本實用新型涉及一種對接機構，尤其是涉及一種抓持式對接機構。

背景技術：

在模塊化多機器人研究領域，機器人之間分工協作及對接組合的實現方式，與模塊化機器人作業范圍及構形能力直接相關．其中，連接機構的設計又是該問題的關鍵所在．近年來，國內外學者就此提出了多種機構方案，如：采用勾爪型結構的ATRON自重構多機器人系統連接機構；SWARM BOT模塊連接機構則設計為鉗形；東京工業大學的SMC機器人為了實現連接機構的多功能化，研制了擴張式的對接機械手，以實現多個模塊的連接；Guarnieri等設計的HELIOS VⅢ型模塊化機器人系統利用繩驅式指機械手來實現機器人連接與協作；CONRO機器人則出于緊湊化設計考慮，使用了記憶合金驅動的卡銷式對接機構；北京航空航天大學研制的JL-1型可重構多機器人系統采用楔塊式連接機構，以獲得可靠的連接效果。

上述連接機構在一定程度上實現了重構機器人之間的自組合分解功能。但對于崎嶇地形作業、多機器人自修復與自搬運等特殊任務，上述連接機構還不能滿足使用要求，存在的主要缺陷為：1）連接機構不能大角度抓持物體，功能范圍具有局限性；2）連接機構與抓持機構彼此干涉，造成附加載荷以及結構臃腫；3）對位姿偏差的適應能力尚有不足，尤其在機器人本體相互位姿偏差較大的情況下，連接機構難以實現剛性對接。

根據崎嶇地形的特點，本發明提出了一種新型抓持式對接機構，該機構集成抓持、對接功能于一體，采用等效球鉸作為關節，通過凸輪槽形變化控制其手指張合。其主要特點是采用少自由度驅動消除6個維度的位姿偏差，不僅能在較大偏差情況下主動對接及分解，還滿足抓舉物體、相互協作及構型轉換等野外作業要求。

技術實現要素：

本發明提供一種抓持式對接機構，該機構集成抓持、對接功能于一體，采用等效球鉸作為關節，通過凸輪槽形變化控制其手指張合。

本發明所采用的技術方案是。

抓持對接組件是實現機器人剛性對接的關鍵組件，包括并聯調姿機構、凸輪抓持機構兩部分。并聯調姿機構可以實現偏擺、俯仰兩自由度調整；凸輪抓持機構的最大特點是具備兩種工作狀態：抓持狀態和對接狀態，兩種狀態的過渡通過凸輪槽進行控制，可分別完成多機器人協作、抓取物體及剛性對接等。

所述的抓持式對接機構需要3個電機驅動：兩個調姿電機和1個對接電機。調姿電機帶動兩個滾珠絲杠旋轉，凸輪抓持機構通過1個主虎克鉸與主支撐桿相聯，又通過兩個副虎克鉸和滾珠絲杠單元相聯。

所述的抓持式對接機構以主虎克鉸旋轉中心為原點建立坐標系，可獨立實現俯仰（繞Y軸）、偏擺（繞X軸）的姿態調整。對接電機帶動滑鍵單元旋轉，滑鍵單元可隨機械手單元的空間姿態變化自動調整長度，同時傳遞扭矩驅動齒輪單元、夾持絲杠旋轉，推動對接套進退，并帶動滑槽柱在凸輪滑槽中前后滑動，用以控制機械手指的張合角度。對接套端面上設有1個主對接錐孔和4個副對接錐孔，對接操作時主對接錐孔和副對接錐孔將依次進行導引和糾偏，最終實現兩機器人的完全約束。

所述的翻滾組件是旋轉調姿組件，該組件具有1個繞Z軸旋轉的自由度。與對接套的錐孔相對應，翻滾對接盤端面設有1個主對接錐頭和4個副對接錐頭，對接時與抓持對接組件配合協調位姿關系。

本發明的有益效果是：集成抓持、對接功能于一體，采用等效球鉸作為關節，通過凸輪槽形變化控制其手指張合。其主要特點是采用少自由度驅動消除6個維度的位姿偏差，不僅能在較大偏差情況下主動對接及分解，還滿足抓舉物體、相互協作及構型轉換等野外作業要求。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的抓持對接組件的機構原理圖。

圖2是本發明的抓持對接組件的整體結構圖。

圖3是本發明的翻滾組件結構圖。

其中，1為主支撐桿、2為滑鍵單元、3為主虎克鉸、4為齒輪單元、5為夾持絲杠、6為機械手指、7為對接套、8為凸輪抓持機構、9為副虎克鉸、10為滾珠絲杠單元、11為調資電視、12為對接電機、13為俯仰調整、14為機械手張合、15為偏擺調整、16為主對接錐頭、17為翻滾對接盤、18為翻滾驅動電機、19為副對接錐頭。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，抓持對接組件是實現機器人剛性對接的關鍵組件，包括并聯調姿機構、凸輪抓持機構兩部分。并聯調姿機構可以實現偏擺、俯仰兩自由度調整；凸輪抓持機構的最大特點是具備兩種工作狀態：抓持狀態和對接狀態，兩種狀態的過渡通過凸輪槽進行控制，可分別完成多機器人協作、抓取物體及剛性對接等。

如圖1，抓持式對接機構需要3個電機驅動：兩個調姿電機和1個對接電機。調姿電機帶動兩個滾珠絲杠旋轉，凸輪抓持機構通過1個主虎克鉸與主支撐桿相聯，又通過兩個副虎克鉸和滾珠絲杠單元相聯。

如圖2，抓持式對接機構以主虎克鉸旋轉中心為原點建立坐標系，可獨立實現俯仰（繞Y軸）、偏擺（繞X軸）的姿態調整。對接電機帶動滑鍵單元旋轉，滑鍵單元可隨機械手單元的空間姿態變化自動調整長度，同時傳遞扭矩驅動齒輪單元、夾持絲杠旋轉，推動對接套進退，并帶動滑槽柱在凸輪滑槽中前后滑動，用以控制機械手指的張合角度。對接套端面上設有1個主對接錐孔和4個副對接錐孔，對接操作時主對接錐孔和副對接錐孔將依次進行導引和糾偏，最終實現兩機器人的完全約束。

如圖3，翻滾組件是旋轉調姿組件，該組件具有1個繞Z軸旋轉的自由度。與對接套的錐孔相對應，翻滾對接盤端面設有1個主對接錐頭和4個副對接錐頭，對接時與抓持對接組件配合協調位姿關系。