本发明涉及一种可重构移动机器人对接装置，属于机器人技术领域。
背景技术：
近年来机器人的应用领域逐渐扩大发展，在不同的应用环境中对机器人的要求也不断提高。可重构移动机器人由多个独立单元组成，其设计要求是质量轻、结构简单紧凑、功耗小、适应性强。可重构移动机器人的对接方式主要有：机械式、电磁式、形状记忆合金与机械结合、机械与电磁结合等。
目前，已有的移动机器人平台多采用自重构形式来提高对地形的适应能力。比如宾夕法尼亚大学的ckbot、mit的m-blocks、日本aist的mtran、哈工大的ubot等。但是现有的可重构移动机器人对接装置还存在一些问题：由于缺少悬挂装置，不能消除行走中的震动冲击，因此移动速度较慢；另外，独立单元设计的自由度较少，需要较高的对接精度，使得难度提高；对接机构的形式单一，通用性较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可重构移动机器人的对接装置，通过卡锁机构实现自主对接、分离，既可以独立运行，也可以通过对接机构形成一个多车体的机器人群，来适应较为复杂的地形的需求，提高整体的可靠性。
本发明的可重构移动机器人对接装置，采用如下技术方案：
该对接装置，包括主对接机构、副对接机构、履带车和对接爪，主对接机构安装于履带车的前端，副对接机构安装于履带车的尾部；对接爪与主对接机构刚性连接；
所述主对接机构，包括依次连接的第一关节、第二关节和第三关节；第一关节包括第一关节电机和第一连接臂，第一连接臂与第一关节电机主轴连接；第二关节包括第二关节电机和第二连接臂，第二连接臂与第二关节电机主轴连接，第二关节电机与第一连接臂刚性连接；第三关节包括第三关节电机和第三连接臂，第三连接臂与第三关节电机主轴连接，第三关节电机与第二连接臂刚性连接；第三连接臂与对接爪刚性连接；
所述副对接机构，包括对接电机和对接头，对接头包括对接头壳体、对接旋转输出轴和卡锁件，对接头壳体连接在对接电机壳体上，对接旋转输出轴与对接电机主轴连接，卡锁件嵌套在对接旋转输出轴上。
所述第一关节电机的定子内置有霍尔传感器，第一关节电机的壳体上安装有第一编码器，第一编码器的磁头连接轴嵌套在第一关节电机的主轴内孔中，磁头连接轴上安装有第一编码器磁头。
所述第二关节电机的定子内置有霍尔传感器，第二关节电机的壳体上安装有第二编码器，第二编码器的磁头连接轴嵌套在第二关节电机的主轴内孔中，磁头连接轴上安装有第二编码器磁头。
所述第三关节电机的定子内置有霍尔传感器，第三关节电机的壳体上安装有第三编码器，第三编码器的磁头连接轴嵌套在第三关节电机的主轴内孔中，磁头连接轴上安装有第三编码器磁头。
所述对接电机的定子内置有霍尔传感器，对接电机壳体上安装有第四编码器，第四编码器的磁头连接轴嵌套在对接电机主轴的内孔中，磁头连接轴上安装有第四编码器磁头。
上述对接机构运行时，第一关节电机带动第一连接臂、第二关节、第三关节和对接爪相对于第一关节转动，第二关节电机带动第二连接臂、第三关节和对接爪相对于第二关节转动，第三关节电机带动第三连接臂和对接爪相对于第三关节转动；移动主对接机构使对接爪的位置达到对接要求时，副对接机构的对接电机控制对接旋转输出轴的旋转，使卡锁件完成旋转卡锁动作。
本发明采用高扭矩输出的无框直驱力矩电机，保证了整体装置的质量轻、转动惯量低，从而具有更好的控制精度，减少了能量的损耗，具有较好的运动性能。具有以下特点：
1.各个对接单元可以自主对接、分离，相互之间协调运动，可靠性较高；
2.结构简单紧凑，占用空间小，提高了对接的精度和效率，可用于构建自重构机器人群体，满足不同环境的工作要求。
附图说明
图1是本发明可重构移动机器人对接装置的结构示意图。
图2是本发明中主对接机构的结构示意图。
图3是主对接机构中的第一关节的结构示意图。
图4是主对接机构中的第二关节的结构示意图。
图5是主对接机构中的第三关节的结构示意图。
图6是副对接机构的外部结构示意图。
图7是副对接机构的剖视图。
图中：1.第三连接臂，2.第三关节电机，3.第二连接臂，4.第二关节电机，5.第一连接臂，6.第一关节电机，7.壳体盖，8.平键，9.滚珠轴承，10.端盖，11.第一关节电机定子，12.第一关节电机转子，13.第一关节电机主轴，14.滚珠轴承，15.磁头连接轴，16.第一编码器磁头，17.第一编码器，18.壳体盖，19.平键，20.滚珠轴承，21.端盖，22.第二关节电机定子，23.第二关节电机转子，24.第二关节电机主轴，25.滚珠轴承，26.磁头连接轴，27.第二编码器磁头，28.第二编码器，29.壳体盖，30.平键，31.滚珠轴承，32.端盖，33.第三关节电机定子，34.第三关节电机转子，35.第三关节电机主轴，36.滚珠轴承，37.磁头连接轴，38.第三编码器磁头，39.第三编码器，40.支撑件，41.对接电机，42.壳体盖，43.对接头壳体，44.对接头壳体盖，45.滚珠轴承，46.端盖，47.对接电机定子，48.对接电机转子，49.对接电机主轴，50.滚珠轴承，51.磁头连接轴，52.第四编码器磁头，53.第四编码器，54.对接旋转输出轴，55.卡锁件。
具体实施方式
本发明的可重构移动机器人对接装置，如图1所示，包括主对接机构ⅱ、副对接机构ⅰ、底座ⅲ、履带车ⅳ和对接爪ⅴ。主对接机构ⅱ和副对接机构ⅰ分别与履带车平台连接固定，主对接机构ⅱ安装于履带车的前端，副对接机构ⅰ安装于履带车的尾部。具体是主对接机构ⅱ中的第一关节电机6(参见图2)与履带车底座ⅲ紧固连接，副对接机构ⅰ通过支撑件40(参见图6)与履带车底座ⅲ紧固连接。对接爪ⅴ连接在主对接机构ⅱ的末端，具体是连接在第三连接臂1上(参见图6)。
如图2所示，主对接机构ⅱ包括依次连接的第一关节、第二关节和第三关节。第一关节包括第一关节电机6和第一连接臂5，第一连接臂5的一端通过平键8与第一关节电机主轴13配合连接(参见图3)。第二关节包括第二关节电机4和第二连接臂3，第二连接臂3的一端通过平键19与第二关节电机主轴24配合连接(参见图4)，第二关节电机4通过其壳体及壳体盖18与第一连接臂5的另一端刚性连接。第三关节包括第三关节电机2和第三连接臂1，第三连接臂1的一端通过平键30与第三关节电机主轴35配合连接(参见图5)，第三关节电机2的壳体与第二连接臂3的另一端刚性连接。第三连接臂1的另一端与对接爪ⅴ刚性连接。
如图3所示，第一关节电机6包括第一关节电机壳体、第一关节电机主轴13、第一关节电机定子11和第一关节电机转子12。第一关节电机定子11通过壳体盖7压紧在第一关节电机壳体内，第一关节电机定子11内置有霍尔传感器。第一关节电机转子12嵌套在第一关节电机主轴13上，并通过端盖10压紧。第一关节电机主轴13通过两个滚珠轴承9和14两端支撑于第一关节电机壳体和壳体盖7的轴承座上。第一关节电机壳体的侧面通过螺钉安装有第一编码器17，第一编码器17的磁头连接轴15嵌套在第一关节电机主轴13的内孔中，磁头连接轴15上安装有第一编码器磁头16。第一关节电机主轴13通过平键8与第一连接臂5配合，实现同步运动。
如图4所示，第二关节电机4包括第二关节电机壳体、第二关节电机主轴24、第二关节电机定子22和第二关节电机转子23。第二关节电机定子22通过壳体盖18压紧在第二关节电机壳体4内，定子22内置有霍尔传感器。第二关节电机转子23嵌套在第二关节主轴24上，并通过端盖21压紧。第二关节电机主轴24通过两个滚珠轴承20和25两端支撑于第二关节电机壳体4和壳体盖18的轴承座上。第二关节电机壳体的侧面通过螺钉安装有第二编码器28，第二编码器28的磁头连接轴26嵌套在第二关节电机主轴24的内孔中，磁头连接轴26上安装有第二编码器磁头27。第二关节电机主轴24通过平键19与第二连接臂3配合，实现同步运动。第二关节电机壳体及壳体盖18分别通过螺钉与第一连接臂5刚性连接。
如图5所示，第三关节电机2包括第三关节电机壳体、第三关节电机主轴35、第三关节电机定子33和第三关节电机转子34。第三关节电机定子33通过壳体盖29压紧在第三关节电机壳体2内，定子33内置有霍尔传感器。第三关节电机转子34嵌套在第三关节主轴35上，并通过端盖32压紧。第三关节电机主轴35通过两个滚珠轴承31和36两端支撑于第三关节电机壳体和壳体盖29的轴承座上。第三关节电机壳体的侧面通过螺钉安装有第三编码器39，第三编码器39的磁头连接轴37嵌套在第三关节电机主轴35的内孔中，磁头连接轴37上安装有第三编码器磁头38。第三关节电机主轴35通过平键30与第三连接臂1配合，实现同步运动。第三关节电机壳体的侧面通过螺钉与第二连接臂3刚性连接。
如图6和图7所示，副对接机构ⅰ包括对接电机41和对接头，对接电机41安装在支撑件40上。对接电机41包括对接电机壳体、对接电机定子47、对接电机转子48、对接电机主轴49和第四编码器53；对接电机定子47通过壳体盖42压紧在对接电机壳体内，对接电机定子47内置有霍尔传感器。对接电机转子48嵌套在对接电机主轴49上，并通过端盖46压紧；对接电机主轴49通过两个滚珠轴承45和50两端支撑于对接电机的壳体和壳体盖42的轴承座上。对接电机壳体通过螺钉安装有第四编码器53，第四编码器53的磁头连接轴51嵌套在对接电机主轴49的内孔中，磁头连接轴51上安装有第四编码器磁头52。对接头包括对接头壳体43、对接旋转输出轴54和卡锁件55，对接头壳体43通过螺钉固定在对接电机41的壳体盖42上，对接头壳体43上设置有对接头壳体盖44；对接旋转输出轴54通过平键与对接电机主轴49连接，实现同步运动；卡锁件55通过凹槽嵌套在对接旋转输出轴54上，并通过对接头壳体盖44的凹槽定位压紧。
上述可重构移动机器人对接装置的工作过程如下所述。
第一关节电机转子12根据第一编码器17的伺服控制信号旋转，通过第一关节电机主轴13输出。由于第一关节电机主轴13和第一连接臂5之间刚性连接，第一连接臂5又和第二关节刚性连接，从而带动第一连接臂5、第二关节、第三关节和对接爪ⅴ相对于第一关节的转动。第二关节电机转子23根据第二编码器28的伺服控制信号旋转，通过第二关节电机主轴24输出。由于第二关节电机主轴24和第二连接臂3之间刚性连接，第二连接臂3又和第三关节刚性连接，从而带动第二连接臂3、第三关节和对接爪ⅴ相对于第二关节的转动。第三关节电机转子34根据第三编码器39的伺服控制信号旋转，通过第三关节电机主轴35输出。由于第三关节电机主轴35和第三连接臂1之间刚性连接，从而带动第三连接臂1和对接爪ⅴ相对于第三关节的转动。移动对接爪ⅴ的位置使其达到对接要求时，对接电机转子48根据第四编码器53的伺服控制信号旋转，通过对接旋转输出轴54的旋转运动输出，使卡锁件55完成旋转卡锁动作。