一种移动机器人的对接机构的制作方法

[0001]
本发明涉及自重构机器人技术领域，尤其涉及用于自重构机器人对接设备领域，具体地说，是一种移动机器人的对接机构。


背景技术：

[0002]
自第一个自重构机器人系统cebot研制成功以来，国内外科研机构研制出各式各样的原理样机。模块化自重构机器人系统是通过变换模块间连接关系实现其重构功能，因此模块间的对接机构是实现重新构型的关键。而在对接机构设计方面，目前存在机械式连接机构，磁式连接机构以及混合连接机构。但应用范围更广的移动机器人对接机构却发展停滞，实验原型较少。研制移动式巡检机器人的对接机构，可以在多种领域中实现广泛的应用。利用对接机构对于传统机器人进行改造，可以实现微型移动机器人到达人类无法到达的狭小、危险场合，充分利用机器人的优势，从而可以极大的提高其活动半径和越障能力。因此针对模块化移动机器人对接机构的关键问题进行研究，对搭建移动式自重构机器人系统不仅具有重要意义，对于非结构环境的救灾、救援也具有重要的理论和现实依据。
[0003]
现有技术中，已公开的关于自重构机器人的对接技术中，在机器人对接完成之后都是刚性连接，缺乏柔性能力；同时，在对接过程中，现有自重构对接机器人技术皆存在容差性低的技术缺陷。基于上述缺陷，本发明提出了一种移动机器人的对接机构，借以解决上述难题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于：提供一种移动机器人的对接机构，用于解决现有自重构机器人在对接过程中存在容差性较低以及对接完成之后都是刚性连接，缺乏柔性能力的技术缺陷。本发明通过设置三爪对接模块，自锁模块，自适应对接头模块等结构，实现了提升自重构机器人在对接过程中的容差性，使得采用本对接机构的自重构机器人具备较强的自适应能力，同时，使得机器人在对接过程中由原有的刚性连接转变为了现在的柔性连接，进而进一步提升了自重构机器人的柔性能力的技术。采用本发明后可以有效实现提升自重构机器人在对接过程中的容差性，使得采用本对接机构的自重构机器人具备较强的自适应能力，同时，使得机器人在对接过程中由原有的刚性连接转变为了现在的柔性连接，进而进一步提升了自重构机器人的柔性能力的技术。
[0005]
为实现上述技术方案，本发明通过以下技术方案实现：一种移动机器人的对接机构，包括三爪对接模块和自适应对接头模块，所述三爪对接模块的一端设置有自锁模块，并且，所述三爪对接模块与外壳箱的侧壁转动连接；所述自适应对接头模块包括锥形对接头，所述锥形对接头的外壁上设置有与三爪对接模块柔性连接的环形卡槽，并且，锥形对接头的内腔固定有柔性连接部件，所述柔性对接部件为自适应对接头提供柔性效果；所述自锁模块包括限位套筒，所述限位套筒的顶部与外壳箱固定连接，底部连接有压
缩复位部件，所述限位套筒上设置有支撑部件，所述支撑部件上设置有锁定部件，所述压缩复位部件上套接有滑动部件，所述滑动部件与锁定部件连接，并且所述滑动部件上铰接有三爪对接模块。
[0006]
为了更好的实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述柔性连接部件包括与锥形对接头的内腔固定连接的弹簧固定座，所述弹簧固定座上环向设置有若干均向锥形对接头内壁倾斜的第一弹簧固定孔，所述第一弹簧固定孔位于锥形对接头内壁一侧的夹角为5
°
～45
°
，并且，第一弹簧固定孔的内壁上设置有第一螺旋曲形槽，所述第一螺旋曲形槽上填充有第一弹簧，所述弹簧的另一端连接有底座，所述底座上设置有与第一弹簧固定孔同轴且同数目的第二弹簧固定孔，所述第二弹簧固定孔的内腔设置有与第一弹簧相匹配的第二螺旋曲形槽，所述底座上环向设置有若干连接孔。
[0007]
作为上述技术方案的进一步描述，所述限位套筒的筒壁上设置有轴向的第一通槽，所述第一通槽的对侧面上设置有通孔，所述限位套筒内设置有内空的导向杆，所述导向杆的侧面上设置有解锁孔和锁定孔。
[0008]
作为上述技术方案的进一步描述，所述压缩复位部件包括套接在导向杆上的压缩弹簧，所述压缩弹簧上固定连接有滑动部件，并且，所述压缩弹簧的一端与导向杆固定连接。
[0009]
作为上述技术方案的进一步描述，所述锁定部件包括与支撑部件固定连接的锁定座，所述锁定座上固定有锁定外壳体，所述锁定外壳体内腔设置有阶梯轴，所述阶梯轴的一端插接入解锁孔，另一端通过锁定弹簧与后盖连接，所述后盖与锁定外壳体固定连接，并且，所述导向杆的锁定孔一侧设置有电磁铁，所述电磁铁上设置有电磁销，所述电磁销在通电状态下将阶梯轴顶入至锁定孔内实现解锁。
[0010]
作为上述技术方案的进一步描述，所述阶梯轴包括与锁定孔匹配的解锁段，所述解锁段的一端固定连接有锁定段，所述锁定段的另一端固定连接有固定盘，所述固定盘的另一端设置有导向短杆伸缩段，所述导向短杆伸缩段上套设有锁定弹簧，所述锁定弹簧的两端分别与固定盘和后盖固定连接。
[0011]
作为上述技术方案的进一步描述，所述支撑部件包括支撑板，所述支撑板的下侧面上设置有若干铜柱，所述铜柱的另一端通过螺钉与外壳箱内腔的底面固定连接。
[0012]
作为上述技术方案的进一步描述，所述滑动部件包括滑动盘，所述滑动盘与复位弹簧固定连接，并且，滑动盘的外侧面上设置有若干第一连接部，所述滑动盘上连接有锁定杆，所述锁定杆的杆身且沿其长边方向贯穿设置有与解锁段相同直径的小径段，所述小径段靠近阶梯轴的一端连通有与锁定段相同直径的大径段，所述解锁段置于小径段内。
[0013]
作为上述技术方案的进一步描述，所述三爪对接模块包括至少三个爪式对接部件，所述爪式对接部件包括连杆，所述连杆的一端与滑动盘上的铰接部铰接，另一端通过转轴铰接有臂杆，所述转轴与外壳箱转动连接，并且，臂杆的另一端设置有具有弧形对接曲面的接触爪，所述接触爪卡接与环形卡槽匹配。
[0014]
作为上述技术方案的进一步描述，所述外壳箱包括顶端为敞口结构的箱体，所述箱体的侧面上环向设置有与滑动盘上数目相同的第二通槽，所述第二通槽的两侧面上设置有双耳支座，所述臂杆与双耳支座上转动连接。
[0015]
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
在本发明中，通过设置三爪对接模块，并且利用三爪对接模块中的接触爪与自适应对接模块中锥形对接头上的卡槽进行抓取对接，使得三爪对接模块与自适应对接模块形成了柔性连接结构，进而进一步的解决了现有自重构机器人在对接过程中因为都采用刚性连接而导致的自重构机器人的柔性能力差的技术缺陷，采用本对接方式，有效提升了自重构机器人的柔性能力。
[0016]
在本发明中，通过设置自适应对接模块，并且使得自适应对接模块中的底板与锥形对接头之间进行柔性连接，独立设计出一个底板，使得自适应对接模块的自适应能力得到明显的提升，进而提升了对接的容差性。
[0017]
在本发明中，当使用本发明中所述结构的自重构机器人在山区行走时，自重构机器人的自适应连接模块能够快速的对接，而在自适应模块上设置若干第一弹簧，使得底座与锥形对接头之间形成柔性连接结构，进而使得整个装置具备了在崎岖地形等复杂地理条件下也可以成功对接，最终，增强了本发明的适应能力和实用性。
附图说明
[0018]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明的三维结构示意图；图2为本发明的自适应对接头模块三维结构示意图；图3为本发明的自适应对接模块内部三维结构示意图；图4为本发明的自锁模块内部三维结构示意图；图5为本发明的外壳箱三维结构示意图；图6为本发明的自锁模块三维结构示意图；图7为本发明的限位套筒三维结构示意图；图8为本发明的导向杆三维结构示意图；图9为本发明的锁定部件三维结构示意图；图10为本发明的支撑部件三维结构示意图；图11为本发明的阶梯轴三维结构示意图；图12为本发明的锁定杆三维结构示意图。
[0019]
图中标记1-三爪对接模块，2-外壳箱，3-自锁模块，4-自适应对接头模块，11-连杆，12-臂杆，13-转轴，14-接触爪，21-箱体，22-第二通槽，23-双耳支座，31-限位套筒，32-压缩复位部件，33-锁定部件，34-支撑部件，35-滑动部件， 41-锥形对接头，42-环形卡槽，43-弹簧固定座，44-第一弹簧固定孔，45-第一弹簧，46-底座，47-第二弹簧固定孔，48-连接孔，312-第一通槽，313-通孔，321-导向杆，322-压缩弹簧，331-锁定座，332-锁定外壳体，333-阶梯轴，334-电磁铁，335-后盖，336-电磁销轴，341-支撑板，342-铜柱，351-滑动盘，352-第一连接部，353-锁定杆，3211-解锁孔，3212-锁定孔，3331-解锁段，3332-锁定段，3333-固定盘导向段，3334-导向短杆伸缩段，3335-锁定弹簧，3531-小径段，3532-大径段。
具体实施方式
[0020]
下面结合本发明的优选实施例对本发明做进一步地详细、准确说明，但本发明的
实施方式不限于此。
[0021]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0022]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0023]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]
术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0025]
此外，“垂直”等术语并不表示要求部件之间绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
[0026]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0027]
实施例：作为优选实施方式，结合图1～12所示；一种移动机器人的对接机构，包括三爪对接模块1和自适应对接头模块4，所述三爪对接模块1的一端设置有自锁模块3，并且，所述三爪对接模块1与外壳箱2的侧壁转动连接；所述自适应对接头模块4包括锥形对接头 41，所述锥形对接头 41的外壁上设置有与三爪对接模块1柔性连接的环形卡槽42，并且，锥形对接头 41的内腔固定有柔性连接部件，所述柔性对接部件为自适应对接头提供柔性效果；所述自锁模块3包括限位套筒31，所述限位套筒31的顶部与外壳箱2固定连接，底部连接有压缩复位部件32，所述限位套筒31上设置有支撑部件34，所述支撑部件34上设置有锁定部件33，所述压缩复位部件32上套接有滑动部件35，并且所述滑动部件35上铰接有三爪对接模块1。
[0028]
为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的对接机构通过设置三爪对接模块，并且将三爪对接模块与自适应对接模块的锥形对接头41进行连接，使得整个对接机构形成了柔性对接结构，通过三爪对接模块与自适应对接模块中的锥形对接头41进行连接，解决了现有自重构机器人在对接过程中因为都采用刚性连接而导致的自重构机器人的柔性能力差的技术缺陷，采用本对接方式，有效提升了自重构机器人的柔性能力。
[0029]
同时，在本实施例中，为了能够更清晰的阐述本发明，在锥形对接头41与底座46之
间通过第一弹簧45进行连接，使得底座46与锥形对接头41之间形成了柔性连接结构，通过独立设计出一个底板，使得自适应对接模块的自适应能力得到明显的提升，而将锥形对接头41、第一弹簧45与底座46之间形成自适应对接模块，使得三爪对接模块1与自适应对接模块进行对接时的容差性有明显的提升。
[0030]
需要特别和明确说明的是，作为优选实施方式，在本实施例中所述的锥形对接头41上设置的环形卡槽42是向内凹陷的结构，这一设计的优点在于，能够使得整个锥形对接头41模块具有紧凑小巧的结构，也就保证了本发明的结构和大小可控。
[0031]
为了更好的实现本发明，作为上述技术方案的进一步描述，所述柔性连接部件包括与锥形对接头 41的内腔固定连接的弹簧固定座43，所述弹簧固定座43上环向设置有若干均向锥形对接头 41内壁倾斜的第一弹簧45固定孔44，所述第一弹簧45固定孔44位于锥形对接头 41内壁一侧的夹角为5
°
～45
°
，并且，第一弹簧45固定孔44的内壁上设置有第一螺旋曲形槽，所述第一螺旋曲形槽上填充有第一弹簧45，所述弹簧的另一端连接有底座46，所述底座46上设置有与第一弹簧45固定孔44同轴且同数目的第二弹簧固定孔47，所述第二弹簧固定孔47的内腔设置有与第一弹簧45相匹配的第二螺旋曲形槽，所述底座46上环向设置有若干连接孔48。
[0032]
为了进一步更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，设置的第一弹簧固定孔44与锥形对接头41内壁一侧的夹角为10
°
，通过设置10
°
夹角，使得第一弹簧45安装在第一弹簧固定孔44内时，第一弹簧45与第一弹簧固定孔44之间具有很好的贴合性。而位于固定底座46上的夹角设置为10
°
以及将第二弹簧固定孔47的孔洞与第一弹簧固定孔44形成同轴结构，使得弹簧固定座43与底座46之间通过第一弹簧45连接之后能够形成稳定的柔性连接结构，并且，在锥形对接头41的内腔安装柔性连接部件，使得锥形对接头41在三爪对接模块对接时，能够对对接模块进行柔性调节，同时也就进一步地提升的整个对接机构的柔性能力。
[0033]
作为上述技术方案的进一步描述，所述限位套筒31的筒壁上设置有轴向的第一通槽312，所述第一通槽312的对侧面上设置有通孔313，所述限位套筒31内滑动设置有内空的导向杆321，所述导向杆321的侧面上设置有解锁孔3211和锁定孔3212。
[0034]
作为上述技术方案的进一步描述，所述压缩复位部件32包括套接在导向杆321上的压缩弹簧322，所述压缩弹簧322上固定连接有滑动部件35，并且，所述压缩弹簧322的一端与导向杆321固定连接。
[0035]
作为上述技术方案的进一步描述，所述锁定部件33包括与支撑部件34固定连接的锁定座331，所述锁定座331上固定有锁定外壳体332，所述锁定外壳体332内腔设置有阶梯轴333，所述阶梯轴333的一端插接入解锁孔3211，另一端连接有后盖335，所述后盖335与锁定外壳体332固定连接，并且，所述导向杆321的锁定孔3212一侧设置有电磁铁334，所述电磁铁334上设置有电磁销，所述电磁销在通电状态下将阶梯轴333顶入至锁定孔3212内实现解锁。
[0036]
为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的锁定部件33通过设置锁定外壳体332，并且将锁定外壳体332通过锁定座331固定在支撑部件34上，然后在锁定外壳体332的内腔设置阶梯轴333，同时利用锁定弹簧3335将阶梯轴333与固定在锁定外壳体332上的后盖335连接形成压缩复位机构，有效使得锁定部件33的锁定弹簧
3335在解锁状态时是处于压缩状态的，这就使得当需要进行锁定时，梯形杆能够在锁定弹簧3335的弹动下自动锁入至导向杆321中，进而使得本结构不用外加的能源，有效保证了结构的紧凑性。
[0037]
作为上述技术方案的进一步描述，所述阶梯轴333包括与锁定孔3212匹配的解锁段3331，所述解锁段3331的一端固定连接有锁定段3332，所述锁定段3332的另一端固定连接有固定盘，所述固定盘的另一端设置有导向短杆伸缩段3334，所述导向短杆伸缩段3334上套设有锁定弹簧3335，所述锁定弹簧3335的两端分别与固定盘和后盖335固定连接。
[0038]
作为上述技术方案的进一步描述，所述支撑部件34包括支撑板 341，所述支撑板 341的下侧面上设置有若干铜柱342，所述铜柱342的另一端通过螺钉与外壳箱2内腔的底面固定连接。
[0039]
作为上述技术方案的进一步描述，所述滑动部件35包括滑动盘351，所述滑动盘351与复位弹簧固定连接，并且，滑动盘351的外侧面上设置有若干第一连接部352，所述滑动盘351上连接有锁定杆353，所述锁定杆353的杆身且沿其长边方向贯穿设置有与解锁段3331相同直径的小径段3531，所述小径段3531靠近阶梯轴333的一端连通有与锁定段3332相同直径的大径段3532，所述解锁段3331置于小径段3531内。
[0040]
为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的自锁模块3的具体工作流程为：以使用本机构的整体机构需要抓取连接和解锁脱离的整个流程为例；假设此时本机构是处于锁定状态需要解锁，首先，打开电磁铁334，接下来电磁铁334将电磁销336推出并且通过电磁销336将解锁段3331顶回至解锁孔3212中，进一步地，随着锥形对接头的不断后移，锥形对接头的尺寸经历先变大后变小的过程，并带动接触爪的接触轴径先变大在变小，在臂杆的带动下滑动盘也先向下运动在向上运动，最后使得三爪对接模块完全脱离。
[0041]
假设此时需使用本结构对自适应对接模块进行抓取对接，首先，电磁铁334通电并致使电磁销336顶出将解锁段3331顶入解锁孔3212中， 进一步地，滑动盘351在压缩弹簧322的驱动下沿套杆导向轴向靠近支撑板341的一端运动，进一步地，与转动盘连接的三爪对接模块接触轴径变小，至此完成了抓取前的准备工作，进一步的开始抓取过程，随着锥形对接头41轴径尺寸的不断变大，使接触爪14的接触轴径不断变大，同时接触爪14的另一端带动连杆11运动，连杆11的另一端带动滑动盘351向下运动，同时滑动盘351压缩弹簧322，为预锁定提供能量。当接触爪14弧面的最高点越过锥形对接头41的最大轴向半径时，压缩弹簧322伸长带动滑动盘351向上运动，滑动盘351同时带动连杆11运动，并使接触爪14的接触轴径不断变小，进一步地，待三爪对接模块与锥形对接头41对接完成之后，复位弹簧向上运动，此时，与滑动盘351相连接的锁定杆353向上运动并停止，进一步地，断开电磁铁334的电源并使得电磁销336缩回，进一步地，阶梯轴333在锁定弹簧3335的推动下弹出并插接在锁定孔3212中，进一步地，完成锁定。
[0042]
需要特别和明确说明的是，作为优选实施方式，在本实施例中，刚开始对接时，所述的阶梯轴333的锁定段3332在电磁铁334上的电磁销336顶出作用下与锁定杆353的小径处接触，及解锁段3331在锁定杆353的小径段3531内滑动，随着上述的一系列运动，锁定杆353到达锁定位置，梯形杆锁定段3332插入到锁定杆353的大径处、解锁段3331插入到导向杆321的锁定孔3211内实现锁定，至此就是实现了锁定工作。
[0043]
作为上述技术方案的进一步描述，所述三爪对接模块1包括至少三个爪式对接部件，所述爪式对接部件包括连杆11，所述连杆11的一端与滑动盘351上的铰接部铰接，另一端通过转轴13铰接有臂杆12，所述转轴13与外壳箱2转动连接，并且，臂杆12的另一端设置有具有弧形对接曲面的接触爪14，所述接触爪14卡接与环形卡槽42匹配。
[0044]
为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，三爪对接模块在与锥形对接头41抓取对接时，所述的三爪对接模块中的接触爪14沿着锥形对接头41的锥形面缓慢滑接入锥形对接头41上的环形卡槽42中，在此过程中，接触爪14逐渐胀大，胀大至最大位置之后卡接入环形卡槽42中，在运动过程中，接触爪14与锥形对接头41的弧形面之间挤压产生运动通过连杆11部件传递至滑动盘351，进一步地，滑动盘351沿导向杆滑动，滑动盘351在滑动时将会挤压复位弹簧，进而使得接触爪14能够快速的与锥形对接头41进行柔性连接。
[0045]
作为上述技术方案的进一步描述，所述外壳箱2包括顶端为敞口结构的箱体21，所述箱体21的侧面上环向设置有与滑动盘351上数目相同的第二通槽22，所述第二通槽22的两侧面上设置有双耳支座23，所述臂杆12与双耳支座23上转动连接。
[0046]
为了更清晰和明确的阐述本发明，作为优选实施方式，在本实施例中，所述的自适应对接模块与三爪对接模块具有如下对接场景：场景一：使用本机构的自重构机器人在山区地域行驶并且需要进行自重构，假设接触爪14是完全卡接入环形卡槽42内并且锥形对接头41弧形面的中心位置与设置有三爪对接模块的外壳箱2的中心位置重叠，在使用过程中，所述的三个接触爪14沿锥形对接头41同时运动并卡接至环形卡槽42中，通过这一连接方式，使得三爪对接模块与自适应对接模块之间形成的柔性对接机构具有稳定的结构，进而保障了本发明整体结构的紧凑性。
[0047]
情景二：使用本机构的自重构机器人在山区地域行驶并且需要进行自重构，假设三个接触爪14是部分卡接在环形卡槽42内，剩余部分与锥形对接头41的弧形面接触并且锥形对接头41处于偏心状态，在使用过程中，所述的锥形对接头41以偏心状态卡接入三个接触爪14中，为了提升本发明的稳定性，接触爪14在卡接入环形卡槽42的数目至少为两个，这样设计就能保证三爪对接模块与自适应对接模块连接之后具有很好的连接能力。
[0048]
通过上述方案，自重构机器人的自适应连接模块能够快速的对接，而在自适应模块上设置若干第一弹簧，使得底座与锥形对接头之间形成柔性连接结构，进而使得整个装置具备了在崎岖地形等复杂地理条件下也可以成功对接，最终，增强了本发明的适应能力和实用性。
[0049]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。