一种面向自重构球形机器人对接的对接机构制造技术

本发明专利技术公开了一种满足高机动自重构智能球形机器人对接的对接机构。采用锥杆式对接机构，球头式锁紧机构，耳机式通信机构，电机驱动式旋转机构。被动对接机构装有电磁铁驱动的锁紧组件，通过周向定位组件实现两对接机构的轴向对接与分离，且完成对接后具备无功耗自保持能力；主动对接机构上安装有实现周向定位组件，且完成对接后具备周向旋转功能；主动对接机构上的球头和被动对接机构上的锥孔在中轴线上布置有通信连接器组件，采用耳机式通信机构，可实现球形机器人在任意正交方位下主动对接机构和被动对接机构面对对接时的通信传输；被动对接机构上的电感式传感器可检测主动对接机构上的球头是否进入被动对接机构的锥孔；被动对接机构对接面上的轻触开关，可检测到主、被动对接机构对接面是否重合，以实现精准对接。本发明专利技术具有微冲击、大容差、高性能特点，接口功能多样，可实现自重构球形机器人结构和功能的多样化；同时实现机械连接与通信连接，满足自重构球形机器人连接后的通信需求。

【技术实现步骤摘要】
一种面向自重构球形机器人对接的对接机构
本专利技术涉及自重构模块化机器人，特别涉及适用于自重构球形机器人的对接机构，具体地说是一种应用于自重构球形机器人对接的对接机构。
技术介绍
自重构模块化机器人由一定数量的具有简单功能和感知能力的模块组成，每个模块具有计算及通信能力，配备多种传感器、驱动器、机械传动装置等。该类机器人无需外界帮助，它可以根据工作环境通过模块之间的自动连接或脱离改变系统的空间拓扑构型，来实现和完成不同的工作任务，具有多功能、自重构和低成本的优点。根据自重构机器人的模块连接拓扑形式，可将其分为链型和网格型两种类型。链型机器人通过模块之间的连接和分离实现一连串单元模块的重构，如HitMSR，CONRO，PolyBot等，而网格型机器人则能在二维或三维空间内构型，如ATRON，M-TRAN，M-Cubes等。自重构模块化机器人通过模块之间的重构能够完成普通固定构型机器人所无法完成的任务，特别适用于一些未知环境和非结构环境等特殊场合，如太空探索、深海检测、灾后救援等。自重构模块化机器人要想实现自重构，模块之间的连接和分离是关键，对接系统的设计尤为重要。本设计面向的自重构球形机器人对接机构设计之前并没有先例。面向自重构球形机器人对接的对接机构设计，需要将现有的球形机器人运动理论融入到对接机构的机械系统，机械系统的设计要比一般的对接机构机械设计复杂很多，需完成重量和驱动力的匹配和零件的安装位置，保证各模块间能够实现有效对接和分离，在保证机械连接可靠的基础上，还要实现有线通信连接，保证各模块球形机器人间的实时通信。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种应用于自重构球形机器人对接的对接机构。对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。主、被动对接机构由电磁铁组件、锁紧机构组件、轴向定位组件、周向定位组件、通信组件、2个轴承及2个外圈壳体组成。所述的电磁铁组件包括电磁铁磁体、电磁铁移动杆和复位弹簧组成。电磁铁固定于被动对接机构后端盖，电磁铁移动杆与锁紧机构组件固连，移动中心杆内部布有通信线。所述的锁紧机构组件由锁紧环、锁紧机构法兰、锁紧球形插销和接纳锥组成。锁紧机构法兰一端与电磁铁移动杆固连，另一端与锁紧环固连。锁紧环由两个内圈构成，内圈1套在接纳锥末端的外圈上，在电磁铁组件的作用下，可以在接纳锥末端外圈的轴线上前后移动，内圈2留有一定的空间，可以储存锁紧球形插销溢出的部分。锁紧球形插销可相对接纳锥径向运动。所述的轴向定位组件由电感式传感器和2个轴向定位检测开关组成。电感式传感器内嵌于被动对接机构的对接面，感应头朝向接纳锥轴心。轴向定位检测开关对称内嵌于被动对接机构的对接面。所述周向定位组件由2个弹簧定位插销、2个周向定位检测开关、电机和球头式锥杆组成。2个弹簧定位插销对称内嵌于被动对接机构的对接面，2个周向定位检测开关对称内嵌于主动对接机构的对接面，电机的定子与外圈壳体固连，转子通过电机法兰与球头式锥杆固连，电机的转子和球头式锥杆在同一轴线上。所述2个轴承的内圈与球头式锥杆外圈配合，2个轴承的外圈与外圈壳体的内圈配合。本专利技术具有以下优点及有益效果：结构紧凑、连接性能稳定可靠；能耗低，体积小，质量轻，具备自锁功能，响应时间短；具备转动功能，可实现两球形单元模块之间的相对转动。附图说明图1是被动对接机构爆炸视图；图2是主动对接机构爆炸视图；图3是主、被动对接机构接近示意图；图4是对接过程中电感式传感器触发阶段示意图；图5是对接过程中轴向定位轻触开关触发阶段示意图；图6是主、被动对接机构整体外观图；图中1.电磁铁磁体2.被动对接机构后端盖3.电磁铁移动杆4.电感式传感器5.周向定位弹簧插销6.被动对接机构外圈壳体7.轴向定位检测开关8.接纳锥9.锁紧球形插销10.通信接口壳体11.锁紧环12.锁紧机构法兰13.周向定位检测开关14.轴承15.电机法兰16.主动对接机构外圈壳体17.主动对接机构后端盖18.电机19.轴承20.球头式锥杆21.通信接口-主动具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。具体实施例一如图1～2所示，电磁铁磁体1固定在被动对接机构后端盖2的底板上，电磁铁移动杆3与锁紧机构法兰12固连，同时处于同一中轴线，锁紧机构法兰与锁紧环11固连，锁紧环的内圈与接纳锥末端的外圈同轴心，且在电磁铁组件的驱动下，锁紧环可以在接纳锥末端的外圈表面上往复运动；电感式传感器4内嵌于接纳锥8，电感式传感器的感应端朝向接纳锥的轴心，可检测到球头式锥杆20是否进入接纳锥，通信接口壳体10固定于接纳锥末端，里面装有通信接口-被动22，如图3所示；2个锁紧球形插销9对称内嵌于接纳锥，插销在锁紧环的作用下可以实现往复运动；2个轴向定位检测开关7对称内嵌于接纳锥，可检测到主、被动对接机构对接面是否贴合；通信接口-主动21内嵌于接纳锥轴心；电机18的定子与主动对接机构后端盖17固连，转子通过电机法兰15与球头式锥杆固连，电机工作时，在轴承14和19的作用下，可以带动球头式锥杆相对被动对接机构外圈壳体16转动。如图3～5所示，自重构球形机器人对接过程分为接近阶段、轴向定位锁紧阶段和周向定位阶段。接近阶段为,载有主、被动对接机构的两自重构球形机器人在保持主、被动对接机构同轴心条件下相向运动；轴向定位锁紧阶段为，球头式锥杆进入接纳锥内部，触发电感式传感器，传感器传递信号，电磁铁上电驱动锁紧组件沿着接纳锥轴心向主动对接机构方向运动，从而，两个锁紧球形插销释放，球头式锥杆得以继续进入接纳锥内部，当主、被动对接机构的对接面完全贴合时，轴向定位弹簧插销被压缩，触发轴向定位检测开关，检测开关传递信号，电磁铁断电，在复位弹簧的作用下，电磁铁移动杆带动锁紧机构复位，压缩锁紧球形插销，从而完成主、被动对接机构在轴向上的机械连接和通信连接；周向定位阶段为，如图3所示，销孔23内部装有周向定位检测开关13，在完成轴向锁紧定位阶段的条件下，电机带动球头式锥杆转动，当转到周向定位弹簧插销的中轴与销孔中轴重合时，弹簧插销进入销孔内部，并触发销孔内部的轻触开关，轻触开关传递信号，电机停止转动，完成主、被动对接机构的周向定位。具体实施例二所述的对接机构具备旋转功能。在主、被动对接机构完成周向定位以后，电机继续转动，在周向定位弹簧插销的作用下，球头式锥杆和被动对接机构一起转动，实现两对接机构的相对转动。具体实施例三所述的对接机构可以自动分离。当自重构球形机器人完成协同作业以后，电磁铁上电，电磁铁移动杆带动锁紧组件向主动对接机构方向移动，锁紧球形插销被释放，相连接的自重构球形机器人背向运动，当电感式传感器检测不到球头式锥杆时，传递信号给电磁铁，电磁铁放电，锁紧组件复位，完成对接机构的分离。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术所述的一种应用于自重构球形机器人对接的对接机构，其特征于：对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。主、被动对接机构由电磁铁组件、锁紧机构组件、轴向定位组件、周向定位组件、通信组件、2个轴承及2个外圈壳体组成。所述的电磁铁组件包括电磁铁磁体、电磁铁移动杆和复位弹簧组成。电磁铁固定于被动对接机构后端盖，电磁铁移动杆与锁紧机构组件固连，移动中心杆内部布有通信线。所述的锁紧机构组件由锁紧环、锁紧机构法兰、锁紧球形插销和接纳锥组成。锁紧机构法兰一端与电磁铁移动杆固连，另一端与锁紧环固连。锁紧环由两个内圈构成，内圈1套在接纳锥末端的外圈上，在电磁铁组件的作用下，可以在接纳锥末端外圈的轴线上前后移动，内圈2留有一定的空间，可以储存锁紧球形插销溢出的部分。锁紧球形插销可相对接纳锥径向运动。/n所述的轴向定位组件由电感式传感器和2个轴向定位检测开关组成。电感式传感器内嵌于接纳锥，感应头朝向接纳锥轴心。轴向定位检测开关对称内嵌于被动对接机构的对接面。所述周向定位组件由2个弹簧定位插销、2个周向定位检测开关、电机和球头式锥杆组成。2个弹簧定位插销对称内嵌于被动对接机构的对接面，2个周向定位检测开关对称内嵌于主动对接机构的对接面，电机的定子与外圈壳体固连，转子通过电机法兰与球头式锥杆固连，电机的转子和球头式锥杆在同一轴线上。所述2个轴承的内圈与球头式锥杆外圈配合，2个轴承的外圈与外圈壳体的内圈配合。/n...

【技术特征摘要】
1.本发明所述的一种应用于自重构球形机器人对接的对接机构，其特征于：对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。主、被动对接机构由电磁铁组件、锁紧机构组件、轴向定位组件、周向定位组件、通信组件、2个轴承及2个外圈壳体组成。所述的电磁铁组件包括电磁铁磁体、电磁铁移动杆和复位弹簧组成。电磁铁固定于被动对接机构后端盖，电磁铁移动杆与锁紧机构组件固连，移动中心杆内部布有通信线。所述的锁紧机构组件由锁紧环、锁紧机构法兰、锁紧球形插销和接纳锥组成。锁紧机构法兰一端与电磁铁移动杆固连，另一端与锁紧环固连。锁紧环由两个内圈构成，内圈1套在接纳锥末端的外圈上，在电磁铁组件的作用下，可以在接纳锥末端外圈的轴线上前后移动，内圈2留有一定的空间，可以储存锁紧球形插销溢出的部分。锁紧球形插销可相对接纳锥径向运动。
所述的轴向定位组件由电感式传感器和2个轴向定位检测开关组成。电感式传感器内嵌于接纳锥，感应头朝向接纳锥轴心。轴向定位检测开关对称内嵌于被动对接机构的对接面。所述周...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙汉旭，霍东帅，宋荆洲，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11