[發明專利]一種面向自重構球形機器人對接的對接機構

在審

• 申請號: 202011333124.3
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112518769A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 孫漢旭;霍東帥;宋荊洲
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種滿足高機動自重構智能球形機器人對接的對接機構。采用錐桿式對接機構，球頭式鎖緊機構，耳機式通信機構，電機驅動式旋轉機構。被動對接機構裝有電磁鐵驅動的鎖緊組件，通過周向定位組件實現兩對接機構的軸向對接與分離，且完成對接后具備無功耗自保持能力；主動對接機構上安裝有實現周向定位組件，且完成對接后具備周向旋轉功能；主動對接機構上的球頭和被動對接機構上的錐孔在中軸線上布置有通信連接器組件，采用耳機式通信機構，可實現球形機器人在任意正交方位下主動對接機構和被動對接機構面對對接時的通信傳輸；被動對接機構上的電感式傳感器可檢測主動對接機構上的球頭是否進入被動對接機構的錐孔；被動對接機構對接面上的輕觸開關，可檢測到主、被動對接機構對接面是否重合，以實現精準對接。本發明具有微沖擊、大容差、高性能特點，接口功能多樣，可實現自重構球形機器人結構和功能的多樣化；同時實現機械連接與通信連接，滿足自重構球形機器人連接后的通信需求。

技術領域

本發明涉及自重構模塊化機器人，特別涉及適用于自重構球形機器人的對接機構，具體地說是一種應用于自重構球形機器人對接的對接機構。

背景技術

自重構模塊化機器人由一定數量的具有簡單功能和感知能力的模塊組成，每個模塊具有計算及通信能力，配備多種傳感器、驅動器、機械傳動裝置等。該類機器人無需外界幫助，它可以根據工作環境通過模塊之間的自動連接或脫離改變系統的空間拓撲構型，來實現和完成不同的工作任務，具有多功能、自重構和低成本的優點。根據自重構機器人的模塊連接拓撲形式，可將其分為鏈型和網格型兩種類型。鏈型機器人通過模塊之間的連接和分離實現一連串單元模塊的重構，如HitMSR，CONRO，PolyBot等，而網格型機器人則能在二維或三維空間內構型，如ATRON，M-TRAN，M-Cubes等。自重構模塊化機器人通過模塊之間的重構能夠完成普通固定構型機器人所無法完成的任務，特別適用于一些未知環境和非結構環境等特殊場合，如太空探索、深海檢測、災后救援等。自重構模塊化機器人要想實現自重構，模塊之間的連接和分離是關鍵，對接系統的設計尤為重要。

本設計面向的自重構球形機器人對接機構設計之前并沒有先例。面向自重構球形機器人對接的對接機構設計，需要將現有的球形機器人運動理論融入到對接機構的機械系統，機械系統的設計要比一般的對接機構機械設計復雜很多，需完成重量和驅動力的匹配和零件的安裝位置，保證各模塊間能夠實現有效對接和分離，在保證機械連接可靠的基礎上，還要實現有線通信連接，保證各模塊球形機器人間的實時通信。

發明內容

本發明的目的就是提供一種應用于自重構球形機器人對接的對接機構。對接機構分為主動對接機構和被動對接機構。主、被動對接機構由電磁鐵組件、鎖緊機構組件、軸向定位組件、周向定位組件、通信組件、2個軸承及2個外圈殼體組成。

所述的電磁鐵組件包括電磁鐵磁體、電磁鐵移動桿和復位彈簧組成。電磁鐵固定于被動對接機構后端蓋，電磁鐵移動桿與鎖緊機構組件固連，移動中心桿內部布有通信線。

所述的鎖緊機構組件由鎖緊環、鎖緊機構法蘭、鎖緊球形插銷和接納錐組成。鎖緊機構法蘭一端與電磁鐵移動桿固連，另一端與鎖緊環固連。鎖緊環由兩個內圈構成，內圈1套在接納錐末端的外圈上，在電磁鐵組件的作用下，可以在接納錐末端外圈的軸線上前后移動，內圈2留有一定的空間，可以儲存鎖緊球形插銷溢出的部分。鎖緊球形插銷可相對接納錐徑向運動。

所述的軸向定位組件由電感式傳感器和2個軸向定位檢測開關組成。電感式傳感器內嵌于被動對接機構的對接面，感應頭朝向接納錐軸心。軸向定位檢測開關對稱內嵌于被動對接機構的對接面。

所述周向定位組件由2個彈簧定位插銷、2個周向定位檢測開關、電機和球頭式錐桿組成。2個彈簧定位插銷對稱內嵌于被動對接機構的對接面，2個周向定位檢測開關對稱內嵌于主動對接機構的對接面，電機的定子與外圈殼體固連，轉子通過電機法蘭與球頭式錐桿固連，電機的轉子和球頭式錐桿在同一軸線上。

所述2個軸承的內圈與球頭式錐桿外圈配合，2個軸承的外圈與外圈殼體的內圈配合。