CN102059709A - 机器人机械对接装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人技术领域的机器人机械对接装置，包括：框架***及设置于其内部的动力驱动***、运动转换***、连杆传动***和对接滑块，动力驱动***设置于框架***的底板上，运动转换***与动力驱动***活动连接，连杆传动***设置在运动转换***的滑块上并以运动转换***为中心做旋转运动，对接滑块固定连接于连杆传动***的端部。本发明可用于机器人之间的机械连接，以及其他各种机械装置的连接，具有连接迅速，强度高，稳定性好的特点。

Description

机器人机械对接装置

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种机器人机械对接装置。

背景技术

高可靠、高强度的机械对接接口是模块机器人***在组装的过程中稳定运动的前提，良好的接口设计可以实现自重构模块机器人组装变换过程中的快速性、准确性和稳定性。同时，高强度的机械对接接口也是其他机械设备快速连接、分离的迫切需要。在以往的接口设计中大致有以下一些方案：1.电磁或永磁接口；2.SMA磁致伸缩接口；3.机械接口。

日本东京技术研究所Satoshi Murata的发明专利(US Patent No.6,568,869 B1)(ThreeDimensional Universal Unit for Movable Structure)(可移动结构的三维通用单元)中设计的M-TRAN系列自重构机器人模块，其中M-TRAN II采用了永磁体接口，较之机械接口，永磁体接口的连接强度不足，承载力小，适合于载荷小的场合，在另一版本M-TRAN III则采用了机械接口，但仍然有接触强度不足的缺点。

美国南加州大学Wei-Min Shen等人的发明专利(US Patent No.6,635,781)(DistributedControl and Collaboration of Autonomous Agents in a Dynamic Reconfigurable System)(动态自重构***中自控制主体的分布式控制和协作)中设计的Superbot自重构机器人模块，对接面上设置呈对角线布置的四个滑块夹头，从而使模块间能够互相匹配地钳制并牢固地对接上。

Mark Yim等人在《IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS》(《IEEE/ASME机械电子学报》)(Vol.7，No.4，2002年12月)中发表文章“Connecting andDisconnecting for Chain Self-Reconfiguration with PolyBot”(“链式自重构机器人——PolyBot的连接和断开”)，其提出的自重构机器人模块通过单链连接围成平面晶格。对接时通过对接面上四个轴及与之相匹配的由记忆合金控制大小的两个孔，牢固地对接上。但此设计造价成本过高且同样不能保证空间多位置模块的连接，实现自重构任务难度较大。在其改进型的机器人中，虽然也采用了机械接口，但仍然过于复杂且强度不高。因此，目前自重构模块机器人在接口的强度、连接精度和***鲁棒性，能源动力等方面皆还有待发展。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种机器人机械对接装置，可用于机器人之间的机械连接，以及其他各种机械装置的连接，具有连接迅速，强度高，稳定性好的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：框架***及设置于其内部的动力驱动***、运动转换***、连杆传动***和对接滑块，其中：动力驱动***设置于框架***的底板上，运动转换***与动力驱动***活动连接，连杆传动***设置在运动转换***的滑块上并以运动转换***为中心做旋转运动，对接滑块固定连接于连杆传动***的端部。

所述的框架***包括：底板、盖板、传感器和电气接口件，其中：底板的一侧与盖板相连，另一侧与机器人相连，盖板的一侧连在底板上，与底板形成一个基本封闭的腔体，传感器和电气接口件分别设置于盖板的端面上。

所述的盖板的端面上开有圆弧形滑槽。

所述的动力驱动***包括：动力源及转接板，其中：动力源与框架***相连，转接板一端设置于动力源的输出轴上，另一端与运动转换***相连。

所述的运动转换***包括：螺旋滑槽盘、直线滑槽盘、直线滑槽铜套和圆柱滚子滑块，其中：螺旋滑槽盘与动力驱动***的转接板相连，直线滑槽盘与框架***的底板相连且在空间上将螺旋滑槽盘包含在其底部空腔内，直线滑槽铜套设置在直线滑槽盘的截面为阶梯型的直线滑槽内，圆柱滚子滑块嵌入设置在直线滑槽铜套中，其末端滚子穿过直线滑槽***到螺旋滑槽盘的等速螺旋线滑槽中。

所述的螺旋滑槽盘上开有等速螺旋线滑槽，该等速螺旋线滑槽沿着等速螺旋线运动，转过相同角位移时，在半径方向的位移增量也相同。

所述的直线滑槽盘上面开有阶梯型直线滑槽。

所述的连杆传动***包括：对接滑块，两组左右对称配置的第一连杆组以及一组第二连杆组，其中：每组第一连杆组由两条相互铰接的连杆组成，这两条连杆一端与运动转换***的圆柱滚子滑块相连，另一端分别与对应的第二连杆组中连杆的底面相连，第二连杆组由两条连杆铰接组成，第二连杆组中连杆的底面与对应的第一连杆组中连杆相连接，其端面与对接滑块相连。

所述的对接滑块为阶梯形滑台结构，左右端面为斜面，该斜面的反向延长线相较于第二两杆的铰接中心轴线上。

所述的左右端面上分别设有结构相匹配的弧形销及弧形孔。

本发明的对接机构结构简洁、合理，控制方便、可靠，对接精度及可靠性高。即可确保对接的顺利实现。

该接口可用于模块机器人之间的机械连接，也可用于管道、安全门、舱体、容器端盖等的机械锁紧，具有连接简单迅速，强度高，稳定性好的特点。

附图说明

图1本发明结构示意图。

图2为实施例主视图与俯视图。

图3为接口内部视图。

图4为螺旋滑槽盘零件图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-4所示，本实施例包括：框架***1、动力驱动***2、运动转换***3、连杆传动***4、对接滑块5，其中：框架***1一端与机器手臂相连，动力驱动***2设置于框架***1的底板上，运动转换***3与动力驱动***2的输出相连，连杆传动***设置4在运动转换***3的滑块之上，并可绕固定于运动转换***3的中心轴做旋转运动，对接滑块5用螺纹连接在连杆传动***4的端部。

所述的框架***1包括：底板6、盖板7，传感器及电气接口件8，其中：底板6一端与机器手臂相连，另一端与动力驱动***2及相连；盖板7通过螺钉连接在底板6上，传感器及电气接口件8布置于盖板7的端面上。

所述的底板6一端连接于机器手臂，是整个对接***各组件的基础设置平台，***的其余各主要组件均依附其上。

所述的盖板7为一个一面去除、中间掏空的长方体盒状零件，通过螺钉连接在在底板6上，将对接机构的内部结构封装在其空腔内。所述的盖板7的前端面上开有中心孔9及四条对称分布的弧形槽10.

所述的中心孔9为装配工艺孔。

所述的四条环形槽10对称分布于同一圆周上，各槽结构相同，所夹圆心角相等。对接滑块5即在所述的环形槽10内运动。

所述的传感器8-1及电气接口件8-2分别设置在盖板7的端面上。其中：传感器8-1为两组不同的传感器，对应成左右对称布置，对接时通过传感器8-1的感应定位，即可保证两个对接面准确对位；电气接口件8-2为触点式结构，亦为左右对称设置。

所述的动力驱动***2包括：动力源11、法兰盘12、转接板13，其中：动力源11设置在底板6上，法兰盘12直接连接在动力源11的输出轴上，转接板13与法兰盘12通过螺钉连接。

所述的动力源11可采用电机、人力手柄或其他液压、气动旋转部件，仅需要提供正反转的旋转动力即可。

所述的法兰盘12通过花键连接到动力源11的输出轴上。

所述的转接板13一端接法兰盘12，另一端用螺钉与运动转换***3的螺旋滑槽盘14相连。

所述的运动转换***3包括：螺旋滑槽盘14，直线滑槽盘15，直线滑槽铜套16，圆柱滚子滑块17，其中：螺旋滑槽盘14连接在转接板13上，直线滑槽盘15通过螺钉与底板6相连，直线滑槽铜套16设置于直线滑槽盘15端面的直线滑槽18内，圆柱滚子滑块17中间主体滑块嵌入直线滑槽铜套16内，下部滚子***螺旋滑槽盘14的等速螺旋线滑槽19内。

所述的螺旋滑槽盘14上开有两条中心对称的等速螺旋线(阿基米德曲线)滑槽19。

所述的等速螺旋线滑槽19为等深度的、以等速螺旋线为准线的曲线槽，沿着此滑槽运动时，相对于滑槽原点(即等速螺旋线起点)，角位移相同时，半径方向上位移增量也相同。

所述的直线滑槽盘15上开有阶梯型直线滑槽18，铜套16即设置在直线滑槽18中。

所述的直线滑槽铜套16所起作用为减少圆柱滚子滑块17在直线滑槽中运动时的摩擦阻力，保证运动的流畅和精度，延缓磨损失效；

所述的圆柱滚子滑块17由三部分组成，其下部滚子约束在螺旋滑槽盘14的等速螺旋线滑槽19内，中间主体阶梯型滑块嵌入滑槽铜套16中，端面上铰接联接第一连杆组。

连杆传动***4包括：第一连杆组20，第二连杆组21，其中：第一连杆组20铰接在运动转换***3的圆柱滚子滑块17的上端面，另一端与第二连杆组铰接；第二连杆组的端面上设置对接滑块5。

所述的第一连杆组20分为两组，每组两条，同一组连杆相互铰接，两组连杆左右对称配置。

所述的第二连杆组21共两条，两杆中心处铰接在一起，其中心轴与盖板7中心轴重合。

所述的对接滑块5设置在第二两杆组的端面上。

所述的对接滑块5主体为阶梯形滑台，左右端面为斜面，其反向延长线相较于第二两杆的铰接中心轴线上。

所述的对接滑块5的左右斜端面上分别设有弧形销5-1及弧形孔5-2，其中销、孔基本尺寸一致，相互配合。

工作时，动力源11带动螺旋滑槽盘14旋转，在螺旋滑槽盘14和直线滑槽盘15的约束下，两个圆柱滚子滑块17将沿直线滑槽铜套16相向运动。两个圆柱滚子滑块17的驱动下第一连杆组20和第二连杆组21组成的空间六杆机构，第二连杆组21两连杆将实现相应的交叉运动，固连在第二连杆组21端面上的四个接口滑块5也将相应地沿盖板7端面弧形槽10相互运动靠近或分离。

在对准过程中，相对接的接口将提前做出调整：两个接口装置的对接滑块5所处的初始位置需相应错开，这样才能保证在靠拢过程中，两接口对应的四个接口滑块5分别嵌入对方滑槽10的空隙中。

在对准完成后，只需运动各自或单独一个接口的接口滑块，两组接口滑块均能够将相应的接口销滑入对应的销孔中，从而实现了对接的紧固。

其中，位于盖板7端面的传感器在对接过程中起到了指导对准的功能；电气接口件在结合后实现了能源信息的交互。

综上所述的，本装置整体结构紧凑，强度高，对接、设置，模块之间对接方便、迅捷、牢固的特点，改进了以往接口强度不足的缺点。并且本装置不仅可作为自重构机器人模块，还可作为智能接口应用于其他机械装置。

Claims (10)

1.一种机器人机械对接装置，其特征在于，包括：框架***及设置于其内部的动力驱动***、运动转换***、连杆传动***和对接滑块，其中：动力驱动***设置于框架***的底板上，运动转换***与动力驱动***活动连接，连杆传动***设置在运动转换***的滑块上并以运动转换***为中心做旋转运动，对接滑块固定连接于连杆传动***的端部。

2.根据权利要求1所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的框架***包括：底板、盖板、传感器和电气接口件，其中：底板的一侧与盖板相连，另一侧与机器人相连，盖板的一侧连在底板上，与底板形成一个基本封闭的腔体，传感器和电气接口件分别设置于盖板的端面上。

3.根据权利要求2所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的盖板的端面上开有圆弧形滑槽。

4.根据权利要求1所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的动力驱动***包括：动力源及转接板，其中：动力源与框架***相连，转接板一端设置于动力源的输出轴上，另一端与运动转换***相连。

5.根据权利要求1所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的运动转换***包括：螺旋滑槽盘、直线滑槽盘、直线滑槽铜套和圆柱滚子滑块，其中：螺旋滑槽盘与动力驱动***的转接板相连，直线滑槽盘与框架***的底板相连且在空间上将螺旋滑槽盘包含在其底部空腔内，直线滑槽铜套设置在直线滑槽盘的截面为阶梯型的直线滑槽内，圆柱滚子滑块嵌入设置在直线滑槽铜套中，其末端滚子穿过直线滑槽***到螺旋滑槽盘的等速螺旋线滑槽中。

6.根据权利要求5所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的螺旋滑槽盘上开有等速螺旋线滑槽，该等速螺旋线滑槽沿着等速螺旋线运动，转过相同角位移时，在半径方向的位移增量也相同。

7.根据权利要求5所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的直线滑槽盘上面开有阶梯型直线滑槽。

8.根据权利要求1所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的连杆传动***包括：对接滑块，两组分别左右对称配置的第一连杆组以及一组第二连杆组，其中：每组第一连杆组由两条相互铰接的连杆组成，这两条连杆一端与运动转换***的圆柱滚子滑块相连，另一端分别与对应的第二连杆组中连杆的底面相连，第二连杆组由两条连杆铰接组成，第二连杆组中连杆的底面与对应的第一连杆组中连杆相连接，其端面与对接滑块相连。

9.根据权利要求8所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的对接滑块为阶梯形滑台结构，左右端面为斜面，该斜面的反向延长线相较于第二两杆组的铰接中心轴线上。

10.根据权利要求9所述的机器人机械对接装置，其特征是，所述的左右端面上分别设有结构相匹配的弧形销及弧形孔。

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