CN107979132A - 一种移动机器人充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种移动机器人充电装置，包括安装在地面上的充电插头装置和安装在机器人本体上的充电插座装置，所述充电插头装置包括插头电极、一端用于安装插头电极的插头电极安装件、能够使得插头电极安装件实现水平前后移动的导向元件和竖向设置的底座支撑板，导向元件安装在底座支撑板上，底座支撑板上开设有通孔，导向元件横穿过通孔且能在通孔中水平左右摆动，所述充电插座装置包括电极安装盒和喇叭口，插头可以通过喇叭口和插头旋转自由度的共同作用进入插座，实现电极对接，从而增大电极对接的容忍度，减少机器人对导航定位精度的要求，该充电装置具有结构简单、对接可靠且对导航定位精度容忍度大等优点。

Description

一种移动机器人充电装置
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及到一种移动机器人充电装置。
背景技术
随着国家宏观战略的重视，我国移动机器人的研究已经进入空前热门的时期。大多移动机器人供电都是通过电池供电且为手动充电。因此，通过自动充电的方式实现移动机器人的充电是近年研究的一个重要方向。现有技术中，用于移动机器人自动充电方式多种多样，已基本满足自动充电功能，但仍存在一些不足。
例如专利申请号为CN202495798U的实用新型专利公开的变电站巡检机器人自动充电机构，该方案充电是通过固定在机器人本体伸缩杆带动电极片***充电座实现充电。但是这种方案对机器人本体的导航定位精度要求很高，机器人稍有走偏伸缩杆带动的电极片就不能成功与充电座对接。且伸缩杆为电机带动需要电能提供，增加了电池的负载。
例如专利申请号为CN106374257A的发明专利公开的一种移动机器人的自主充电装置，该方案充电装置包括充电座和充电触片。一方面充电座中的第一弹性件弹簧的摆动幅度较小，对导航定位精度要求较高从而降低了充电对接时电极对接的容忍度。另一方面，当机器人走偏时充电触头与充电触片不能很好的面接触。
发明内容
鉴于已有技术和装置存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种机器人充电装置，该充电装置具有结构简单、对接可靠且对导航定位精度容忍度大等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种移动机器人充电装置，包括安装在地面上的充电插头装置和安装在机器人本体上的充电插座装置，所述充电插头装置的电极与所述充电插座装置的电极相接触即可进行充电，所述充电插头装置包括插头电极、一端用于安装插头电极的插头电极安装件、能够使得插头电极安装件实现水平前后移动的导向元件和竖向设置的底座支撑板，所述导向元件安装在所述底座支撑板上，所述底座支撑板上开设有通孔，所述导向元件横穿过所述通孔且能在所述通孔中水平左右摆动，所述通孔用于限制其摆动角度。
优选地，所述导向元件包括上导槽、下导槽、法兰轴、第一弹性件、转接板和挡块，所述上导槽和下导槽固连，位于所述上导槽头端的插头电极安装件的另一端与转接板固连，所述转接板与所述法兰轴的一端连接，所述法兰轴另一端与固设在所述上导槽尾端的挡块连接，所述第一弹性件套设于所述法兰轴上并设于所述转接板和所述挡块之间，所述插头电极安装件能够沿着所述上导槽和下导槽作水平前后移动。
优选地，所述导向元件上固设有定位块，用于对插头电极的移动进行限位。
优选地，所述导向元件靠近底座支撑板的两侧分别设有第二弹性件（13），优选地，第二弹性件连接于所述导向元件和底座支撑板之间。
优选地，所述导向元件的上下两端分别安装有竖向的销轴，每个所述销轴均与固设在底座支撑板上对应的L型固定板相连。
优选地，所述充电插座装置包括电极安装盒和喇叭口，所述电极安装盒内设置有与所述插头电极面接触的插座电极，所述喇叭口里小外大且里端设于所述电极安装盒靠近所述充电插头装置一端上。
优选地，所述充电插座装置中设置有若干组插座电极单元，每组插座电极单元包括相对设置的两个插座电极，相对设置的两个插座电极之间设有间隙用于***所述插头电极，每个插座电极远离所述间隙的一侧均与对应的垫块固连，所述垫块远离相应的插座电极的一侧设有第三弹性件。
优选地，每个垫块靠近对应的插座电极的一侧均设有相应的固定支撑件，所述固定支撑件固装在所述电极安装盒上，每个垫块与相应的固定支撑件之间留有间隙使得垫块上下运动挤压第三弹性件。
优选地，所述第三弹性件为弹片或板簧。
优选地，每个所述的插头电极厚度大于对应的两个插座电极之间的间隙。
本发明与现有技术相比，其优点为：
（1）本装置充电的动能由机器人向后运动所提供，不需要外在动能，节省能量。
（2）本装置采用两自由度插头装置，安装在地面与机器人分离。其中旋转自由度可以实现旋转运动以提高电极对接的容忍度，伸缩自由度可实现插头电极的前后运动以吸收机器人充电运动过程中产生的撞击和实现插头电极进入插座。
（3）插座装置包含有喇叭口，当机器人有较小偏移时，插头可以通过喇叭口和插头旋转自由度的共同作用进入插座，实现电极对接，从而增大电极对接的容忍度，从而减少机器人对导航定位精度的要求。
（4）插座装置安装在机器人本体上，有四个插座电极。各电极分别有四个有预紧力的弹片支撑，其中每两个电极片对应插座的一个电极片，插头电极厚度大于插座电极之间的间隙。对接时，插座电极片上的弹片进行压紧插头电极。从而实现充电过程插头和插座电极之间的可靠对接。
附图说明
图1为本发明的一种移动机器人充电装置整体三维图。
图2为本发明的一种移动机器人的两自由度充电插头装置结构图。
图3为本发明的一种移动机器人的充电插座装置结构图。
图4为本发明的一种移动机器人的充电插座装置B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示，一种移动机器人充电装置，包括安装在地面上的充电插头装置和安装在机器人本体上的充电插座装置，所述充电插头装置与所述充电插座装置相接触即可进行充电，所述充电插头装置包括插头电极1、一端用于安装插头电极1的插头电极安装件2、能够使得插头电极安装件2实现水平前后移动的导向元件和竖向设置的底座支撑板14，所述导向元件安装在所述底座支撑板14上，所述底座支撑板14上开设有通孔，所述导向元件横穿过所述通孔且能在所述通孔中水平左右摆动，所述通孔用于限制其摆动角度。
其中充电插头装置为两自由度充电插头装置。两自由度充电插头装置中插头电极安装件2宽度为2.5cm。
所述导向元件包括上导槽3和与上导槽3固连的下导槽4，位于所述上导槽3头端的插头电极安装件2的另一端与转接板5固连，转接板5与法兰轴6的一端连接，法兰轴另一端与固设在所述上导槽3尾端的挡块11连接，所述第一弹性件套设于所述法兰轴6上并设于所述转接板5和所述挡块11之间。所述导向元件上固设有定位块10，用于对插头电极1的移动进行限位。优选地，在下导槽4上固设有定位块10，所述挡块11优选为U型挡块。
所述导向元件靠近底座支撑板14的两侧分别设有第二弹性件13，第二弹性件13设于所述导向元件和底座支撑板14之间。优选地，第二弹性件为钩簧。
所述导向元件的上下两端分别安装有竖向的销轴8，每个所述销轴8均与固设在底座支撑板14上对应的L型固定板9相连。所述销轴8优选带法兰销轴。
其中所述的插头电极1为上下2个为充电的正负极，安装在插头电极安装件2上。插头电极1后方留有孔，用于安装充电线，充电线安装之后用把手压紧即可。插头电极安装件2与转接板5固定，上述转接板5和插头电极安装件2材料为工程塑料不与插头电极1导电。法兰轴6与转接板固连，法兰轴6的尾部置于档块11的孔中，轴径与孔采用间隙配合。第一弹性件7前端置于法兰轴6的法兰沉槽内，第一弹性件7后端置于档块11的沉槽内，限制第一弹性件7只能进行前后移动。上导槽3与下导槽4固连，为上下可拆卸，方便导槽内的零件安装，另外上导槽前方有挡板结构使插头电极安装件2只能向后移动。
第一个自由度为插头电极1沿法兰轴6轴线的前后伸缩移动。该自由度的获取过程为：向后推插头电极1，由于插头电极1、插头电极安装件2、转接板5、法兰轴6固连在一起，所以上述零件会一起向右移动。在移动过程中挤压第一弹性件7使其获得更大的弹性力。由于定位块10的存在，使上述零件移动过程中不至于超出定位块10，进行机械限位。当撤去作用在插头电极1的向后推力，由于第一弹性件7储存的弹性力会使插头电极1及其固连零件回到初始位置。此外，由于插头装置具有伸缩自由度可实现插头电极1的前后运动以吸收机器人充电运动过程中产生的撞击。
其中所述带法兰销轴8与L形固定板9相连且与上导槽构成转动副，可沿带法兰销轴8的轴线转动且为上下两组，以便插头装置旋转可靠。L形连接板12和档块11固定在上导槽3上。2个L形固定板之间用第二弹性件13进行勾连，且为左右两组。
第二个自由度为上下带法兰销轴8之间的所有零件绕转动副轴线方向的旋转运动，转动角度由底座支撑板14上所开矩形孔进行限制。该自由度的获取过程为：假设在插头电极1处施加成一定角度的力，上下带法兰销轴8之间的所有零件绕转动副轴线方向的旋转运动，底座支撑板14上所开矩形孔会限制旋转运动的范围。由于两侧2个第二弹性件13的存在，当撤去作用在插头电极1施加的力时，上述上下带法兰销轴8之间的所有零件就会自动归位。
其中所述底座支撑板14与底座15固连，底座15上预留安装孔，可以采用地脚螺栓或膨胀螺钉固定在水泥地面，或者采用螺钉固定在钢结构上以保证整个充电插头装置的稳定。
如图3-4所示，所述充电插座装置包括电极安装盒17和喇叭口16，所述电极安装盒17内设置有与所述插头电极1面接触的插座电极22，所述喇叭口16里小外大且里端设于所述电极安装盒17靠近所述充电插头装置一端上，喇叭口16前方大口为宽度14cm，后方小口宽度5cm。
所述充电插座装置中设置有若干组插座电极单元，每组插座电极单元包括相对设置的两个插座电极22，相对设置的两个插座电极22之间设有间隙用于***所述插头电极1，每个插座电极22远离所述间隙的一侧均与对应的垫块19固连，所述垫块19远离相应的插座电极22的一侧设有第三弹性件18。
每个垫块19靠近对应的插座电极22的一侧均设有相应的固定支撑件20，所述固定支撑件20固装在所述电极安装盒17上，每个垫块19与相应的固定支撑件20之间留有间隙使得垫块19上下运动挤压第三弹性件18。所述第三弹性件优选为弹片或板簧。
优选地，其中所述的第三弹性件18、垫块19、固定支撑件20、紧定螺钉21、插座电极22上下共4组。电极安装盒17与上下2个固定支撑件20进行连接，且与中间固定板23连接。中间固定板23上下各固定2个固定支撑件20。垫块19与插座电极22固定。垫块19上方放有预紧力的第三弹性件18，由于垫块19与固定支撑件20留有间隙可以上下运动挤压弹片，产生弹力。其中所述的紧定螺钉21用于拧紧充电线。其中所述的电极安装盒17、垫块19、固定支撑件20、中间固定板23、喇叭口16材料均为工程塑料不导电。
其中所述的喇叭口16卡在电极安装盒17中，形状为里面小外面大的形状，主要用于增大插座电极22与插头电极1之间对接的容忍度。
其中所述的中间固定板23上方部分，有2片插座电极22对应着两自由度充电插头装置上方的一个电极正，中间固定板23下方部分的2个插座电极对应着两自由度充电插头装置下方的一个电极负。并且，每个插头的电极厚度大于插座电极之间的间隙，使得插头的电极与插座的电极在接触的时候能够紧密配合。
充电过程结合机器人定位精度的不同作以下分析：（1）当机器人后退运动位移误差小于5cm时，此时喇叭口里面的小口对两自由度充电插头装置旋转运动进行限制，插头电极1克服由于第三弹性件18弹力在插座电极上所形成的摩擦力，正、负电极分别由2片插座电极22所挤压以实现可靠的面接触。（2）当机器人后退运动定位误差大于5cm且小于14cm时，由于充电座具有第一个自由度和和第二个自由度，上下插头电极1与喇叭口16内侧面接触时，上下插头电极1会一直与喇叭口16内侧面接触，直到上下插头电极运动到电极安装盒17内，此时上下插头电极1挤压上下2个插座电极，克服由于第三弹性件18的弹力在插座电极上所形成摩擦力，正、负电极分别由2片插座电极22所挤压以实现可靠的面接触。
本发明装置所能容忍的机器人的定位误差不小于 ±5cm，充电对接面接触可靠，完全能够满足工程要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种移动机器人充电装置，包括安装在地面上的充电插头装置和安装在机器人本体上的充电插座装置，所述充电插头装置的电极与所述充电插座装置的电极相接触即可进行充电，其特征在于，所述充电插头装置包括插头电极（1）、一端用于安装插头电极（1）的插头电极安装件（2）、能够使得插头电极安装件（2）实现水平前后移动的导向元件和竖向设置的底座支撑板（14），所述导向元件安装在所述底座支撑板（14）上，所述底座支撑板（14）上开设有通孔，所述导向元件横穿过所述通孔且能在所述通孔中水平左右摆动，所述通孔用于限制其摆动角度。
2.根据权利要求1所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述导向元件包括上导槽（3）、下导槽（4）、法兰轴（6）、第一弹性件（7）、转接板（5）和挡块（11），所述上导槽（3）和下导槽（4）固连，位于所述上导槽（3）头端的插头电极安装件（2）的另一端与转接板（5）固连，所述转接板（5）与所述法兰轴（6）的一端连接，所述法兰轴另一端与固设在所述上导槽（3）尾端的挡块（11）连接，所述第一弹性件（7）套设于所述法兰轴（6）上并设于所述转接板（5）和所述挡块（11）之间，所述插头电极安装件（2）能够沿着所述上导槽（3）和下导槽（4）作水平前后移动。
3.根据权利要求1所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述导向元件上固设有定位块（10），用于对插头电极（1）的移动进行限位。
4.根据权利要求1所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述导向元件靠近底座支撑板（14）的两侧分别设有第二弹性件（13），第二弹性件（13）连接于所述导向元件和底座支撑板（14）之间。
5.根据权利要求1所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述导向元件的上下两端分别安装有竖向的销轴（8），每个所述销轴（8）均与固设在底座支撑板（14）上对应的L型固定板（9）相连。
6.根据权利要求1所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述充电插座装置包括电极安装盒（17）和喇叭口（16），所述电极安装盒（17）内设置有与所述插头电极（1）面接触的插座电极（22），所述喇叭口（16）里小外大且里端设于所述电极安装盒（17）靠近所述充电插头装置一端上。
7.根据权利要求6所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述充电插座装置中设置有若干组插座电极单元，每组插座电极单元包括相对设置的两个插座电极（22），相对设置的两个插座电极（22）之间设有间隙用于***所述插头电极（1），每个插座电极（22）远离所述间隙的一侧均与对应的垫块（19）固连，所述垫块（19）远离相应的插座电极（22）的一侧设有第三弹性件（18）。
8.根据权利要求7所述的移动机器人充电装置，其特征在于，每个垫块（19）靠近对应的插座电极（22）的一侧均设有相应的固定支撑件（20），所述固定支撑件（20）固装在所述电极安装盒（17）上，每个垫块（19）与相应的固定支撑件（20）之间留有间隙使得垫块（19）上下运动挤压第三弹性件（18）。
9.根据权利要求7所述的移动机器人充电装置，其特征在于，所述第三弹性件为弹片或板簧。
10.根据权利要求7所述的移动机器人充电装置，其特征在于，每个所述的插头电极（1）厚度大于对应的两个插座电极（22）之间的间隙。
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