CN107591857A - 移动机器人的自动充电设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动机器人的自动充电设备及其使用方法，该设备包括移动机器人、导电头、柔性适应机构、伸出机构、电源转换模块、控制器、控制器件、机器人检测设备，其中移动机器人的充电部分与导电头接触，导电头位于柔性适应机构上，柔性适应机构位于伸出机构上，控制器位于伸出机构的侧面，电源转换模块、机器人检测设备以及控制器件均与控制器通过电缆连接。本发明能够应用于机器人自动充电，成功率高，适应性强，有效降低人工成本。

Description

移动机器人的自动充电设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地，涉及一种移动机器人的自动充电设备及其使用方法。

背景技术

21世纪以来，随着人工智能和传感器技术的显著进步，自主式移动机器人在娱乐、家政、公共场合等领域都扮演着越来越重要的角色。然而受到电池容量的限制，移动机器人的连续工作时间往往只有几个小时，达不到长时间自主工作的效果，需要人的手动参与为其充电，影响了其工作效率，也增加了人为负担。因此人们希望移动机器人具备自主充电的能力。

目前市场上移动机器人电池主要有自动充电，手动充电，更换电池三种。其中手动充电通常需要人将充电头***机器人充电口，更换电池一般也需要人工参与，而且需要准备更多的电池备件，而自动充电技术是移动机器人发展的重要充电技术路线。

专利号为US20040201361的美国专利中描述了一种非导电式的充电方式，不过由于对于充电头和充电桩的距离要求较高，所以同样设计了一套柔性的充电头，但是该方案中导电头为整体一起运动，因此可以活动的自由度不如本发明多，另外，由于导电头不具有前后运动的机构，对机器人停止的位置要求较高。

专利号为US6859010的美国专利提供了一种用于扫地机器人的充电***，同样的该***充电机构不具有伸缩运动，对机器人停止位置要求较高。对于多机器人参与工作时，仅依靠红外信号无法判断处机器人的是否到位，也无法确认机器人的编号等信息，本发明中在充电桩上增加了扫描枪，可以有效判断机器人的编号及是否到位，然后再打开充电电源，安全可靠。

专利号为CN201611014436的中国专利提供了一种轮式机器人自动充电装置，含有检测模块能够检测机器人上的电池电量是否充满，控制模块能够电源转换模块为机器人上的电池充电，设计了两个充电电极结构，机器人充电时充电头容易与充电座接触，对机器人的对准精度要求不高，降低了控制难度。

专利号为CN201610935438的中国专利公开了一种基于自动充电的机器人与充电桩之间的自动定位方法，包括利用电源管理单元对机器人的电源进行电量检测，并将检测的电量与设定的最小电量对比，充电时利用蓝牙模块对机器人进行定位。发明中充电桩并没有检测机器人是否到位，并控制电量输出的能力，同时对机器人到位后的定位精度要求较高。

自动充电设备需要具备对机器人充电位置容错率高，能对机器人编号进行判断，对机器人是否到位进行判断，输出电量可控，充电成功率高等特点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种移动机器人的自动充电设备及其使用方法。

根据本发明的一个方面，提供一种移动机器人的自动充电设备，其特征在于，包括移动机器人、导电头、柔性适应机构、伸出机构、电源转换模块、控制器、控制器件、机器人检测设备，其中移动机器人的充电部分与导电头接触，导电头位于柔性适应机构上，柔性适应机构位于伸出机构上，控制器位于伸出机构的侧面，电源转换模块、机器人检测设备以及控制器件均与控制器通过电缆连接。

优选地，所述机器人检测设备是二维码扫描器或一维码扫描器或红外检测设备或激光检测设备。

优选地，所述柔性适应机构包括弹性器件、第一导向轴套、第二导向轴套、固定板，其中导电头在接触到移动机器人后会向后压缩弹性器件，弹性器件提供持续的压力给导电头，导电头沿着第一导向轴套、第二导向轴套运动，第一导向轴套、第二导向轴套都固定在固定板上，弹性器件位于两个固定板之间。

优选地，所述伸出机构包括伸出动力器件、导轨、锁定机构、弹性复位机构，伸出动力器件末端与固定板连接，导轨为导向机构且与固定板连接，锁定机构位于伸出动力器件的下方，锁定机构在伸出机构缩回时伸出，钩住固定板，弹性复位机构位于固定板与伸出动力器件之间，弹性复位机构在伸出机构伸出时提供推力，同时也使伸出机构保持一定柔性。

优选地，所述伸出动力器件是电磁铁或直线电机或气缸或滚珠丝杠或齿轮齿条、皮带。

本发明还提供一种移动机器人的自动充电设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，移动机器人移动至充电位置后停止；

步骤二，机器人检测设备扫描移动机器人上的编码，确定移动机器人是否到位并记录机器人编号；

步骤三，机器人检测设备将信息传送至控制器；

步骤四，控制器控制伸出机构伸出；

步骤五，伸出机构将导电头接触到移动机器人；

步骤六，柔性适应机构确保导电头与移动机器人完全接触上；

步骤七，控制器打开控制器件，使导电头产生电压；

步骤八，移动机器人检测到电压后，导通移动机器人电源，充电开始；

步骤九，当电池充满后，移动机器人切断电源；

步骤十，控制器件检测到没有电压后通知控制器；

步骤十一，控制器断开电源并收回伸出机构；

步骤十二，移动机器人离开充电位置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，利用伸出机构以及柔性适应机构，对机器人充电位置容错率高；二，通过机器人检测设备，能对机器人编号进行判断，对机器人是否到位进行判断，防止在没有机器人的情况下误操作，安全可靠，并且能够记录机器人充电信息；三，输出电量可控，通过控制器和控制器件对电量输出进行控制，充电成功率高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的装置整体结构示意图。

图2为导电头部分和柔性适应机构详细结构示意图。

图3为伸出机构示意图。

图4为本发明工作流程及方法示意图。

图中：移动机器人1，导电头2，柔性适应机构3，伸出机构4，电源转换模块5，控制器8，控制器件7，机器人检测设备8，弹性器件301，第一导向轴套302，第二导向轴套303，固定板304，伸出动力器件401，导轨402，锁定机构403，弹性复位机构404。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明移动机器人的自动充电设备包括移动机器人1、导电头2、柔性适应机构3、伸出机构4、电源转换模块5、控制器6、控制器件7、机器人检测设备8，其中移动机器人1的充电部分与导电头2接触，导电头2位于柔性适应机构3上，柔性适应机构3位于伸出机构4上，控制器6位于伸出机构4的侧面，电源转换模块5、机器人检测设备8以及控制器件7均与控制器6通过电缆连接。

电源转换模块5包括可将220V转换成直流48V的变压器和继电器，变压器和继电器连接，能把市电转换成电池可用的充电电源，电源转换模块可以只在有负载的情况下输出电流。

控制器6可以选择PLC或者单片机模块，用于处理传感器信号以及实现充电***的控制逻辑。

控制器件7包括多个继电器、接线端子、开关和二极管，目的是执行控制器的控制指令，控制电流和信号的输入输出。

机器人检测设备8可以是二维码扫描器或一维码扫描器或红外检测设备或激光检测设备，用于判断机器人是否到位，以及判断机器人的编号。

导电头与移动机器人1的充电部分接触的形状包括但不限于球面、平面以及锥面，球面的充电接触形状可以保证当机器人与充电桩不平行时，充电部分也能与机器人保持接触。

导电头的材料包括但不限于铜，这样降低成本。

导电头的整体形状包括但不限于圆柱形状，当导电头发生旋转时，不影响充电效果。

如图2所示，本发明中的柔性适应机构3包括弹性器件301、第一导向轴套302、第二导向轴套303、固定板304，其中导电头2在接触到移动机器人1后会向后压缩弹性器件301，弹性器件301提供持续的压力给导电头2，导电头2沿着第一导向轴套302、第二导向轴套303运动，第一导向轴套302、第二导向轴套303都固定在固定板304上，弹性器件301位于两个固定板304之间。该机构可以保证当机器人停止位置有一定偏差时，充电机构也能接触到机器人，同时产生一定的压力，降低接触电阻。弹性器件301可以是弹簧或橡胶或塑料或橡皮绳或气动弹簧或液压弹簧等。

如图3所示，本发明中的伸出机构4包括伸出动力器件401、导轨402、锁定机构403、弹性复位机构404，其中伸出动力器件401可以是电磁铁或直线电机或气缸或滚珠丝杠或齿轮齿条、皮带等，伸出动力器件401末端与固定板304连接，导轨402为导向机构且与固定板304连接，锁定机构403位于伸出动力器件401的下方，锁定机构403在伸出机构缩回时伸出，钩住固定板304，弹性复位机构404位于固定板304与伸出动力器件401之间，弹性复位机构404在伸出机构伸出时提供推力，同时也使伸出机构保持一定柔性。当充电机构收回且断电后，锁定机构可以锁住充电机构不让其伸出。

锁定机构403可以是一个电磁铁或者小电机，当充电机构收回且断电后，锁定机构可以锁住充电机构不让其伸出。

弹性复位机构404包括导轨以及导轨外部的弹簧，当充电机构缩回时，弹簧有产生往外推的弹力。

由于移动机器人定位精度通常在厘米级，因此每次充电时停止位置都不太相同，上述的柔性适应机构3能够在多个自由度上对机器人停止位置进行容错。适应能力强，整个充电过程全自动化完成，无需人工干预，有效降低人工成本。

如图4所示，本发明移动机器人的自动充电设备的使用方法包括以下步骤：

步骤一，移动机器人移动至充电位置后停止；

步骤二，机器人检测设备扫描移动机器人上的编码，确定移动机器人是否到位并记录机器人编号；

步骤三，机器人检测设备将信息传送至控制器；

步骤四，控制器控制伸出机构伸出；

步骤五，伸出机构将导电头接触到移动机器人；

步骤六，柔性适应机构确保导电头与移动机器人完全接触上；

步骤七，控制器打开控制器件，使导电头产生电压；

步骤八，移动机器人检测到电压后，导通移动机器人电源，充电开始；

步骤九，当电池充满后，移动机器人切断电源；

步骤十，控制器件检测到没有电压后通知控制器；

步骤十一，控制器断开电源并收回伸出机构；

步骤十二，移动机器人离开充电位置。

本发明利用伸出机构以及柔性适应机构，对机器人充电位置容错率高；通过机器人检测设备，能对机器人编号进行判断，对机器人是否到位进行判断，防止在没有机器人的情况下误操作，安全可靠，并且能够记录机器人充电信息；输出电量可控，通过控制器和控制器件对电量输出进行控制，充电成功率高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种移动机器人的自动充电设备，其特征在于，包括移动机器人、导电头、柔性适应机构、伸出机构、电源转换模块、控制器、控制器件、机器人检测设备，其中移动机器人的充电部分与导电头接触，导电头位于柔性适应机构上，柔性适应机构位于伸出机构上，控制器位于伸出机构的侧面，电源转换模块、机器人检测设备以及控制器件均与控制器通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电设备，其特征在于，所述机器人检测设备是二维码扫描器或一维码扫描器或红外检测设备或激光检测设备。

3.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电设备，其特征在于，所述柔性适应机构包括弹性器件、第一导向轴套、第二导向轴套、固定板，其中导电头在接触到移动机器人后会向后压缩弹性器件，弹性器件提供持续的压力给导电头，导电头沿着第一导向轴套、第二导向轴套运动，第一导向轴套、第二导向轴套都固定在固定板上，弹性器件位于两个固定板之间。

4.根据权利要求3所述的移动机器人的自动充电设备，其特征在于，所述伸出机构包括伸出动力器件、导轨、锁定机构、弹性复位机构，伸出动力器件末端与固定板连接，导轨为导向机构且与固定板连接，锁定机构位于伸出动力器件的下方，锁定机构在伸出机构缩回时伸出，钩住固定板，弹性复位机构位于固定板与伸出动力器件之间，弹性复位机构在伸出机构伸出时提供推力，同时也使伸出机构保持一定柔性。

5.根据权利要求4所述的移动机器人的自动充电设备，其特征在于，所述伸出动力器件是电磁铁或直线电机或气缸或滚珠丝杠或齿轮齿条、皮带。

6.一种移动机器人的自动充电设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，移动机器人移动至充电位置后停止；

步骤二，机器人检测设备扫描移动机器人上的编码，确定移动机器人是否到位并记录机器人编号；

步骤三，机器人检测设备将信息传送至控制器；

步骤四，控制器控制伸出机构伸出；

步骤五，伸出机构将导电头接触到移动机器人；

步骤六，柔性适应机构确保导电头与移动机器人完全接触上；

步骤七，控制器打开控制器件，使导电头产生电压；

步骤八，移动机器人检测到电压后，导通移动机器人电源，充电开始；

步骤九，当电池充满后，移动机器人切断电源；

步骤十，控制器件检测到没有电压后通知控制器；

步骤十一，控制器断开电源并收回伸出机构；

步骤十二，移动机器人离开充电位置。