CN113681590B - 一种模块化机器人对接装置及对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化机器人对接装置及对接方法，属于自重构模块化机器人技术领域。装置包括公对接端，其一端面中部凸起形成有卡接头，同一端面边部形成有限位凸起；母对接端，其与公对接端配合，母对接端中部贯穿形成空腔结构，一端面边部对应限位凸起位置处形成有限位凹槽；对接转盘，其转动连接于母对接端的空腔结构中，对接转盘内形成有卡接腔，公对接端的卡接头伸入卡接腔后，对接转盘转动完成卡接；传动机构，其与对接转盘传动连接，驱动对接转盘转动。本发明的装置结构紧凑、体积小，有效减少了对接装置的空间占用，提高了模块化机器人在狭小空间的适用范围，对接后的限位稳定可靠，且对定位精度要求低，对接过程中容错度高。

Description

一种模块化机器人对接装置及对接方法

技术领域

本发明属于自重构模块化机器人技术领域，更具体地说，涉及一种模块化机器人对接装置及对接方法。

背景技术

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，渐渐无法满足智能化需求。

模块化机器人的优势在于各模块间能够灵活的设计，实现不同形态的拓扑结构，以适应不同的环境条件，完成不同的工作任务，而在可重构模块化机器人可以实现模块间简单的手动拆卸连接的基础上，自重构模块化机器人可以自主实现模块间的重新构型。

目前，蛇形机器人模块间的连接方式以手动机械连接为主，受其体积、结构等因素的限制，一般的自重构模块化机器人的对接机构难以简单移植到蛇形机器人模块端部，实现连接功能。因此，专门针对蛇形机器人设计一种自重构对接机构是蛇形机器人研究发展的必然需求，且针对蛇形机器人设计的对接机构可以适当地调整即可应用于一般的模块化机器人，具有更广泛的适用性。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种模块化机器人对接装置，该装置包括：

公对接端，其一端面中部凸起形成有卡接头，同一端面边部形成有限位凸起；

母对接端，其与公对接端配合，母对接端中部贯穿形成空腔结构，一端面边部对应限位凸起位置处形成有限位凹槽；

对接转盘，其转动连接于母对接端的空腔结构中，所述对接转盘内形成有卡接腔，所述公对接端的卡接头伸入卡接腔后，对接转盘转动完成卡接；

传动机构，其与对接转盘传动连接，驱动对接转盘转动。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，还包括定位机构，其包括：

摄像头，其设于卡接腔内，镜头朝向卡接头伸入处；

姿态识别码，其设于卡接头端面，所述摄像头采集姿态识别码的位置角度信息；

IMU，其与摄像头信号连接，所述IMU根据摄像头采集的信息，计算处理出公对接端相对母对接端的位置角度信息。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所处传动机构包括：

驱动件，其提供驱动力；

减速箱，其输入端与驱动件的输出端传动连接；

锥齿轮一，其与减速箱的输出端传动连接；

锥齿轮二，其与锥齿轮一垂直且啮合，锥齿轮二与对接转盘一端面固定连接。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所述卡接头包括连接柱和十字形锁头，所述连接柱凸起形成于公对接端一端面中心处，所述十字形锁头固定连接于连接柱端面；

所述对接转盘另一端面中心处开设有十字形让位孔，所述十字形让位孔连通卡接腔，且所述十字形让位孔与十字形锁头形状相匹配。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所述姿态识别码设于十字形锁头朝向母对接端的端面中部，所述摄像头设于对接转盘中心位置处。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所述连接柱沿其轴线方向贯穿形成有通孔，通孔内设有LED灯。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所述定位机构还包括：

磁编码器，其与锥齿轮一传动连接，所述磁编码器驱动件信号连接，所述磁编码器监测锥齿轮一的转动量并对驱动件的输出量进行控制。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，所述母对接端朝向公对接端的端面中部，沿远离公对接端的轴线方向，形成有直径渐缩的导向孔，导向孔连通母对接端的空腔结构；

所述限位凸起的棱角处倒圆角，所述限位凹槽的棱角处倒圆角。

根据本发明实施例的模块化机器人对接装置，可选地，还包括通信机构，其包括：

弹簧顶针公头，其设于公对接端的限位凸起处，所述弹簧顶针公头与公对接端处的机器人模块的通信线路接通；

弹簧顶针母头，其设于母对接端的限位凹槽处，所述弹簧顶针母头与母对接端处的机器人模块的通信线路接通。

根据本发明的另一方面，提供了一种模块化机器人对接方法，包括如下步骤：

一、位置初调，调整公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块的相对位置，使公对接端上的姿态识别码进入母对接端上的摄像头的视野范围内；

二、靠近，控制公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块相接近，十字形锁头在导向孔引导下移动至对接转盘的十字形让位孔外部；

三、对接转盘调整，摄像头采集姿态识别码角度信息，并与标准角度信息进行比对，若采集的姿态识别码角度与标准角度不重合，则控制驱动件启动，使锥齿轮二带动对接转盘转动至姿态识别码角度与标准角度重合，对接转盘的转动量由磁编码器监测控制，姿态识别码角度与标准角度重合后进入下一步骤；所述标准角度信息是指十字形锁头能穿过十字形让位孔伸入卡接腔时姿态识别码的角度信息；

四、对接，控制公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块继续靠近，使得十字形锁头伸入至十字形让位孔孔壁处，继续进行机器人模块靠近动作，此时，若限位凸起正对限位凹槽，则十字形锁头穿过十字形让位孔伸入卡接腔，若限位凸起不正对限位凹槽，两机器人模块继续靠近运动的趋势会受到干涉，此时传动机构启动，驱动对接转盘转动，十字形让位孔的孔壁带动十字形锁头进而带动公对接端转动，至限位凸起正对限位凹槽后，继续进行机器人模块靠近动作，至十字形锁头穿过十字形让位孔伸入卡接腔；

机器人模块靠近至限位凸起与限位凹槽配合抵接，弹簧顶针公头与对应位置处的弹簧顶针母头接触导通；

五、固定，启动传动机构，驱动件驱动锥齿轮二带动对接转盘转动一定角度，使得十字形锁头被限位于卡接腔内无法脱出，完成对接动作。

有益效果

相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：

（1）本发明的模块化机器人对接装置，通过限位凸起与限位凹槽的配合，能在周向上限位公对接端与母对接端相对转动的趋势，而通过卡接头与对接转盘的配合，能在轴向上限位公对接端脱离母对接端的运动趋势，由此在两个模块机器人对接后形成稳定可靠的限位，且结构简洁紧凑，有效减少了对接装置的空间占用，提高了模块化机器人在狭小空间的适用范围；

（2）本发明的模块化机器人对接装置，通过摄像头与姿态识别码配合采集对接过程中公对接端相对于母对接端的位置姿态信息，然后由IMU计算处理出公对接端相对母对接端位置姿态信息及移动调节量，通过驱动机器人模块移动的执行机构即可对对接过程的对中进行有效定位，优化了对中定位效果，提高了对接效率；

（3）本发明的模块化机器人对接装置，LED灯的设置能在光线不足的环境下确保摄像头能有效捕捉识别姿态识别码的姿态位置，从而确保能够有效定位对中；

（4）本发明的模块化机器人对接装置，对于对中过程中，出现两对接端轴线重合，但锁头与让位孔未对准重合的情况时，磁编码器与传动机构的配合能有效控制对接转盘转动适宜的角度进而使锁头能顺利伸入卡接腔完成对接；

（5）本发明的模块化机器人对接装置，通过在限位凸起与限位凹槽对应棱角处倒圆角，在母对接端端面处开设导向孔，能在对接过程中对于位值误差进行导向，降低了对接位置的精度要求，提高了容错度，确保了对接效率；

（6）本发明的模块化机器人对接装置，在限位凸起与限位凹槽处相应设置了通信机构，在对接后即可实现两机器人模块通讯信号的连接，且多信号接头的设置使得两对接端在多种姿态的对接中均能有效实现通讯；

（7）本发明的模块化机器人对接方法，两机器人模块对接时，对接端无需轴线完全重合，在轴线接近后即可在导向孔引导下，在两机器人模块靠近过程中使轴线自然重合，降低了对接过程中对定位精度的需求，降低了技术实现难度，对设备元件的要求更低，进一步地，对接过程中，对接转盘与对接头的配合，不仅限于最终固定两对接端防脱出，在限位凸起与限位凹槽未对正时，也可通过对接转盘的转动带动公对接端转动完成对正，增加了轴向容错度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了本发明的模块化机器人对接装置结构示意图；

图2示出了本发明的模块化机器人对接装置另一视角结构示意图；

图3示出了本发明的模块化机器人对接装置又一视角结构示意图；

图4示出了本发明的模块化机器人对接装置半剖示意图；

图5示出了本发明的公对接端结构示意图；

图6示出了本发明的母对接端结构示意图；

图7示出了本发明的对接转盘处结构示意图；

图8示出了本发明的对接方法流程图；

附图标记：

1、公对接端；

10、卡接头；100、连接柱；101、十字形锁头；11、限位凸起；

2、母对接端；

20、限位凹槽；21、导向孔；

3、对接转盘；

30、卡接腔；31、十字形让位孔；32、第一轴承；33、第二轴承；

4、传动机构；

40、驱动件；41、减速箱；42、锥齿轮一；43、锥齿轮二；

5、定位机构；

50、摄像头；51、姿态识别码；52、IMU；53、磁编码器；54、LED灯；

6、通信机构；

60、弹簧顶针公头；61、弹簧顶针母头；

7、壳体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

实施例1

本实施例的模块化机器人对接装置，该装置包括：

公对接端1，其一端面中部凸起形成有卡接头10，同一端面边部形成有限位凸起11；

母对接端2，其与公对接端1配合，母对接端2中部贯穿形成空腔结构，一端面边部对应限位凸起11位置处形成有限位凹槽20；

对接转盘3，其转动连接于母对接端2的空腔结构中，所述对接转盘3内形成有卡接腔30，所述公对接端1的卡接头10伸入卡接腔30后，对接转盘3转动完成卡接；

传动机构4，其与对接转盘3传动连接，驱动对接转盘3转动。

如图1、图2和图3所示，本实施例的公对接端1和母对接端2分别连接于两个机器人模块上，机器人模块通过公对接端1和母对接端2的对接完成模块间的连接，本实施例中，公对接端1和母对接端2均呈圆柱状，公对接端1的一个端面与对应的机器人模块连接，另一个端面在对接过程中朝向另一机器人模块上的母对接端2，同理，母对接端2的一个端面与对应的机器人模块连接，另一个端面在对接过程中朝向公对接端1。

本实施例中，如图5所示，公对接端1朝向母对接端2的端面中部沿公对接端1轴线方向凸起形成有卡接头10，在同一端面的边缘处轴向凸起形成有若干限位凸起11，限位凸起11形状不限，在本实施例中，每处限位凸起11均呈八分之一的环状凸起；如图6所示，在母对接端2朝向公对接端1的端面的边缘处沿轴向凹陷形成有限位凹槽20，限位凹槽20的个数、布置位置及形状均与限位凸起11相匹配，从而使得限位凸起11能与限位凹槽20配合卡接，在母对接端2中部贯穿形成有空腔结构，空腔结构贯穿母对接端2朝向公对接端1的端面，在空腔结构中，转动连接有对接转盘3，即对接转盘3能在空腔结构中绕母对接端2轴线方向转动；对接转盘3如图7所示，其内部也形成有空腔，即为卡接腔30，卡接腔30贯穿对接转盘3朝向公对接端1的端面，在公对接端1与母对接端2对接后，卡接头10会伸入对接转盘3的卡接腔30内，进一步地，卡接头10远离公对接端1的端部侧壁沿公对接端1径向方向形成凸起结构构成锁头，并在对接转盘3朝向公对接端1的端面对应位置开设形状与锁头形状相匹配的让位孔连通卡接腔30，由此，当锁头沿轴线方向在对接转盘3端面上的投影与让位孔重合时，卡接头10即能伸入卡接腔30，而当卡接头10伸入卡接腔30后，转动对接转盘3一定角度，至锁头沿轴线方向在对接转盘3端面上的投影与让位孔不重合时，此时卡接头10无法从卡接腔30中脱出，由此即在轴线方向完成了公对接端1与母对接端2的限位，而驱动对接转盘3转动的动作由传动机构4完成，本实施例中还设置有壳体7与母对接端2固定连接，传动机构4置于壳体7处，传动机构4的输出端与对接转盘3传动连接。

本实施例的模块化机器人对接装置，通过限位凸起11与限位凹槽20的配合，能在周向上限位公对接端1与母对接端2相对转动的趋势，而通过卡接头10与对接转盘3的配合，能在轴向上限位公对接端1脱离母对接端2的运动趋势，由此在两个模块机器人对接后形成稳定可靠的限位，且结构简洁紧凑。

实施例2

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例1的基础上做进一步改进，还包括定位机构5，其包括：

摄像头50，其设于卡接腔30内，镜头朝向卡接头10伸入处；

姿态识别码51，其设于卡接头10端面，所述摄像头50采集姿态识别码51的位置角度信息；

IMU52，其与摄像头50信号连接，所述IMU52根据摄像头50采集的信息，计算处理出公对接端1相对母对接端2的位置角度信息。

如图2、图3和图4所示，本实施例的模块化机器人对接装置，设有定位机构5，用于在两个模块机器人对接过程中对公对接端1和母对接端2的相对位置进行校准对中。

本实施例中，摄像头50位于卡接腔30内，与对接转盘3内壁固定连接，镜头朝向对接转盘3的让位孔处，能拍摄采集到母对接端2对面的图像信息，姿态识别码51设置于卡接头10远离公对接端1一端的端面，更具体的说，在卡接头10端面形成有沉孔，用于嵌设姿态识别码51模块，在对接时，姿态识别码51朝向摄像头50镜头方向，在摄像头50视野范围内，姿态识别码51即可被镜头捕捉采集到，姿态识别码51通常为与颜色表现与公对接端1端面颜色不同的图片或图纸，容易被摄像头50识别，且姿态识别码51绕其中心旋转角度小于一周时，不会与自身图形重合，由此能通过姿态识别码51的角度来识别公对接端1所对应的角度姿态；IMU52即为惯性测量单元，其能测量物体在载体坐标系统中的坐标位置及位移，本实施例中，通过摄像头50采集姿态识别码51的角度及位置，然后将图像信息传输至数据处理终端，数据处理终端将图像信息转换为坐标信息，然后传输至IMU52，IMU52即根据信息进行计算，由此得出公对接端1相对母对接端2的位置、角度信息，根据计算结果，即可由调整模块机器人移动的执行机构对两需要对接的机器人模块的相对位置进行调整，由此来完成两机器人模块的对中定位。

本实施例的模块化机器人对接装置，通过摄像头50与姿态识别码51配合采集对接过程中公对接端1相对于母对接端2的位置姿态信息，然后由IMU52计算处理出公对接端1相对母对接端2位置姿态信息及移动调节量，通过驱动机器人模块移动的执行机构即可对对接过程的对中进行有效定位，优化了对中定位效果，提高了对接效率。

实施例3

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例2的基础上做进一步改进，所处传动机构4包括：

驱动件40，其提供驱动力；

减速箱41，其输入端与驱动件40的输出端传动连接；

锥齿轮一42，其与减速箱41的输出端传动连接；

锥齿轮二43，其与锥齿轮一42垂直且啮合，锥齿轮二43与对接转盘3一端面固定连接。

图2和图4所示，本实施例的传动机构4中，驱动件40包括蓄能电源与电机，均固定在壳体7上，蓄能电源对电机供电，电机的输出轴与减速箱41输入端传动连接，电机输出的转速经减速箱41减速后传动至锥齿轮一42，锥齿轮一42在传动至锥齿轮二43由此驱动对接转盘3转动。

本实施例的传动机构4结构紧凑，空间利用率高，有效减少了对接装置的空间占用，提高了模块化机器人在狭小空间的适用范围。

进一步地，如图7所示，本实施例中，对接转盘3外侧壁中部形成一环形凸台，于对接转盘3外侧壁处并排布置有第一轴承32与第二轴承33，两轴承通过环形凸台分离固定，其中第一轴承32外圈与母对接端2空腔结构内壁固定，第二轴承33的外圈与壳体7固定，通过第二轴承33限位对接转盘3的轴向运动趋势，通过第一轴承32限位对接转盘3的周向运动范围，在对接转盘3远离公对接端1的端面中部开设通孔供摄像头50的固定伸出，同时同一端面上也开设有供锥齿轮二43固定限位的安装孔，摄像头50则固定连接于锥齿轮二43的中部。

实施例4

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例3的基础上做进一步改进，所述卡接头10包括连接柱100和十字形锁头101，所述连接柱100凸起形成于公对接端1一端面中心处，所述十字形锁头101固定连接于连接柱100端面；

所述对接转盘3另一端面中心处开设有十字形让位孔31，所述十字形让位孔31连通卡接腔30，且所述十字形让位孔31与十字形锁头101形状相匹配。

本实施例详细示出了卡接头10上锁头及对接转盘3上让位孔的一种结构形式，具体如图5和图7所示，连接柱100沿公对接端1轴向凸起形成与公对接端1朝向母对接端2的端面中心，连接柱100远离公对接端1的端部侧壁沿着公对接端1径向方向凸起形成有四根板状结构，形成十字形，即为十字形锁头101；对应的，在对接转盘3朝向公对接端1的端面中部开设有形状与十字形锁头101形状匹配的十字形让位孔31，对接时，十字形锁头101穿过十字形让位孔31伸入至卡接腔30中，在对接转盘3转动一定角度后，转动角度非九十度的整数倍时，即可形成限位，十字形锁头101无法从十字形让位孔31中脱出。

实施例5

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例4的基础上做进一步改进，所述姿态识别码51设于十字形锁头101朝向母对接端2的端面中部，所述摄像头50设于对接转盘3中心位置处。

如图4所示，本实施例中，十字形锁头101朝向母对接端2的端面中部形成有沉孔，姿态识别码51置于沉孔中，摄像头50设于对接转盘3轴线所处位置处，更具体地说，是与锥齿轮二43的端面固定连接，镜头朝向十字形让位孔31，两者均设于对应对接端的轴线处，能降低姿态识别难度及计算量，进一步方便对接操作进行。

实施例6

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例5的基础上做进一步改进，所述连接柱100沿其轴线方向贯穿形成有通孔，通孔内设有LED灯54。

如图4所示，连接柱100处的通孔与嵌设姿态识别码51的沉孔连通，当在昏暗的环境中进行对接或公对接端1与母对接端2距离过近光线不足时，可以开启LED灯54在姿态识别码51背面进行照明，从而便于摄像头50能有效识别。

实施例7

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例6的基础上做进一步改进，所述定位机构5还包括：

磁编码器53，其与锥齿轮一42传动连接，所述磁编码器53驱动件40信号连接，所述磁编码器53监测锥齿轮一42的转动量并对驱动件40的输出量进行控制。

在公对接端1与母对接端2对接时，会出现两对接端轴线重合，但十字形锁头101与十字形让位孔31未对准重合的情况，此时对接转盘3需要转动适宜角度以使十字形锁头101能顺利伸入十字形让位孔31中，对接转盘3的转动量又驱动件40控制，磁编码器53与锥齿轮一42传动连接即可监测锥齿轮一42的转动量，从而计算出对接转盘3的转动量，在驱动件40驱动锥齿轮组合，使对接转盘3转动量达到合适位置时，磁编码器53即可监测到，进而向驱动件40发送信号，控制驱动件40及时停止输出，此时十字形锁头101能顺利伸入十字形让位孔31中。

实施例8

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例7的基础上做进一步改进，所述母对接端2朝向公对接端1的端面中部，沿远离公对接端1的轴线方向，形成有直径渐缩的导向孔21，导向孔21连通母对接端2的空腔结构；

所述限位凸起11的棱角处倒圆角，所述限位凹槽20的棱角处倒圆角。

如图5和图6所示，以环形结构状的限位凸起11和限位凹槽20为例，本实施例在限位凸起11凸起面径向方向的棱边处倒圆角，相应的，在限位凹槽20槽顶径向方向的棱边处倒圆角，在对接过程中，圆角能形成导向作用，从而允许在对接精度有一定误差的情况下，也能完成限位凸起11与限位凹槽20的配合对接动作。

进一步地，如图3和图4所示，在对接转盘3形成有十字形让位孔31的端面至母对接端2朝向公对接端1的端面间的母对接端2处开设孔径渐缩呈锥形的导向孔21，通过此导向孔21允许在轴向对中存在一定误差的情况下，通过导向孔21侧壁对十字形锁头101的导向，也能顺利使十字形锁头101在伸入卡接腔30前达到轴向对中。

通过本实施例的结构设计，降低了对接位置的精度要求，提高了容错度，确保了对接效率。

进一步地，本实施例中限位凸起11和限位凹槽20均有四个，沿着对应端面的周向均匀布置，能确保对接后限位结构能多方位提供稳定限位，尽可能大地避免由于机器人模块结构差异、载荷及应力的差异而造成局部损坏失效。

实施例9

本实施例的模块化机器人对接装置，在实施例8的基础上做进一步改进，还包括通信机构6，其包括：

弹簧顶针公头60，其设于公对接端1的限位凸起11处，所述弹簧顶针公头60与公对接端1处的机器人模块的通信线路接通；

弹簧顶针母头61，其设于母对接端2的限位凹槽20处，所述弹簧顶针母头61与母对接端2处的机器人模块的通信线路接通。

相互对接的机器人模块间的电气通讯通过本实施例的通信机构6实现，本实施例中，公对接端1的限位凸起11与母对接端2的限位凹槽20在机器人模块对接后是相互配合抵接的，因此，设置于限位凸起11的弹簧顶针公头60与设置于限位凹槽20的弹簧顶针母头61在对接后会相互接触接通，由此形成对应通信线路的连接通信。

应当理解的，本申请所述的弹簧顶针公头60与弹簧顶针母头61的名称仅为区分两处相互配合的不同接头，并非一定限制公头即设置在公对接端1或母头即设置在母对接端2。

进一步地，本实施例中公对接端1的限位凸起11有四处，相应的弹簧顶针公头60也设有四个，一一对应设置在各限位凸起11上，其中，任意两处相邻的弹簧顶针公头60通过线路并联并接通公对接端1所连接的机器人模块上的输出线路，另两处相邻的弹簧顶针公头60通过线路并联并接通公对接端1所连接的机器人模块上的输入线路，而在母对接端2的任两处限位凹槽20处各设置一个弹簧顶针母头61，分别接通母对接端2连接的机器人模块的输入和输出线路，由此在两个机器人模块对接时，允许对接端在平行、正交两种对接姿态中实现通讯信号的连接。

实施例10

本实施例的模块化机器人对接方法，如图8所示，包括如下步骤：

一、位置初调，调整公对接端1所连接的机器人模块与母对接端2所连接的机器人模块的相对位置，使公对接端1上的姿态识别码51进入母对接端2上的摄像头50的视野范围内；

二、靠近，控制公对接端1所连接的机器人模块与母对接端2所连接的机器人模块相接近，十字形锁头101在导向孔21引导下移动至对接转盘3的十字形让位孔31外部；

三、对接转盘调整，摄像头50采集姿态识别码51角度信息，并与标准角度信息进行比对，若采集的姿态识别码51角度与标准角度不重合，则控制驱动件40启动，使锥齿轮二43带动对接转盘3转动至姿态识别码51角度与标准角度重合，对接转盘3的转动量由磁编码器53监测控制，姿态识别码51角度与标准角度重合后进入下一步骤；所述标准角度信息是指十字形锁头101能穿过十字形让位孔31伸入卡接腔30时姿态识别码51的角度信息；

四、对接，控制公对接端1所连接的机器人模块与母对接端2所连接的机器人模块继续靠近，使得十字形锁头101伸入至十字形让位孔31孔壁处，继续进行机器人模块靠近动作，此时，若限位凸起11正对限位凹槽20，则十字形锁头101穿过十字形让位孔31伸入卡接腔30，若限位凸起11不正对限位凹槽20，两机器人模块继续靠近运动的趋势会受到干涉，此时传动机构4启动，驱动对接转盘3转动，十字形让位孔31的孔壁带动十字形锁头101进而带动公对接端1转动，至限位凸起11正对限位凹槽20后，继续进行机器人模块靠近动作，至十字形锁头101穿过十字形让位孔31伸入卡接腔30；

机器人模块靠近至限位凸起11与限位凹槽20配合抵接，弹簧顶针公头60与对应位置处的弹簧顶针母头61接触导通；

五、固定，启动传动机构4，驱动件40驱动锥齿轮二43带动对接转盘3转动一定角度，使得十字形锁头101被限位于卡接腔30内无法脱出，完成对接动作。

本实施例中，用于执行将两机器人模块调整相对位置、靠近动作的执行机构为现有结构，也是模块化机器人在对接动作时常用的结构，步骤一中，姿态识别码51进入摄像头50镜头范围后，摄像头50采集姿态识别码51的位置姿态信息图片并传输至数据处理端，数据处理端将图像信号转化为坐标信息，然后传输至IMU52，IMU52根据摄像头50采集到的位置信息计算出公对接端1与母对接端2的相对位置坐标信息，并根据计算结果，指示执行机构对公对接端1所连接的机器人模块与母对接端2所连接的机器人模块的位置进行调整使卡接头10轴线与对接转盘3轴线接近或重合；

在对接过程中由于光线过暗或两对接端过于接近导致视野亮度减小，摄像头50无法观察到姿态识别码51时，开启LED灯54，从姿态识别码51背部添加光源从而确保摄像头50能有效识别到姿态识别码51。

本实施例的模块化机器人对接方法，两机器人模块对接时，对接端无需轴线完全重合，在轴线接近后即可在导向孔21引导下，在两机器人模块靠近过程中使轴线自然重合，降低了对接过程中对定位精度的需求，降低了技术实现难度，对设备元件的要求更低，进一步地，对接过程中，对接转盘3与卡接头10的配合，不仅限于最终固定两对接端防脱出，在限位凸起11与限位凹槽20未对正时，也可通过对接转盘3的转动带动公对接端1转动完成对正，增加了轴向容错度。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种模块化机器人对接方法，其特征在于，基于一种模块化机器人对接装置，所述模块化机器人对接装置包括：公对接端，其一端面中部凸起形成有卡接头，同一端面边部形成有限位凸起；所述卡接头包括连接柱和十字形锁头，所述连接柱凸起形成于公对接端一端面中心处，所述十字形锁头固定连接于连接柱端面；

母对接端，其与公对接端配合，母对接端中部贯穿形成空腔结构，一端面边部对应限位凸起位置处形成有限位凹槽，所述母对接端朝向公对接端的端面中部，沿远离公对接端的轴线方向，形成有直径渐缩的导向孔，导向孔连通母对接端的空腔结构；所述限位凸起的棱角处倒圆角，所述限位凹槽的棱角处倒圆角；

对接转盘，其转动连接于母对接端的空腔结构中，所述对接转盘内形成有卡接腔，所述公对接端的卡接头伸入卡接腔后，对接转盘转动完成卡接，所述对接转盘另一端面中心处开设有十字形让位孔，所述十字形让位孔连通卡接腔，且所述十字形让位孔与十字形锁头形状相匹配；

传动机构，其与对接转盘传动连接，驱动对接转盘转动，传动机构包括：

驱动件，其提供驱动力；

减速箱，其输入端与驱动件的输出端传动连接；

锥齿轮一，其与减速箱的输出端传动连接；

锥齿轮二，其与锥齿轮一垂直且啮合，锥齿轮二与对接转盘一端面固定连接；

定位机构，其包括：

摄像头，其设于卡接腔内，镜头朝向卡接头伸入处；

姿态识别码，其设于卡接头端面，所述摄像头采集姿态识别码的位置角度信息；

IMU，其与摄像头信号连接，所述IMU根据摄像头采集的信息，计算处理出公对接端相对母对接端的位置角度信息；

磁编码器，其与锥齿轮一传动连接，所述磁编码器驱动件信号连接，所述磁编码器监测锥齿轮一的转动量并对驱动件的输出量进行控制；

通信机构，其包括：

弹簧顶针公头，其设于公对接端的限位凸起处，所述弹簧顶针公头与公对接端处的机器人模块的通信线路接通；

弹簧顶针母头，其设于母对接端的限位凹槽处，所述弹簧顶针母头与母对接端处的机器人模块的通信线路接通；

包括如下步骤：

一、位置初调，调整公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块的相对位置，使公对接端上的姿态识别码进入母对接端上的摄像头的视野范围内；

二、靠近，控制公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块相接近，十字形锁头在导向孔引导下移动至对接转盘的十字形让位孔外部；

三、对接转盘调整，摄像头采集姿态识别码角度信息，并与标准角度信息进行比对，若采集的姿态识别码角度与标准角度不重合，则控制驱动件启动，使锥齿轮二带动对接转盘转动至姿态识别码角度与标准角度重合，对接转盘的转动量由磁编码器监测控制，姿态识别码角度与标准角度重合后进入下一步骤；所述标准角度信息是指十字形锁头能穿过十字形让位孔伸入卡接腔时姿态识别码的角度信息；

四、对接，控制公对接端所连接的机器人模块与母对接端所连接的机器人模块继续靠近，使得十字形锁头伸入至十字形让位孔孔壁处，继续进行机器人模块靠近动作，此时，若限位凸起正对限位凹槽，则十字形锁头穿过十字形让位孔伸入卡接腔，若限位凸起不正对限位凹槽，两机器人模块继续靠近运动的趋势会受到干涉，此时传动机构启动，驱动对接转盘转动，十字形让位孔的孔壁带动十字形锁头进而带动公对接端转动，至限位凸起正对限位凹槽后，继续进行机器人模块靠近动作，至十字形锁头穿过十字形让位孔伸入卡接腔；

机器人模块靠近至限位凸起与限位凹槽配合抵接，弹簧顶针公头与对应位置处的弹簧顶针母头接触导通；

五、固定，启动传动机构，驱动件驱动锥齿轮二带动对接转盘转动一定角度，使得十字形锁头被限位于卡接腔内无法脱出，完成对接动作。

2.根据权利要求1所述的一种模块化机器人对接方法，其特征在于，所述姿态识别码设于十字形锁头朝向母对接端的端面中部，所述摄像头设于对接转盘中心位置处。

3.根据权利要求2所述的一种模块化机器人对接方法，其特征在于，所述连接柱沿其轴线方向贯穿形成有通孔，通孔内设有LED灯。

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