专利名称：用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是ー种机械领域中用干与机械手配合的附属装置，具体是ー种用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构。
背景技术：
近年来，机器人应用从制造领域向非制造领域发展。海洋开发、宇宙探測、采掘、建筑、医疗、农林业、服务娱乐等行业都提出了机器人化的要求，其主要特点是机器人工作环境的非结构化和不确定性。模块化自重构机器人能够通过改变个体及整体的形状和尺寸来满足操作的要求，非常适合在这些非结构化的工作环境中完成固定形状机器人很难完成的任务。机器人的形状和尺寸改变是通过众多模块的连接和分离来实现的，这要求単元模块的对接机构必须保证模块间的连接可靠、分离容易，同时要求体积小、节能、动作简单。因此对接机构是自重构机器人设计中重要的问题之ー。 目前，自重构机器人的对接机构主要有机械式、电磁式、机械与形状记忆合金(SMA)结合、机械与电磁结合等方式。机械式耗能少、精度高、可靠性好，但机械的加工精度、磨损失效等影响对接效果。电磁式可降低机构设计的复杂性，但体积大、发热量大及负载能力小。机械与SMA结构方式易于控制、縮小体积，但SMA动作耗时耗能，不适合连接分离动作迅速的情况。机械与电磁结合使用机械连接，电磁控制，则可连接可靠、动作快速，还缩小体积、降低能耗。如图I所示，现有技术中机器人对接模块中，一个模块的六个面都布置了对接机构，整体可以看作ー个正六面体，由于每个面都是正方形，则需保证对接机构绕自身中轴旋转90、180、270、360。后的四个位置都可对接。对接机构的机械部分较多采用销_孔的结构设计，此类接ロ设计原理简明，对接实现较便捷，但由于销和孔分开，要么只有ー对销-孔而只能在ー个位置对接，对接前先通过电机旋转对接面至可对接位置，要么在对接面上均匀布置4对销孔可以在四个位置对接，但增加了零部件数和对接时需动作的部件数。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101670586A，
公开日2010_3_7，记载了ー种“用于自重构模块机器人的基于销-由契合的对接机构”，该技术包括固定套通讯模块、活动套对接机构以及框架结构，其中固定套通讯模块置于对接机构的端面外圆，活动套对接机构转动嵌套于固定套通讯模块内，框架机构一端设置于固定套底部，另ー端与机器人手臂相连。但该现有技术对接面上只有一对分开布置的销轴和环形槽，使得对接面只在ー个位置可以连接，所以连接时必须调整对接面到此位置，増加了对接的动作；使用电机提供对接机构连接和断开的驱动力，不仅耗能，而且增加了对接机构的重量和控制系统的复杂度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，本发明结构简洁，没有复杂曲线和曲面的零部件；运动简单，只有活动销一个组件做直线运动；控制方便，只需控制两个电磁铁的通电就可启动对接机构连接与断开动作，对接快速度可靠，能够实现机器人模块之间的快速方便准确对接。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括框架组件、活动销组件和定位组件，其中定位组件设置于框架组件的端面，活动销组件嵌套于框架组件内，框架组件的一端面与所需对接的框架组件的端面相接触，另一端面与所述自重构机器人的模块本体相连。所述的框架组件包括套筒、定位环、断开电磁铁和底板，其中定位环固定在套筒内壁，底板与套筒连接，断开电磁铁设置于底板中央井置于套筒内。所述的活动销组件包括连接套、卡紧销、弾性结构和伸缩结构，其中连接套设置在框架组件的套筒的孔内，卡紧销设置在连接套内，弾性结构设置在连接套底面与卡紧销之间，伸縮结构设置在卡紧销与框架组件的定位环之间。所述的定位组件包括设置于框架组件端面圆周上的传感器。 所述的传感器包括接收器和发射器，其中接收器以90°为间隔均匀布置于框架组件端面圆周上，发射器设置于任意两个接收器之间并与其中一个接收器在圆周上间隔30。。所述的连接套包括两个连接卡球、两条卡球保持条、限位块和连接定位凸缘，其中两个连接卡球分别嵌在两条卡球保持条的孔中，两条卡球保持条分别位于框架组件的套筒内圆周直径线的两端，卡球保持条的底部为连接定位凸缘，连接定位凸缘与限位块连接。所述的套筒一端有凸出限位结构，凸出限位结构端面的内壁上开有连接环槽。所述的连接定位凸缘与凸出限位结构的间隙为连接卡球的中心到框架组件的套筒端面距离的2倍。所述的卡球保持条的厚度小于连接卡球的直径，卡球保持条的孔直径大于连接卡球的直径，每条卡球保持条的宽度小于等于连接套的圆周长的1/12。所述的连接环槽的槽的直径等于连接卡球的直径，连接环槽的环的最大直径为销头的柱面直径加两倍连接卡球的直径。所述的卡紧销包括销头、连接启动电磁铁、若干固定卡球、卡球保持筒、活动块和卡紧定位凸缘，其中连接启动电磁铁设置于销头的底部中央井置于卡球保持筒内，若干固定卡球以均匀间隔嵌在卡球保持筒的筒壁中，带有锥面的活动块置于卡球保持筒内，销头的底板与卡球保持筒连接，活动块的柱面与卡球保持筒的内壁形成摩擦面。所述的活动块与卡球保持筒均设有气孔。所述的定位环上开有固定环槽。所述的固定环槽的槽的直径等于固定卡球的直径，固定环槽的环的最大直径为活动块的柱面直径加两倍固定卡球的直径。所述的弹性结构设置在连接套底面与卡紧销的销头的底部上表面之间，伸缩结构设置在卡紧销的销头的底部与框架组件的定位环之间。所述的弹性结构和伸缩结构均为弹簧，伸缩结构的伸展力大于弹性结构的伸展力。本发明结构简洁，没有复杂曲线和曲面的零部件。运动简单，只有活动销一个组件做直线运动。控制方便，只需控制两个电磁铁的通电就可启动对接机构连接与断开动作。连接套与传感器交错的位置分布使得对接机构可以本身中轴线为轴旋转，以90°为间隔的四个位置进行对接。对接快速度可靠。此外本发明采用了组合式设计结构，一些螺栓联接的运用，使得所有零部件都可以实现便捷地维护。
图I为现有技术中机器人对接模块的示意图。图2为本发明对接机构的结构示意图。图3为本发明对接机构的俯视图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例如图2和图3所示，本实施例包括框架组件I、活动销组件2和定位组件3，其中定位组件3设置于框架组件I的端面，活动销组件2嵌套于框架组件I内，框架组件I的一端面与所需对接的框架组件I的端面相接触，另一端面与所述自重构机器人的模块本体相连。所述的框架组件I包括套筒4、定位环5、断开电磁铁6和底板7，其中定位环5固定在套筒4内壁，底板7与套筒4联接，断开电磁铁6设置于底板中央井置于套筒4内。所述的定位环5以销定位、用螺栓固定在套筒4内壁。所述的活动销组件2包括连接套8、卡紧销9、弾性结构10和伸缩结构11，其中连接套8设置在框架组件I的套筒4的孔内，卡紧销9设置在连接套8内，弾性结构10设置在连接套8底面与卡紧销9之间，伸缩结构11设置在卡紧销9与框架组件I的定位环5之间。所述的定位组件3包括设置于框架组件I端面圆周上的传感器12。所述的传感器12包括接收器13和发射器14，其中接收器13以90°间隔均匀布置于框架组件I端面圆周上，发射器14设置于任意两个接收器13之间并与其中ー个接收器在圆周上间隔30°。所述的90°、30°是为对接面在90°、180°、270°、0°四个位置对接而特定设
置，间隔越小，对接面可以对接的位置越多。所述的套筒4一端有凸出限位结构15，凸出限位结构15端面的内壁上开有连接环槽16。所述的连接套8包括两个连接卡球17、两条卡球保持条18、限位块19和连接定位凸缘20，其中两个连接卡球17分别嵌在两条卡球保持条18的孔中，两条卡球保持条18分别位于框架组件I的套筒4内圆周直径线的两端，卡球保持条18的底部为连接定位凸缘20，连接定位凸缘20与限位块19连接。连接定位凸缘20与凸出限位结构15的间隙为连接卡球17的中心到对接机构端面距离的2倍，这样在模块对接时，此隙为O时刚好已方的连接卡球17可以伸到对方框架机构I的连接环槽16处。所述的卡球保持条18的顶端倒有圆角，使其在伸入对方模块的孔中时具有一定的容错能力，卡球保持条18的厚度小于连接卡球17的直径，其孔直径比连接卡球17的直径大，保证连接卡球17可在孔里移动但不能完全从孔里出来，每条卡球保持条18的宽度小于等于圆周长的1/12。所述的卡球保持条18与限位块19用沉头螺栓联接。所述的卡紧销9包括销头21、连接启动电磁铁22、若干固定卡球23、卡球保持筒24、活动块25和卡紧定位凸缘26，其中连接启动电磁铁22设置于销头21的底部中央，并置于卡球保持筒24内，通电时可吸近活动块25，若干固定卡球23以均匀间隔嵌在卡球保持筒24的筒壁中，带有锥面的活动块25置于卡球保持筒24内，活动块25可将固定卡球23压入定位环5的环槽中，被连接启动电磁铁22吸附后，其锥面处于固定卡球23的位置，留 出空间使得固定卡球23可以从定位环5的环槽中出来，销头21的底部与卡球保持筒24通过螺栓联接，活动块25柱面与卡球保持筒24内壁形成摩擦面，在电磁力作用下，活动块25可以固定在原位置，活动块25与卡球保持筒24都留有气孔，在活动块25移动时不会产生空气阻力。弾性结构10设置在连接套8底面与卡紧销9的销头21的底部上表面之间，イ申缩结构11设置在卡紧销9的销头21的底部与框架组件I的定位环5之间。所述的定位环5上开有固定环槽27。所述的连接环槽16的槽的直径等于连接卡球17的直径，连接环槽16的环的最大直径为销头21的柱面直径加两倍连接卡球17的直径。所述的定位环5上有固定环槽27在模块不连接时用以嵌入固定卡球23,固定环槽27的槽的直径跟固定卡球23的直径一祥，固定环槽27的环的最大直径为活动块25的柱面直径加两倍固定卡球23的直径。断开电磁铁6设置于底板中央，井置于套筒4内，其通电后的电磁力要大过伸缩结构11的伸展力，断开时断开电磁铁6通电，压缩伸缩结构11，吸引整个活动销组件2退回到固定位置，此时固定卡球23处于固定环槽27处，然后活动块25被断开电磁铁6吸引而离开连接启动电磁铁22，使活动块25的柱面将固定卡球23压入框架组件I的定位环5的固定环槽27中，从而将活动销组件2固定在套筒4内。所述的伸缩结构11和弹性结构10都是压簧，且伸缩结构11的伸展力要大于弹性结构10，在模块对接卡紧时，伸缩结构11可以压缩弾性结构10至卡紧定位凸缘26与连接套8接触。自重构机器人的模块相互对接是通过其对接机构来实现的。当两个模块的对接面互相贴紧时，通过定位传感器12的信号，两个对接机构的连接启动电磁铁22同时通电，使得活动块25的柱面离开固定卡球23，固定卡球23得以从固定环槽27中脱出，则整个活动销组件2在伸缩结构11的伸展力作用下伸出套筒4，连接套8的顶端进入对方模块套筒4的孔中，当连接定位凸缘20接触到凸出限位结构15吋，连接套8被卡住不再伸出，此时己方的连接卡球17刚好处于对方连接环槽16位置，弾性结构10被压缩，卡紧销9继续伸出直到卡紧定位凸缘26接触到连接套7时停止，由销头21将对方的连接卡球17压入己方的连接环槽16内，使得模块对接牢靠。模块断开时，两对接机构的断开电磁铁6同时通电，先吸引卡紧销9压缩伸缩结构11，当销头21的底板接触到限位块19时，销头21的柱面已离开连接卡球17，使连接卡球17可以从连接环槽16中脱出，然后整个活动销组件2靠近断开电磁铁6，直到限位块19接触到定位环5停止，此时固定卡球23处于固定环槽27的 位置，活动块25被断开电磁铁6吸引，其柱面将固定卡球23压入固定环槽27中使活动销组件2被固定，模块相互断开。
权利要求
1.一种用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征在于，包括框架组件、活动销组件和定位组件，其中定位组件设置于框架组件的端面，活动销组件嵌套于框架组件内，框架组件的一端面与所需对接的框架组件的端面相接触，另一端面与所述自重构机器人的模块本体相连； 所述的框架组件包括套筒、定位环、断开电磁铁和底板，其中定位环固定在套筒内壁，底板与套筒连接，断开电磁铁设置于底板中央井置于套筒内； 所述的活动销组件包括连接套、卡紧销、弾性结构和伸缩结构，其中连接套设置在框架组件的套筒的孔内，卡紧销设置在连接套内，弾性结构设置在连接套底面与卡紧销之间，伸縮结构设置在卡紧销与框架组件的定位环之间。
2.根据权利要求I所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的定位组件包括设置于框架组件端面圆周上的传感器。
3.根据权利要求2所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的传感器包括接收器和发射器，其中接收器以90°间隔均匀布置于框架组件端面圆周上，发射器设置于任意两个接收器之间并与其中一个接收器在圆周上间隔30°。
4.根据权利要求I所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的连接套包括两个连接卡球、两条卡球保持条、限位块和连接定位凸缘，其中两个连接卡球分别嵌在两条卡球保持条的孔中，两条卡球保持条分别位于框架组件的套筒内圆周直径线的两端，卡球保持条的底部为连接定位凸缘，连接定位凸缘与限位块连接。
5.根据权利要求4所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的套筒一端有凸出限位结构，凸出限位结构端面的内壁上开有连接环槽。
6.根据权利要求5所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的连接定位凸缘与凸出限位结构的间隙为连接卡球的中心到框架组件的套筒端面距离的2倍。
7.根据权利要求I所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的卡紧销包括销头、连接启动电磁铁、若干固定卡球、卡球保持筒、活动块和卡紧定位凸缘，其中连接启动电磁铁设置于销头的底部中央井置于卡球保持筒内，若干固定卡球以均匀间隔嵌在卡球保持筒的筒壁中，带有锥面的活动块置于卡球保持筒内，销头的底板与卡球保持筒连接，活动块的柱面与卡球保持筒的内壁形成摩擦面。
8.根据权利要求7所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的定位环上开有固定环槽，固定环槽的槽的直径等于固定卡球的直径，固定环槽的环的最大直径为活动块的柱面直径加两倍固定卡球的直径。
9.根据权利要求7所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的弹性结构设置在连接套底面与卡紧销的销头的底部上表面之间，伸縮结构设置在卡紧销的销头的底部与框架组件的定位环之间。
10.根据权利要求9所述的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，其特征是，所述的弹性结构和伸缩结构均为弹簧，伸缩结构的伸展力要大于弹性结构。
全文摘要
一种与机械手配合的用于自重构机器人的基于销-孔卡紧的对接机构，包括框架组件、活动销组件和定位组件，其中定位组件设置于框架组件的端面，活动销组件嵌套于框架组件内，框架组件的一端面与所需对接的框架组件的端面相接触，另一端面与所述自重构机器人的模块本体相连；所述的框架组件包括套筒、定位环、断开电磁铁和底板，其中定位环固定在套筒内壁，底板与套筒连接，断开电磁铁设置于底板中央并置于套筒内。本发明结构简洁，没有复杂曲线和曲面的零部件；运动简单，只有活动销一个组件做直线运动；控制方便，只需控制两个电磁铁的通电就可启动对接机构连接与断开动作，对接快速度可靠。
文档编号B25J9/00GK102862159SQ201210398998
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者印波, 徐威, 王石刚, 梁振宁, 胡文, 代欣 申请人:上海交通大学