專利名稱：用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是ー種機械領域中用干與機械手配合的附屬裝置，具體是ー種用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構。
背景技術：
近年來，機器人應用從制造領域向非制造領域發展。海洋開發、宇宙探測、采掘、建筑、醫療、農林業、服務娛樂等行業都提出了機器人化的要求，其主要特點是機器人工作環境的非結構化和不確定性。模塊化自重構機器人能夠通過改變個體及整體的形狀和尺寸來滿足操作的要求，非常適合在這些非結構化的工作環境中完成固定形狀機器人很難完成的任務。機器人的形狀和尺寸改變是通過眾多模塊的連接和分離來實現的，這要求単元模塊的對接機構必須保證模塊間的連接可靠、分離容易，同時要求體積小、節能、動作簡單。因此對接機構是自重構機器人設計中重要的問題之ー。 目前，自重構機器人的對接機構主要有機械式、電磁式、機械與形狀記憶合金(SMA)結合、機械與電磁結合等方式。機械式耗能少、精度高、可靠性好，但機械的加工精度、磨損失效等影響對接效果。電磁式可降低機構設計的復雜性，但體積大、發熱量大及負載能力小。機械與SMA結構方式易于控制、縮小體積，但SMA動作耗時耗能，不適合連接分離動作迅速的情況。機械與電磁結合使用機械連接，電磁控制，則可連接可靠、動作快速，還縮小體積、降低能耗。如圖I所示，現有技術中機器人對接模塊中，一個模塊的六個面都布置了對接機構，整體可以看作ー個正六面體，由于每個面都是正方形，則需保證對接機構繞自身中軸旋轉90、180、270、360。后的四個位置都可對接。對接機構的機械部分較多采用銷_孔的結構設計，此類接ロ設計原理簡明，對接實現較便捷，但由于銷和孔分開，要么只有ー對銷-孔而只能在ー個位置對接，對接前先通過電機旋轉對接面至可對接位置，要么在對接面上均勻布置4對銷孔可以在四個位置對接，但增加了零部件數和對接時需動作的部件數。經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN101670586A，
公開日2010_3_7，記載了ー種“用于自重構模塊機器人的基于銷-由契合的對接機構”，該技術包括固定套通訊模塊、活動套對接機構以及框架結構，其中固定套通訊模塊置于對接機構的端面外圓，活動套對接機構轉動嵌套于固定套通訊模塊內，框架機構一端設置于固定套底部，另ー端與機器人手臂相連。但該現有技術對接面上只有一對分開布置的銷軸和環形槽，使得對接面只在ー個位置可以連接，所以連接時必須調整對接面到此位置，増加了對接的動作；使用電機提供對接機構連接和斷開的驅動力，不僅耗能，而且增加了對接機構的重量和控制系統的復雜度。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，本發明結構簡潔，沒有復雜曲線和曲面的零部件；運動簡單，只有活動銷一個組件做直線運動；控制方便，只需控制兩個電磁鐵的通電就可啟動對接機構連接與斷開動作，對接快速度可靠，能夠實現機器人模塊之間的快速方便準確對接。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括框架組件、活動銷組件和定位組件，其中定位組件設置于框架組件的端面，活動銷組件嵌套于框架組件內，框架組件的一端面與所需對接的框架組件的端面相接觸，另一端面與所述自重構機器人的模塊本體相連。所述的框架組件包括套筒、定位環、斷開電磁鐵和底板，其中定位環固定在套筒內壁，底板與套筒連接，斷開電磁鐵設置于底板中央井置于套筒內。所述的活動銷組件包括連接套、卡緊銷、弾性結構和伸縮結構，其中連接套設置在框架組件的套筒的孔內，卡緊銷設置在連接套內，弾性結構設置在連接套底面與卡緊銷之間，伸縮結構設置在卡緊銷與框架組件的定位環之間。所述的定位組件包括設置于框架組件端面圓周上的傳感器。 所述的傳感器包括接收器和發射器，其中接收器以90°為間隔均勻布置于框架組件端面圓周上，發射器設置于任意兩個接收器之間并與其中一個接收器在圓周上間隔30。。所述的連接套包括兩個連接卡球、兩條卡球保持條、限位塊和連接定位凸緣，其中兩個連接卡球分別嵌在兩條卡球保持條的孔中，兩條卡球保持條分別位于框架組件的套筒內圓周直徑線的兩端，卡球保持條的底部為連接定位凸緣，連接定位凸緣與限位塊連接。所述的套筒一端有凸出限位結構，凸出限位結構端面的內壁上開有連接環槽。所述的連接定位凸緣與凸出限位結構的間隙為連接卡球的中心到框架組件的套筒端面距離的2倍。所述的卡球保持條的厚度小于連接卡球的直徑，卡球保持條的孔直徑大于連接卡球的直徑，每條卡球保持條的寬度小于等于連接套的圓周長的1/12。所述的連接環槽的槽的直徑等于連接卡球的直徑，連接環槽的環的最大直徑為銷頭的柱面直徑加兩倍連接卡球的直徑。所述的卡緊銷包括銷頭、連接啟動電磁鐵、若干固定卡球、卡球保持筒、活動塊和卡緊定位凸緣，其中連接啟動電磁鐵設置于銷頭的底部中央井置于卡球保持筒內，若干固定卡球以均勻間隔嵌在卡球保持筒的筒壁中，帶有錐面的活動塊置于卡球保持筒內，銷頭的底板與卡球保持筒連接，活動塊的柱面與卡球保持筒的內壁形成摩擦面。所述的活動塊與卡球保持筒均設有氣孔。所述的定位環上開有固定環槽。所述的固定環槽的槽的直徑等于固定卡球的直徑，固定環槽的環的最大直徑為活動塊的柱面直徑加兩倍固定卡球的直徑。所述的彈性結構設置在連接套底面與卡緊銷的銷頭的底部上表面之間，伸縮結構設置在卡緊銷的銷頭的底部與框架組件的定位環之間。所述的彈性結構和伸縮結構均為彈簧，伸縮結構的伸展力大于彈性結構的伸展力。本發明結構簡潔，沒有復雜曲線和曲面的零部件。運動簡單，只有活動銷一個組件做直線運動。控制方便，只需控制兩個電磁鐵的通電就可啟動對接機構連接與斷開動作。連接套與傳感器交錯的位置分布使得對接機構可以本身中軸線為軸旋轉，以90°為間隔的四個位置進行對接。對接快速度可靠。此外本發明采用了組合式設計結構，一些螺栓聯接的運用，使得所有零部件都可以實現便捷地維護。


圖I為現有技術中機器人對接模塊的示意圖。圖2為本發明對接機構的結構示意圖。圖3為本發明對接機構的俯視圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例如圖2和圖3所示，本實施例包括框架組件I、活動銷組件2和定位組件3，其中定位組件3設置于框架組件I的端面，活動銷組件2嵌套于框架組件I內，框架組件I的一端面與所需對接的框架組件I的端面相接觸，另一端面與所述自重構機器人的模塊本體相連。所述的框架組件I包括套筒4、定位環5、斷開電磁鐵6和底板7，其中定位環5固定在套筒4內壁，底板7與套筒4聯接，斷開電磁鐵6設置于底板中央井置于套筒4內。所述的定位環5以銷定位、用螺栓固定在套筒4內壁。所述的活動銷組件2包括連接套8、卡緊銷9、弾性結構10和伸縮結構11，其中連接套8設置在框架組件I的套筒4的孔內，卡緊銷9設置在連接套8內，弾性結構10設置在連接套8底面與卡緊銷9之間，伸縮結構11設置在卡緊銷9與框架組件I的定位環5之間。所述的定位組件3包括設置于框架組件I端面圓周上的傳感器12。所述的傳感器12包括接收器13和發射器14，其中接收器13以90°間隔均勻布置于框架組件I端面圓周上，發射器14設置于任意兩個接收器13之間并與其中ー個接收器在圓周上間隔30°。所述的90°、30°是為對接面在90°、180°、270°、0°四個位置對接而特定設
置，間隔越小，對接面可以對接的位置越多。所述的套筒4一端有凸出限位結構15，凸出限位結構15端面的內壁上開有連接環槽16。所述的連接套8包括兩個連接卡球17、兩條卡球保持條18、限位塊19和連接定位凸緣20，其中兩個連接卡球17分別嵌在兩條卡球保持條18的孔中，兩條卡球保持條18分別位于框架組件I的套筒4內圓周直徑線的兩端，卡球保持條18的底部為連接定位凸緣20，連接定位凸緣20與限位塊19連接。連接定位凸緣20與凸出限位結構15的間隙為連接卡球17的中心到對接機構端面距離的2倍，這樣在模塊對接時，此隙為O時剛好已方的連接卡球17可以伸到對方框架機構I的連接環槽16處。所述的卡球保持條18的頂端倒有圓角，使其在伸入對方模塊的孔中時具有一定的容錯能力，卡球保持條18的厚度小于連接卡球17的直徑，其孔直徑比連接卡球17的直徑大，保證連接卡球17可在孔里移動但不能完全從孔里出來，每條卡球保持條18的寬度小于等于圓周長的1/12。所述的卡球保持條18與限位塊19用沉頭螺栓聯接。所述的卡緊銷9包括銷頭21、連接啟動電磁鐵22、若干固定卡球23、卡球保持筒24、活動塊25和卡緊定位凸緣26，其中連接啟動電磁鐵22設置于銷頭21的底部中央，并置于卡球保持筒24內，通電時可吸近活動塊25，若干固定卡球23以均勻間隔嵌在卡球保持筒24的筒壁中，帶有錐面的活動塊25置于卡球保持筒24內，活動塊25可將固定卡球23壓入定位環5的環槽中，被連接啟動電磁鐵22吸附后，其錐面處于固定卡球23的位置，留 出空間使得固定卡球23可以從定位環5的環槽中出來，銷頭21的底部與卡球保持筒24通過螺栓聯接，活動塊25柱面與卡球保持筒24內壁形成摩擦面，在電磁力作用下，活動塊25可以固定在原位置，活動塊25與卡球保持筒24都留有氣孔，在活動塊25移動時不會產生空氣阻力。弾性結構10設置在連接套8底面與卡緊銷9的銷頭21的底部上表面之間，イ申縮結構11設置在卡緊銷9的銷頭21的底部與框架組件I的定位環5之間。所述的定位環5上開有固定環槽27。所述的連接環槽16的槽的直徑等于連接卡球17的直徑，連接環槽16的環的最大直徑為銷頭21的柱面直徑加兩倍連接卡球17的直徑。所述的定位環5上有固定環槽27在模塊不連接時用以嵌入固定卡球23,固定環槽27的槽的直徑跟固定卡球23的直徑一祥，固定環槽27的環的最大直徑為活動塊25的柱面直徑加兩倍固定卡球23的直徑。斷開電磁鐵6設置于底板中央，井置于套筒4內，其通電后的電磁力要大過伸縮結構11的伸展力，斷開時斷開電磁鐵6通電，壓縮伸縮結構11，吸引整個活動銷組件2退回到固定位置，此時固定卡球23處于固定環槽27處，然后活動塊25被斷開電磁鐵6吸引而離開連接啟動電磁鐵22，使活動塊25的柱面將固定卡球23壓入框架組件I的定位環5的固定環槽27中，從而將活動銷組件2固定在套筒4內。所述的伸縮結構11和彈性結構10都是壓簧，且伸縮結構11的伸展力要大于彈性結構10，在模塊對接卡緊時，伸縮結構11可以壓縮弾性結構10至卡緊定位凸緣26與連接套8接觸。自重構機器人的模塊相互對接是通過其對接機構來實現的。當兩個模塊的對接面互相貼緊時，通過定位傳感器12的信號，兩個對接機構的連接啟動電磁鐵22同時通電，使得活動塊25的柱面離開固定卡球23，固定卡球23得以從固定環槽27中脫出，則整個活動銷組件2在伸縮結構11的伸展力作用下伸出套筒4，連接套8的頂端進入對方模塊套筒4的孔中，當連接定位凸緣20接觸到凸出限位結構15吋，連接套8被卡住不再伸出，此時己方的連接卡球17剛好處于對方連接環槽16位置，弾性結構10被壓縮，卡緊銷9繼續伸出直到卡緊定位凸緣26接觸到連接套7時停止，由銷頭21將對方的連接卡球17壓入己方的連接環槽16內，使得模塊對接牢靠。模塊斷開時，兩對接機構的斷開電磁鐵6同時通電，先吸引卡緊銷9壓縮伸縮結構11，當銷頭21的底板接觸到限位塊19時，銷頭21的柱面已離開連接卡球17，使連接卡球17可以從連接環槽16中脫出，然后整個活動銷組件2靠近斷開電磁鐵6，直到限位塊19接觸到定位環5停止，此時固定卡球23處于固定環槽27的 位置，活動塊25被斷開電磁鐵6吸引，其柱面將固定卡球23壓入固定環槽27中使活動銷組件2被固定，模塊相互斷開。
權利要求
1.一種用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征在于，包括框架組件、活動銷組件和定位組件，其中定位組件設置于框架組件的端面，活動銷組件嵌套于框架組件內，框架組件的一端面與所需對接的框架組件的端面相接觸，另一端面與所述自重構機器人的模塊本體相連； 所述的框架組件包括套筒、定位環、斷開電磁鐵和底板，其中定位環固定在套筒內壁，底板與套筒連接，斷開電磁鐵設置于底板中央井置于套筒內； 所述的活動銷組件包括連接套、卡緊銷、弾性結構和伸縮結構，其中連接套設置在框架組件的套筒的孔內，卡緊銷設置在連接套內，弾性結構設置在連接套底面與卡緊銷之間，伸縮結構設置在卡緊銷與框架組件的定位環之間。
2.根據權利要求I所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的定位組件包括設置于框架組件端面圓周上的傳感器。
3.根據權利要求2所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的傳感器包括接收器和發射器，其中接收器以90°間隔均勻布置于框架組件端面圓周上，發射器設置于任意兩個接收器之間并與其中一個接收器在圓周上間隔30°。
4.根據權利要求I所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的連接套包括兩個連接卡球、兩條卡球保持條、限位塊和連接定位凸緣，其中兩個連接卡球分別嵌在兩條卡球保持條的孔中，兩條卡球保持條分別位于框架組件的套筒內圓周直徑線的兩端，卡球保持條的底部為連接定位凸緣，連接定位凸緣與限位塊連接。
5.根據權利要求4所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的套筒一端有凸出限位結構，凸出限位結構端面的內壁上開有連接環槽。
6.根據權利要求5所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的連接定位凸緣與凸出限位結構的間隙為連接卡球的中心到框架組件的套筒端面距離的2倍。
7.根據權利要求I所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的卡緊銷包括銷頭、連接啟動電磁鐵、若干固定卡球、卡球保持筒、活動塊和卡緊定位凸緣，其中連接啟動電磁鐵設置于銷頭的底部中央井置于卡球保持筒內，若干固定卡球以均勻間隔嵌在卡球保持筒的筒壁中，帶有錐面的活動塊置于卡球保持筒內，銷頭的底板與卡球保持筒連接，活動塊的柱面與卡球保持筒的內壁形成摩擦面。
8.根據權利要求7所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的定位環上開有固定環槽，固定環槽的槽的直徑等于固定卡球的直徑，固定環槽的環的最大直徑為活動塊的柱面直徑加兩倍固定卡球的直徑。
9.根據權利要求7所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的彈性結構設置在連接套底面與卡緊銷的銷頭的底部上表面之間，伸縮結構設置在卡緊銷的銷頭的底部與框架組件的定位環之間。
10.根據權利要求9所述的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，其特征是，所述的彈性結構和伸縮結構均為彈簧，伸縮結構的伸展力要大于彈性結構。
全文摘要
一種與機械手配合的用于自重構機器人的基于銷-孔卡緊的對接機構，包括框架組件、活動銷組件和定位組件，其中定位組件設置于框架組件的端面，活動銷組件嵌套于框架組件內，框架組件的一端面與所需對接的框架組件的端面相接觸，另一端面與所述自重構機器人的模塊本體相連；所述的框架組件包括套筒、定位環、斷開電磁鐵和底板，其中定位環固定在套筒內壁，底板與套筒連接，斷開電磁鐵設置于底板中央并置于套筒內。本發明結構簡潔，沒有復雜曲線和曲面的零部件；運動簡單，只有活動銷一個組件做直線運動；控制方便，只需控制兩個電磁鐵的通電就可啟動對接機構連接與斷開動作，對接快速度可靠。
文檔編號B25J9/00GK102862159SQ201210398998
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者印波, 徐威, 王石剛, 梁振寧, 胡文, 代欣 申請人:上海交通大學