一种快速连接装置

技术领域

本发明涉及可重构模块化机器人领域，尤其涉及一种快速连接装置。

背景技术

20世纪90年代以后，自重构机器人开始在世界各国得到了极大的发展，尤其是日本和美国在这方面的发展最为迅速。美国、日本的一些大学和科研机构对重构机器人的重构技术、变形策略、运动规划、控制算法、体系结构和协同控制等方面进行了广泛而深入的研究，机器人的重构方式也由最初的静态可重构方式发展为动态的自重构方式，并建立了多种模型实验系统，不论是在技术上还是性能上这一研究都取得了很大的进步。模块之间采用快速连接装置，可以方便地进行维护和构型变化。实现可重构的关键技术就是快速连接装置。现有的快速连接装置通常需要人手动参与，在智能可重构领域并不适用。并且在两关节距离较长的情况下，负载产生较大弯矩，对快速连接装置的抗弯强度提出了更高的要求。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种快速连接装置，连接过程顺畅，能实现稳固连接，并且具有较高的抗弯强度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种快速连接装置，用于将连接模块和被连接模块进行快速连接，包括设置在所述连接模块上的驱动组件、丝杆副、滑块推动组件和滑块组件，所述丝杆副包括丝杆和丝母，所述驱动组件连接所述丝杆以带动所述丝杆转动，所述滑块推动组件连接所述丝母以使得所述滑块推动组件沿着所述丝杆的轴向方向来回移动，所述滑块组件可沿径向移动地连接在所述连接模块上，所述滑块推动组件的径向方向的尺寸沿轴向从端头位置向所述丝杆副的方向上逐渐增大且所述滑块组件与所述滑块推动组件的位置相对应，以使得所述滑块推动组件沿轴向向端头位置方向移动时所述滑块组件沿着径向方向向外移动以抵住所述被连接模块的内壁。

优选地，所述滑块组件包括多个滑块和多个直线轴承，多个所述直线轴承分别固定连接在所述连接模块上且分布设置在以所述连接模块的轴线为中心轴的圆周上，多个所述滑块一一对应地连接在多个所述直线轴承上以能够沿着径向方向来回移动。

优选地，所述滑块组件还包括多个弹性单元，多个所述弹性单元分别与多个所述滑块一一对应，每个所述弹性单元分别对应地设置在每个所述滑块的内端部与所述直线轴承之间。

优选地，所述滑块的外端部为与所述被连接模块的内壁相贴合的圆弧状结构。

优选地，所述滑块推动组件包括连接轴和多个滑块推动单元，所述连接轴固定连接在所述丝母上，且所述连接轴的轴线与所述连接模块的轴线重合；多个所述滑块推动单元分别连接在所述连接轴的外圆周上，多个所述滑块推动单元分别与多个所述滑块一一对应。

优选地，每个所述滑块推动单元的外边缘分别为凸轮机构的部分弧段。

优选地，所述滑块推动组件为锥形结构，所述锥形结构的轴线与所述连接模块的轴线重合。

优选地，所述滑块推动组件的径向方向的尺寸沿轴向从端头位置向所述丝杆副的方向上逐渐增大的速度越来越小。

优选地，所述快速连接装置还包括设置在所述连接模块上的直线导轨副，所述直线导轨副包括直线导轨和滑动部，所述直线导轨固定连接在所述连接模块上，所述丝母固定连接在所述滑动部上。

优选地，所述丝杆副采用梯形丝杆副。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明公开的快速连接装置通过驱动组件带动丝杆副转动，丝杆副将旋转运动转化为轴向方向的直线运动以带动滑块推动组件沿轴向方向作直线运动，再通过滑块推动组件的特殊结构设计以及与滑块组件的配合，将滑块推动组件的轴向方向的直线运动转化为滑块组件沿径向方向的直线运动，使得滑块组件能够扩开至抵住被连接模块的内壁，依靠径向压力和摩擦力实现连接模块和被连接模块的快速机械连接，连接过程顺畅，且滑块组件与被连接模块内壁的连接至少是线接触，能实现稳固连接，并且具有较高的抗弯强度。

在进一步的方案中，滑块的外端部设置为与被连接模块的内壁相贴合的圆弧状结构，使得滑块与被连接模块内壁的连接为面接触，进一步增强连接模块和被连接模块相连接时的摩擦力，进一步增强连接的稳固性。

在进一步的方案中，滑块推动组件中的滑块推动单元的外边缘为凸轮机构的部分弧段或者可以设置滑块推动组件的径向方向的尺寸沿轴向从端头位置向丝杆副的方向上逐渐增大的速度越来越小，通过这样的结构设置，可以在将连接模块和被连接模块进行连接时，滑块在径向方向运动时的速度慢慢减小，刚开始的速度较快能够快速到达被连接模块的内壁附近，然后速度变慢再慢慢靠近被连接模块的内壁，进一步增强机械连接的可靠性。

附图说明

图1是本发明优选实施例的快速连接装置待将连接模块和被连接模块进行连接时的结构示意图；

图2是图1中的快速连接装置的内部结构示意图；

图3是图1中的快速连接装置的传动部分结构示意图；

图4是图1中的快速连接装置的剖面图；

图5是滑块组件在初始状态时的局部放大示意图；

图6是图1中的快速连接装置即将开始工作时的剖面图；

图7是图1中的快速连接装置将连接模块和被连接模块连接完成时的剖面图；

图8是滑块组件在工作状态时的局部放大示意图；

图9是滑块扩开前后的中心轴垂直截面示意图；

图10是连接模块上的销钉和电接口铜触点的示意图；

图11是被连接模块上销钉孔和电接口铜触点的示意图；

图12是圆周方向销钉定位的示意图；

图13是长圆孔示意图；

图14是信号及电接口连接断开的剖面示意图；

图15是电连接及信号连接的剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，是本发明优选实施例的快速连接装置待连接连接模块100和被连接模块200时的结构示意图，快速连接装置用于将连接模块100和被连接模块200进行快速连接，结合图2和图3，快速连接装置包括设置在连接模块100上的驱动电机10、丝杠副20、滑块推动组件40和滑块组件50，丝杆副20包括丝杆21和丝母22，驱动电机10连接丝杆21以带动丝杆21转动，滑块推动组件40连接丝母22以使得滑动推动组件40能够沿着丝杆21的轴向方向(X方向)来回移动，滑块组件50可沿径向(Y方向)移动地连接在连接模块100上，滑块推动组件40的径向方向的尺寸沿轴向(X方向)从端头位置向丝杆副20的方向上逐渐增大且滑块组件50与滑块推动组件40的位置相对应，以使得滑块推动组件40沿轴向向端头位置方向移动时滑块组件50沿着径向方向向外移动以抵住被连接模块200的环形内壁，依靠摩擦实现连接模块100和被连接模块200的快速机械连接。

结合图4和图5，图5左边是图4中的A处的放大示意图，滑块推动组件40包括连接轴41和三个滑块推动单元42，连接轴41固定连接在丝母22上，且连接轴41的轴线与连接模块100的轴线重合，三个滑块推动单元42分别连接在连接轴41的外圆周上。其中丝杆21的轴线与连接轴41的轴线相互平行。滑块组件50包括三个滑块51和三个直线轴承52，三个直线轴承52分别固定连接在连接模块100上且分布设置在以连接模块100的轴线为中心轴的圆周上，三个滑块51分别对应地连接在三个直线轴承52上，其中三个滑块51与三个滑块推动单元42一一对应。其中，滑块推动单元42的外边缘为凸轮机构的部分弧段，在进一步优选的实施例中，滑块推动单元42的径向方向的尺寸从端头位置向丝杆副20的方向上逐渐增大的速度越来越小，也即圆弧段越来越缓和。

在进一步的实施例中，滑块组件50还包括三根弹簧53和三个卡环54，卡环54固定连接在滑块51的端头部，弹簧53设置在卡环54和直线轴承52之间，通过设置弹簧53，一方面，弹簧的恢复力使得滑块51沿径向向内运动，连接断开的过程更加顺畅，另一方面，在将连接模块100和被连接模块200拆卸时，滑块推动组件42向后退之后，弹簧的恢复力使得滑块51能够沿径向复位。

在进一步的实施例中，快速连接装置还包括直线导轨副30，直线导轨副30包括直线导轨31和滑动部32，直线导轨31固定连接在连接模块100上，丝母22固定连接在滑动部32上，以使得丝母22能够同时沿着丝杆21的轴向方向和直线导31的导轨方向移动，丝杆21的轴向方向和直线导31的导轨方向是一致的。

在进一步的实施例中，丝杆副20可以采用梯形丝杆副，通过采用梯形丝杆幅可以实现反向机械自锁，从而使连接具有多一重的安全性。

本发明优选实施例的快速连接装置的工作过程为：将被连接模块200套合在连接模块100的端头处，此时连接模块100和被连接模块200的连接状态如图6所示，然后驱动电机10工作，带动丝杆21转动，丝母22沿X1方向向前移动，带动滑块推动组件40沿X1方向向前移动，由于滑块推动组件40的径向方向的尺寸从端头位置向丝杆副20的方向上逐渐增大，使得滑块51沿Y1方向向外扩开，直至抵住被连接模块200的环形内壁201，如图7、图8所示，图8是图7中B处的放大示意图，滑块51与被连接模块200内壁的连接是线接触，依靠径向压力和摩擦力，实现稳固连接，并且具有较高的抗弯强度。该快速连接装置通过滑块推动组件40的轴向方向的直线运动转化为圆周分布的滑块51沿径向方向的直线运动，滑块51扩开至抵住被连接模块200的环形内壁，依靠摩擦实现连接模块100和被连接模块200的快速机械连接，滑块51扩开前后的中心轴截面示意图如图9所示。

在一些其他的实施例中，上述的滑块51抵住被连接模块200的环形内壁的端面位置处(也即滑块51的外端部)也可以设置为与被连接模块200的环形内壁相匹配的弧面，以使得在滑块51扩开至被连接模块200的环形内壁时滑块51与被连接模块200内壁的连接是面接触，进一步增强连接模块100和被连接模块200相连接时的摩擦力，进一步增强连接的稳固性。

在一些其他的实施例中，上述的滑块推动单元42和滑块51的数量也可以为1、2个或者大于三个，优选地，多个滑块推动单元42和滑块51都是在圆周上均匀分布。

在一些其他的实施例中，滑块组件50中也可以不设置卡环54，而将滑块51的内端头部设置凸缘，以使得弹簧53可以设置在滑块51的凸缘和直线轴承52之间，或者卡环54与滑块51一体形成以使得弹簧53可以设置在与滑块51一体形成的卡环54和直线轴承52之间。

在一些其他的实施例中，滑块推动组件40还可以为锥形结构，该锥形结构的轴线与连接模块100的轴线重合，其中锥形结构的截面的外边缘也可以是凸轮机构的部分弧段，进一步地，锥形结构的截面的外边缘的径向方向的尺寸沿轴向从端头位置向丝杆副20的方向上逐渐增大的速度越来越小，也即圆弧段越来越缓和。

通过上述快速连接装置实现了连接模块100和被连接模块200的机械连接，另外在连接模块100上设有两个销钉101以及16个铜触点102，分布情况如图10所示，铜触点102与滑块51错开分布，方便与铜触点102相连的电线通过，2个销钉101圆周均布；在被连接模块200上对应设有长圆形销钉孔202、圆形销钉孔203以及16个铜触点204，分布情况如图11所示；其中一个销钉101与长圆形销钉孔202配合，另一销钉101与圆形销钉孔203配合，共同实现连接模块100和被连接模块200的周向定位；连接模块100的销钉101插入被连接模块200的长圆形销钉孔202的截面如图12所示，长圆形销钉孔202的结构如图13所示，长度沿径向方向。图14所示为铜触点部分局部剖视图，连接模块100上设有铜触点102，被连接模块200上有对称分布的铜触点204，连接模块100和被连接模块200机械连接后铜触点102和铜触点204接触实现电连接和信号连接，如图15所示为铜触点接触的示意图。

通过上述连接模块100和被连接模块200的结构，同时实现了机械连接、电连接和信号连接，可以应用在可重构模块化机器人领域，不仅实现了机械结构的可重构，而且从电子硬件、算法、软件等方面实现了可重构。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。