[发明专利]自组装模块化机器人单元对接系统及对接方法

权利要求书

1.一种自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，包括主动对接模块和被动对接模块；

所述主动对接模块具有间距可调节的夹持部；所述被动对接模块具有突出部；

根据机器人单元级联的拓扑结构，将所述主动对接模块和被动对接模块分别安装至车架四周以使得机器人单元能够横向和/或者纵向级联；

所述主动对接模块所在机器人单元移动使得所述主动对接模块的夹持部对准并包络目标机器人单元拟对接被动对接模块的突出部，调整夹持部间距，固定突出部，使机器人单元级联；

还包括定位模块，定位模块包括远距离定位单元、中距离图像定位单元以及近距离红外定位单元；

所述近距离红外定位单元包括设置在主动对接模块或被动对接模块中一者的红外发射部件和设置在另一者的红外接收部件；

还包括控制模块，所述远距离定位单元发送无线电信号获取目标模块化机器人单元的位置，控制模块通过无线通信接收目标模块化器人单元的位置；所述控制模块通过中距离图像定位单元获取目标模块化机器人单元的基于图像识别得到的位置和姿态；所述控制模块通过近距离红外定位单元进行主动对接模块和被动对接模块的对准确认；

还包括关节驱动模块，驱动所述主动对接模块执行俯仰和偏航动作；所述主动对接模块铰接固定至机器人单元车架；关节驱动模块包括平行对称设置的第一驱动组件和第二驱动组件，分别连接在夹持部的两侧和机器人单元车架之间；通过改变所述第一驱动组件和所述第二驱动组件轴向长度差，调整所述主动对接模块的偏航角度；通过所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的长度调整，调整所述主动对接模块的俯仰角度。

2.根据权利要求1所述的自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，所述夹持部内部设置若干对接锥，与所述突出部的对接槽匹配，固定所述突出部；所述夹持部和所述突出部分别设置一组触点，实现级联机器人单元之间的电源及信号传输。

3.根据权利要求2所述的自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，所述夹持部包括第一对接板、第二对接板、第一螺母、第二螺母、螺杆、夹持电机、传动组件；

所述第一对接板固定至第一螺母，所述第二对接板固定至第二螺母；所述螺杆包括正反旋向两部分螺纹，第一螺母和第二螺母相反运动；

所述夹持电机通过所述传动组件驱动螺杆转动，使得第一螺母、第二螺母反向旋转带动所述第一对接板和第二对接板沿螺杆彼此靠近或远离。

4.根据权利要求3所述的自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，所述夹持部还包括连接架、第一滑块、第一滑轨、第二滑块以及第二滑轨，所述第一滑轨和第二滑轨固定至连接架，长度方向与所述螺杆长度方向一致；所述第一滑块与所述第一对接板彼此固定，在所述第一对接板沿所述螺杆移动时，所述第一滑块沿所述第一滑轨移动；

所述第二滑块与所述第二对接板彼此固定，在所述第二对接板沿所述螺杆移动时，所述第二滑块沿所述第二滑轨移动；

所述第一滑轨和第二滑轨对称设置在所述连接架凸块的上下表面。

5.根据权利要求1-4之一所述的自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，

所述中距离图像定位单元包括设置在主动对接模块或被动对接模块中一者的摄像头模块，设置在另一者的视觉标记，以及里程计；通过摄像头模块和机器人驱动轮毂的编码器或者姿态里程计融合后，测量定位信息，融合方法包括利用摄像头识别视觉标记获得的绝对位姿与机器人编码器/姿态里程计获得的相对位姿进行滤波；所述视觉标记表征机器人单元的编号，以及能够被图像识别的三个不共线的特征点；

所述远距离定位单元包括无线通信系统和无线定位系统；无线定位系统用于定位自身位置，采用超宽带定位UWB方法，在应用场地外安装3个以上的参考基站，来确定各个机器人相对基站的位置；所述无线通信系统用于发送表征自身编号、位置的无线信号，接收表征其它机器人单元的编号、位置的无线信号。

6.根据权利要求5所述的自组装模块化机器人单元对接系统，其特征在于，

在机器人底座不平时，调整偏航、俯仰角度，使得对接前两个机器人单元的主动对接模块和被动对接模块的对接锥与对接槽轴线重合。