21211和与直线段槽21211平滑过渡连接的螺旋段槽21212，所述直线段槽21211以垂直所述对接结构212端面的方式设置于所述对接结构212的端部处。

其中，上述直线段槽21211可以是一个，也可以是多个，为了使对接件21和固定件11连接的更加稳定性，直线段槽21211可以设置多个，同时直线段槽21211的数量与第二定位杆1121的数量是相同的，且具有一一对应关系。

直线段槽21211与螺旋槽2121也是一一对应关系，一条直线段槽21211和一条螺旋槽2121通过平滑过渡连接构成一条螺旋槽2121。

可见，在发明实施例提供的技术方案中，螺旋槽2121是由直线段槽21211和螺旋段槽21212构成的槽，直线段槽21211的设置不仅便于第二定位杆1121的对齐作用，还能有利于第一定位杆快速置于定位槽内，当第二定位杆1121置于直线段槽21211时，也能够起到限定对接件21相对固定件11转动的作用。同时，直线段槽21211和螺旋段槽21212的平滑过渡连接能够使得第二定位杆1121无障碍地、且易于滑入至螺旋槽2121段内。

本发明的一个实施例中，上述运动平台可以包括双滑动平台和可伸缩的机械臂机构；

所述双滑动平台上安装有所述机械臂机构，用于安装在所述第二对接机构的对接端面上；其中，所述双滑动平台可带动所述机械臂机构沿着平行于所述对接端面、且相互垂直的两个方向运动；

所述机械臂机构上安装有所述锁紧机构，且所述机械臂可带动所述对接组件2旋转预设角度；

所述控制系统分别与所述双滑动平台、所述机械臂机构、所述固定组件1、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接组件2和所述固定组件1进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述双滑动平台带动所述对接组件2移动至与所述固定组件1处于限位对接，在确定所述对接组件2在限位对接的作用下处于预设位置状态的情况下，控制所述固定组件1运动以与所述对接组件达到固定连接。

其中，上述锁紧机构是安装在机械臂上，上述机械臂机构安装在双滑动平台上，上述双滑动平台是安装在第二对接机构的对接端上。

双滑动平台可带动所述机械臂机构沿着平行于所述对接端面、且相互垂直的两个方向运动，可以理解为，双滑动平台能够在对接端面上的两个垂直的两个方向运动，该两个方向可以是水平方向和垂直方向。也就是说，双滑动平台可以带动机械臂在平行于对接端面的平面上运动。

由于机械臂是可伸缩的机械臂，因此，上述机械臂可以带动锁紧机构上的对接组件2沿着机械臂的长度方向运动。

另外，由于双滑动平台可以带动机械臂在平行于对接端面的平面上运动，因此，上述机械臂上的对接组件2也就能够在平行于对接端面的平面上运动。

这样，机械臂就可以实现6个自由度，分别是平行于对接端面上的水平方向和垂直方向的4个自由度，还有沿着机械臂长度方向的4个自由度。进而，机械臂能够带动对接组件2实现空间上的自由运动，另外，机械臂自身可带动对接组件实现旋转预设角度，上述预设角度可以选取小于或等于20度，以使在控制系统的控制下，机械臂能够带动对接组件，精确与固定组件的中心轴线，以及定位槽、螺旋槽对齐。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，运动平台的双滑动平台上安装有所述机械臂机构，用于安装在所述第二对接机构的对接端面上；机械臂机构上安装有所述锁紧机构；控制系统分别与所述双滑动平台、所述机械臂机构、所述对接组件2、所述固定组件1、所述第一传感器和所述第二传感器电连接。可见，本实施例提供的机械臂能够在控制系统的作用下，能够灵活和准确地带动对接组件2与固定组件1达到固定连接。

当需要对对接组件2进行更换时，本发明的一个实施例中，所述控制系统还用于在确定需要拆卸所述对接组件2的情况下，控制所述运动平台移动至所述对接组件2处，并利用所述锁紧机构夹持所述对接组件2，启动所述电机13反向旋转，以使所述固定组件1与所述对接组件2脱离，并控制锁紧机构锁定所述对接组件2，再控制所述运动平台将所述对接组件2移动至预设的放置平台上。

其中，上述锁紧机构具有夹持和锁定作用。

更换对接组件2的过程，也就是卸载对接组件2从固定件1中脱离，其卸载过程恰好与上述实施例记载的对接锁紧过程相反。

上述预设的放置平台可以是事先设定的用于放置已经使用过的对接组件2或未使用过的对接组件2的仓库。

上述卸载的具体过程为：控制所述运动平台移动至所述对接组件2处，并利用所述锁紧机构从下方以一定的接触力接触所述对接组件2，其中，锁紧机构与对接组件2之间的接触力，其中，上述接触力大小或等于对接组件2自身的重力，启动所述电机13反向旋转，以使所述固定组件1与所述对接组件2脱离，所述锁紧机构夹持并锁定对接组件2，并控制所述运动平台将所述对接组件2移动至预设的放置平台上。

针对上述设有第一定位杆、定位槽、第二定位杆和螺旋槽2121的实施例，上述拆卸过程具体为：控制所述运动平台移动至所述对接组件2处，并利用所述锁紧机构从下方以一定的接触力接触所述对接组件2，启动所述电机13反向旋转，减速机构12在电机13的驱动下沿固定件11的轴线缓慢旋转，转动结构112旋转时带动第二定位杆在螺旋槽2121内反向旋转，由于第一定位杆和V型槽的对齐作用，限制了对接件21同固定件11的相对圆周转动，第二定位杆在螺旋槽2121内旋转产生了对对接件21的推动动作用，对接件21在推力作用下脱离固定件11，直至对接件21上的螺旋槽2121同固定件11的第二定位杆1121脱离，控制系统控制电机13停止，控制系统控制运动平台上的锁紧机构卡紧对接件21，控制运动平台移走对接件21，完成自动拆卸工作。

可见，在本发明实施例提供的技术方案中，控制系统确定需要拆卸所述对接组件2的情况下，控制运动平台移动至对接组件2处，并利用锁紧机构夹持对接组件2，启动电机13反向旋转，以使固定组件1与对接组件2脱离，控制锁紧机构锁定对接组件2，并控制运动平台将对接组件2移动至预设的放置平台上，能够在控制系统的控制下自动地、方便地和准确地完成对对接组件2的拆卸，进而为下一次对接组件2的对接提供准备，从而完全自动化地完成对对接组件2的对接和拆卸，不仅节省了人工成本，还进一步提供了工作效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动对接装置，其特征在于，所述装置包括：固定组件（1）、预设数量自由度的运动平台、锁紧机构、对接组件（2）、第一传感器和第二传感器；

所述固定组件（1）安装有用于获取所述固定组件（1）的位置及姿态信息的第一传感器，其中，所述固定组件（1）用于安装在第一对接机构的固定端面上；

所述运动平台上通过所述锁紧机构锁定安装有所述对接组件（2），且在所述锁紧机构处于未锁定的状态下，所述对接组件（2）可沿着所述锁紧机构的、且与所述固定端面垂直的安装面上移动，所述运动平台上还安装有用于获取所述对接组件（2）的位置及姿态信息的第二传感器；其中，所述运动平台用于安装在第二对接机构的、且与所述固定端面平行的对接端面上；

所述运动平台、所述固定组件（1）、所述第一传感器和所述第一传感器分别用于与所述控制系统电连接，其中，所述控制系统用于在确定对所述对接组件（2）和所述固定组件（1）进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接组件（2）移动至与所述固定组件（1）处于限位对接，在确定所述对接组件（2）在限位对接的作用下处于固定状态的情况下，解锁所述锁紧机构，并控制所述固定组件（1）运动以与所述对接组件（2）达到固定连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制系统。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述固定组件（1）包括：固定件（11）、减速机构（12）和电机（13）；

所述固定件（11）包括均为中空结构的定位结构（111）和转动结构（112），所述转动结构（112）以与所述定位结构（111）位于同一中心轴线的方式置于所述定位结构（111）内，且所述转动结构（112）可相对所述定位结构（111）独立运动；

所述定位结构（111）内安装有所述减速机构（12），且用于安装在所述第一对接机构的固定端面上；

所述减速机构（12）的输入端与所述电机（13）连接，所述减速机构（12）的输出端上安装有所述转动结构（112）；

所述对接组件（2）包括：对接件（21）和对接体（22）；

所述对接件（21）包括均为中空结构的限位结构（211）和对接结构（212），所述对接结构（212）以与所述限位结构（211）位于同一中心轴线的方式安装于所述限位结构（211）内；其中，所述转动结构（112）和所述对接结构（212）中各一配合连接处设有用于螺旋连接的配合结构；所述限位结构（211）和所述定位结构（111）中各一位置处设有用于限定所述对接组件（2）转动的配合结构；

所述对接件（21）安装在所述对接体（22）上；

所述对接体（22）通过锁紧机构安装在所述运动平台上；

所述控制系统分别与所述运动平台、所述锁紧机构、所述电机（13）、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接件（21）和所述固定件（11）进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件（21）运动至与所述固定件（11）处于同一中心轴线，并使所述定位结构（111）以限定所述对接件（21）转动的方式置于所述限位结构（211）和所述对接结构（212）之间，在确定所述对接件（21）处于固定的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机（13）转动，以使所述转动结构（112）以螺旋连接的方式与所述限位结构（211）达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机（13）转动。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对接件（21）还包括：第一定位杆；

所述第一定位杆以垂直所述对接端面的方式安装在所述限位结构（211）上，且置于所述限位结构（211）和所述对接结构（212）之间；

所述定位结构（111）端面上设有与所述第一定位杆配合的定位槽；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件（21）和所述固定件（11）进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件（21）运动至与所述固定件（11）处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽呈对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件（21）运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，在确定所述对接件（21）处于固定状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机（13）转动，以使所述转动结构（112）以螺旋连接的方式与所述限位结构（211）达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机（13）转动。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述对接结构（212）的内侧面设有预设长度的螺旋槽（2121）；

在所述转动结构（112）的外侧面上沿着周向方向、且以垂直所述外侧面的方式设有与所述螺旋槽（2121）配合的第二定位杆（1121），其中，一个所述第二定位杆（1121）与一个所述螺旋槽（2121）呈一一对应关系；

安装在所述固定组件（1）上的第一传感器，用于获得所述第二定位杆（1121）的位置及姿态信息；

安装在所述运动平台上的第二传感器，用于获得所述螺旋槽（2121）的位置及姿态信息；

所述控制系统，用于在确定对所述对接件（21）和所述固定件（11）进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述运动平台带动所述对接件（21）运动至与所述固定件（11）处于同一中心轴线，且所述第一定位杆与所述定位槽、所述第二定位杆（1121）与所述螺旋槽（2121）均呈一一对齐状态，并继续控制所述运动平台带动所述对接件（21）运动以使所述第一定位杆置于所述定位槽内，确定所述对接件（21）处于固定状态的情况下，解锁所述锁紧机构，控制所述电机（13）转动，以使所述转动结构（112）以螺旋连接的方式与所述限位结构（211）达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机（13）转动。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的装置，其特征在于，所述限位结构（211）的内侧面为第一锥面；

所述定位结构（111）的外侧面为与所述第一锥面配合的第二锥面。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位槽为V型槽，所述定位杆为与所述V型槽配合的杆件。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋槽（2121）包括直线段槽（21211）和与直线段槽（21211）平滑过渡连接的螺旋段槽（21212），所述直线段槽（21211）以垂直所述对接结构（212）端面的方式设置于所述对接结构（212）的端部处。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述运动平台包括双滑动平台和可伸缩的机械臂机构；

所述双滑动平台上安装有所述机械臂机构，用于安装在所述第二对接机构的对接端面上；其中，所述双滑动平台可带动所述机械臂机构沿着平行于所述对接端面、且相互垂直的两个方向运动；

所述机械臂机构上安装有所述锁紧机构，且所述机械臂可带动所述对接组件（2）旋转预设角度；

所述控制系统分别与所述双滑动平台、所述机械臂机构、所述固定组件（1）、所述第一传感器和所述第二传感器电连接，用于在确定对所述对接组件（2）和所述固定组件（1）进行对接的情况下，控制所述锁紧机构处于锁定状态，并根据所述第一传感器和所述第二传感器获得的位置及姿态信息，控制所述双滑动平台带动所述对接组件（2）移动至与所述固定组件（1）处于限位对接，在确定所述对接组件（2）在限位对接的作用下处于固定状态的情况下，解锁所述锁紧机构，并控制所述固定组件（1）运动以与所述对接组件（2）达到固定连接，在达到固定连接后，停止所述电机（13）转动。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制系统还用于在确定需要拆卸所述对接组件（2）的情况下，控制所述运动平台移动至所述对接组件（2）处，并利用所述锁紧机构夹持所述对接组件（2），启动所述电机（13）反向旋转，以使所述固定组件（1）与所述对接组件（2）脱离，并控制锁紧机构锁定所述对接组件（2），再控制所述运动平台将所述对接组件（2）移动至预设的放置平台上。

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