一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置制造方法及圖紙

一種用于模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置，主、被動對接面之間采用勾爪式連接結構，主動連接機構的驅動直流電機的輸出經過一對傘齒輪傳動帶動連接在鉸支連桿機構一端的滑塊做直線運動，滑塊上設有鉤爪，鉤爪的繞軸旋轉，實現與被動對接面的卡緊和分離。本實用新型專利技術具有功耗低、無退出行程、鎖緊、分離動作迅速。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及模塊化自重構機器人，尤其涉及一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置。
技術介紹
模塊化自重構機器人由若干具有一定自治能力和感知能力的單元模塊組成。各模塊具備統一機械和電氣接口，可自主對接組裝為各種聯體構型并可相互轉換，從而實現不同的運動和操作功能。模塊化自重構機器人的主要特點是自重構功能和自修復功能，要求單元模塊的連接機構必須保證單元模塊間的機械連接可靠、分離容易，同時要求體積小、能耗低等。因此連接機構是模塊化自重構機器人設計中最重要的問題之一。 目前，模塊化自重構機器人的連接機構主要有機械連接、磁鐵連接(永磁鐵和電磁 鐵)、機械或者磁鐵與形狀記憶合金(SMA)結合、機械與磁鐵等方式。永磁式的連接機構具有連接強度大，體積小的優點，但其主要問題在于對接面的抗剪切能力較弱，在機器人整體運動過程中若速度規劃不合理，兩連接模塊間存在相對運動趨勢時導致連接不可靠；電磁式的連接機構可以降低機構設計的復雜性，但存在體積大、重量大、發熱量大以及負載能力小等問題；銷孔式雖然機構簡單，但存在占用空間大、外置銷孔降低單元模塊運動能力、分離距離大等問題；SMA和機械結合方式，由于SMA的動作耗時耗能，因而不適合要求鎖緊分離動作迅速的情況。
技術實現思路
本技術為克服現有技術中存在的連接機構退出分離距離長、外置銷孔降低單元模塊運動能力、鎖緊分離操作緩慢以及自動連接進程無反饋的缺點，提供一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置。本技術通過以下技術方案實現一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置，每個單元模塊均包括有結構相同的前臂和后臂，前臂和后臂均為U型外框，前臂和后臂的U型外框開口相對，前臂的U型底平面定義為主動對接面，前臂的其余兩個側平面以及后臂的U型底平面和兩個側平面定義為被動對接面，主動對接面設有主動連接機構，被動對接面設有被動連接機構，任一單元模塊的主動對接面與其它單元模塊的被動對接面實施對接，其特征是主動連接機構包括設置一直流電機通過電機架固定在主動對接面的內側，直流電機的輸出軸上設有一個傘齒輪，設置與該傘齒輪垂直嚙合的第二傘齒輪，第二傘齒輪的軸通過軸承固定在主動對接面的中心孔內，第二傘齒輪的軸上設轉盤，在轉盤的直徑方向左、右兩端分別鉸支連接一根連桿，左側連桿的另一端與左側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，左側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在左上及左下滑塊上；右側連桿的另一端與右側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，右側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在右上及右下滑塊上，四個滑塊位于主動對接面中心孔的四個對稱角，每個滑塊均設有中心通槽，中心通槽內設有鉤爪，鉤爪上設有2個孔，設置一根上軸和一根下軸分別穿連鉤爪上的2個孔，上軸的兩端置于中心通槽兩側滑塊凸緣上設置的一直線滑槽內，下軸的兩端置于中心通槽兩側滑塊底座上設置的另一直線滑槽內，兩直線滑槽垂直，下軸直線滑槽與滑塊直線運動方向一致，在主動對接面的四個對角位置，設有四個相應的矩形通孔，矩形通孔位置與鉤爪對應；四個矩形通孔靠近中心孔的一端分別設有限位滑槽，系由兩塊間隔的凸耳構成并置于滑塊的中心通槽內，鉤爪厚度置于兩塊凸耳之間并與兩塊凸耳的內側面滑動配合，兩塊凸耳的外側面與滑塊中心通槽滑動配合，下軸的兩端分別穿連兩塊凸耳上設置的孔后，設置在滑塊底座的直線滑槽內；被動連接機構是設置在被動對接面四個對角位置的四個矩形通孔，四個矩形通孔遠離被動對接面中心的一端，均設置成倒梯形孔。在主動連接面四個頂角位置還設有微動碰觸開關以及四個紅外接收管，被動連接面四個頂角位置設有相應的四個紅外發射管。本技術具有以下優點及有益效果一、執行能耗小，具備自鎖功能；二、不需退出行程，可直接將連接鉤收入單元模塊內部；三、鎖緊、分離動作迅速；四、添加了自動連接成功電氣反饋機制。附圖說明圖I是主動連接面內側面的主動連接機構結構圖(鎖緊狀態)；圖2是圖I的反面；圖3是主動連接面內側面的主動連接機構結構圖(分離狀態)；圖4是圖3的反面；圖5是主動連接面內側限位滑槽示意圖；圖6是滑塊與鉤爪的裝配結構示意圖；圖7是被動連接面(U型底平面)；圖8是被動連接面(U型側平面；圖9是主、被動對接面實施對接后的示意圖(兩個U型底平面之間對接鎖緊)；圖10是主、被動對接面實施對接后的示意圖(U型底平面與U型側平面之間對接鎖緊);圖11是一個單元模塊示意圖。具體實施方式以下結合附圖和實施例，對本技術作進一步詳細說明。如圖I、圖2、圖3和圖4所示，驅動直流電機108通過“L”形電機架109固定在主動對接面103的內側面，驅動直流電機108輸出軸固定傘齒輪132，傘齒輪132與90度傘齒118嚙合傳動。傘齒輪118與旋轉盤117共軸122，軸122固定在對接面的中心旋轉軸承123內，則直流電機108可以驅動旋轉盤117轉動。曲連桿116、119的一端分別與旋轉盤117上的兩對稱軸孔鉸支連接，曲連桿116、119的另一端分別與直連桿112和113及130和131的一端鉸支連接在一起。當直流電機108驅動旋轉盤117轉動時，與旋轉盤上軸孔連接的曲連桿116、119受拉力向連接面103中心移動，由于連桿作用，進而拉動直連桿112、113、130、131，并使直連桿112與113之間、130與131之間的夾角變化，直連桿112、113、130、131的另一端分別與滑塊133、134、129、106的軸孔鉸支連接，滑塊106、129、133、134由于各自限位滑槽的作用只能沿著圖I中連接面103的縱向直線運動，并使得鉤爪107、121、124、127繞各自的旋轉軸旋轉。紅外接收管安裝孔102、104、111、114用于固定紅外接收管。添加微動開關作為自動連接成功時的電氣反饋，在兩個模塊化機器人自動連接時，在機器人單元模塊的兩對接面觸碰時，不應再進行大角度搜索，而是需要轉變為位置微調處理過程，當四個微動開關都有觸動時，即可以判斷兩單元模塊連接正對，并且完成鎖緊動作。因此在四個頂角處的微動開關安裝孔101、105、110、115內固定微動開關。如圖5，為主動對接面103 (內側)，中心孔136為中心旋轉軸承122的安裝孔，軸承與安裝孔固定連接。鉤爪槽孔125、126、120、128采用長方形結構，防止各自鉤爪的左右位移。四個旋轉座135分別作為四個滑塊的限位滑槽，保證在連桿作用時，滑塊沿著旋轉座135的外側面直線運動。如圖6，以四個相同結構的滑塊及鉤爪組合結構中的一個為例，鉤爪107置于滑塊 106的中心槽內，上軸503穿連鉤爪107上端后，軸兩端分別置于滑塊106兩凸耳上的垂直槽孔中。下軸501穿連鉤爪107下端后，軸兩端分別穿連旋轉座135的兩凸耳孔后分別置于滑塊106的水平直槽孔中。上軸503與下軸501方向一致但不在一條垂直線上。孔502是與連桿131的鉸支連接點。上軸503在縱向槽孔內上下滑動，而下軸501在橫向槽孔內左右滑動，由于下軸501固定在旋轉座135內，這樣由于鉤爪107被下軸501固定，滑塊106被連桿機構拉動直線運動時(向對接面103的水平中心線移動)，縱向槽孔內壁對上軸503有作用力，可使得鉤爪107繞下軸501即旋轉座135中心孔旋轉，達到鎖緊及分離的目的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置,每個單元模塊均包括有結構相同的前臂和后臂，前臂和后臂均為∪型外框，前臂和后臂的∪型外框開口相對，前臂的∪型底平面定義為主動對接面，前臂的其余兩個側平面以及后臂的∪型底平面和兩個側平面定義為被動對接面，主動對接面設有主動連接機構，被動對接面設有被動連接機構，任一單元模塊的主動對接面與其它單元模塊的被動對接面實施對接，其特征是：主動連接機構包括：設置一直流電機通過電機架固定在主動對接面的內側，直流電機的輸出軸上設有一個傘齒輪，設置與該傘齒輪垂直嚙合的第二傘齒輪，第二傘齒輪的軸通過軸承固定在主動對接面的中心孔內，第二傘齒輪的軸上設轉盤，在轉盤的直徑方向左、右兩端分別鉸支連接一根連桿，左側連桿的另一端與左側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，左側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在左上及左下滑塊上；右側連桿的另一端與右側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，右側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在右上及右下滑塊上，四個滑塊位于主動對接面中心孔的四個對稱角，每個滑塊均設有中心通槽，中心通槽內設有鉤爪，鉤爪上設有2個孔，設置一根上軸和一根下軸分別穿連鉤爪上的2個孔，上軸的兩端置于中心通槽兩側滑塊凸緣上設置的一直線滑槽內，下軸的兩端置于中心通槽兩側滑塊底座上設置的另一直線滑槽內，兩直線滑槽垂直，下軸直線滑槽與滑塊直線運動方向一致，在主動對接面的四個對角位置，設有四個相應的矩形通孔，矩形通孔位置與鉤爪對應；四個矩形通孔靠近中心孔的一端分別設有限位滑槽，系由兩塊間隔的凸耳構成并置于滑塊的中心通槽內，鉤爪厚度置于兩塊凸耳之間并與兩塊凸耳的內側面滑動配合，兩塊凸耳的外側面與滑塊中心通槽滑動配合，下軸的兩端分別穿連兩塊凸耳上設置的孔后，設置在滑塊底座的直線滑槽內；被動連接機構是設置在被動對接面四個對角位置的四個矩形通孔，四個矩形通孔遠離被動對接面中心的一端，均設置成倒梯形孔。...

【技術特征摘要】
1.一種模塊化自重構機器人單元模塊之間的連接裝置，每個單元模塊均包括有結構相同的前臂和后臂，前臂和后臂均為U型外框，前臂和后臂的U型外框開口相對，前臂的U型底平面定義為主動對接面，前臂的其余兩個側平面以及后臂的U型底平面和兩個側平面定義為被動對接面，主動對接面設有主動連接機構，被動對接面設有被動連接機構，任一單元模塊的主動對接面與其它單元模塊的被動對接面實施對接，其特征是 主動連接機構包括設置一直流電機通過電機架固定在主動對接面的內側，直流電機的輸出軸上設有一個傘齒輪，設置與該傘齒輪垂直嚙合的第二傘齒輪，第二傘齒輪的軸通過軸承固定在主動對接面的中心孔內，第二傘齒輪的軸上設轉盤，在轉盤的直徑方向左、右兩端分別鉸支連接一根連桿，左側連桿的另一端與左側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，左側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在左上及左下滑塊上；右側連桿的另一端與右側另外兩根連桿的一端共同鉸支連接在一起，右側另外兩根連桿的另一端分別鉸支連接在右上及右下滑塊上，四個滑塊位于主動對接面中心孔的四個對稱角...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋光明，喬貴方，孫洪濤，王衛國，張軍，宋愛國，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：