[发明专利]一种具备机械电气双连能力的自重构机器人对接机构

说明书

本发明公开了一种具备机械电气双连能力的自重构机器人对接机构，包括：外圈壳体、驱动组件、曲柄滑锁机构组件、电气连接器组件、角度传感器及主动对接面，其中：驱动组件和主动对接面分别固定于外圈壳体的上、下端面；驱动组件设有减速电机和蜗轮蜗杆，通过传动轴与曲柄滑锁机构组件实现动力传递；曲柄滑锁机构组件固定于主动对接面的上端面，并通过布置其中心的角度传感器形成闭环反馈，实现四个钩爪运动的精确控制；电气连接器组件布置于角度传感器下方，且内嵌于主动对接面的中心。本发明可在任意正交方位下同时实现自重构机器人的机械连接和电连接，且结构紧凑、锁紧可靠，可满足多个自重构机器人串联后的重力、供电及通信需求。

技术领域

本发明涉及模块化自重构机器人，特别涉及适用于自重构模块化机器人的对接机构，具体地说是一种具备机械电气双连能力的自重构机器人对接机构。

背景技术

模块化自重构机器人是目前机器人领域重要的研究热点。融合了“变形重构”和“自主移动”设计思想的自重构机器人，是一个自治的机械电子单元，具有独立的运动、计算和通信能力。它通常由多个相互独立的标准模块组成，各模块间通过对接接口完成机械和电气的连接/断开，实现模块间相对位置和拓扑结构的变换，以适应多种复杂的任务场景和功能需求。相比于传统结构化机器人，模块化自重构机器人最主要特点就是自重构功能和自修复功能，具有更加优越的灵活性、变通性和极强的环境适应能力，使它能在空间探测、海洋开发、医疗辅助、家居服务等诸多非结构化环境中工作。

对接机构作为模块化自重构机器人的重要子组件，是保证各模块间能够实现有效对接/分离，建立各模块间机械连接关系，进而完成自重构、自组装，同时具备自我修复能力的核心要素之一。与此同时，在保证机械连接可靠的基础上，还需完成电气连接，实现各单体模块间的电源共享与通信。目前，国内外研制的自重构模块化机器人的对接机构主要有机械连接、磁铁连接、机械/磁铁与形状记忆合金(SMA)、机械与磁铁四种连接形式，对接机制普遍为单一组合对接机制，即主动面与被动面对接，极大限制了模块间的自重构配置形式。此外，对接机构和模块化机器人的运动执行机构一体化设计造成了模块化机器人整机体积偏大，影响了机构的运动灵活性和运动精度。此外，由于各模块化机器人之间通常设置为独立供电和无线传输，导致相邻模块发生断电及通信故障时无法对其进行从动控制。因此有必要设计一种具备机械、电气双连能力的高效对接机构，以满足自重构模块化机器人的对接需求。通过查阅国内外文献发现，目前实现机械、电气同时连接的对接机构有英国谢菲尔德大学的Christopher Parrott等人在《Higen：A High-Speed GenderlessMechanical Connection Mechanism with Single-Sided Disconnect for Self-Reconfigurable Modular Robots》中提出的HiGen对接机构和德国卡尔斯鲁厄理工学院的Jens Liedke等人在《CoboLD-A Bonding Mechanism for Moular Self-ReconfigurableMobile Robots》中提出的CoBoLD对接机构。上述的两种对接机构均采用无性对接机制，虽然这种对接机制可以在模块单方面故障的情况下完成连接/分离动作，但占用了额外的空间来布置执行元件，增加了机构的体积。此外，HiGen对接机构整机采用ABS材质，难以满足多模块串联运动所需的高承载力。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具备机械电气双连能力的自重构机器人对接机构。对接机构由外圈壳体、驱动组件、曲柄滑锁机构组件、电气连接器组件、角度传感器及主动对接面组成；曲柄滑锁机构组件固定于主动对接面的主动连接底板背面，主动连接底板中心布置有电气连接器组件，角度传感器固定于电气连接器组件上表面，且其感应芯片的中心与主动连接底板中心重合；外圈壳体的上下端面分别与驱动组件、主动连接底板通过螺钉紧固；