CN110994710A - 一种自适应自主充电机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应自主充电机构，包括路标架、充电箱和充电滑动机构。充电箱内安装有充电器。充电滑动机构包括固定板、固定块、直线轴承、导轨滑块、充电铜极、充电铜极固定结构和通过塞打螺丝及螺母一与直线轴承相连且与固定块滑动配合的导向支架。充电铜极固定结构包括充电铜极支架和充电铜极固定筒。充电铜极支架与充电器电连接。导向支架上开设有充电铜极过孔一。塞打螺丝的中段及直线轴承的外侧套设有弹簧二。本发明能够解决现有技术中存在的不足，具有定位准确、可靠性和安全性高、功能齐全等特点。

Description

一种自适应自主充电机构

技术领域

本发明涉及轮式巡检机器人技术领域，具体涉及一种自适应自主充电机构。

背景技术

随着机器人行业的迅速发展，覆盖的行业面积越来越大，机器人的性能要求也越来越苛刻，使用要更加可靠，在同样的工作环境下，对机器人自主充电的要求越来越高。

现有的轮式机器人自主充电机构，一般采取地面固定件上装滑动充电电极结构，当轮式机器人车体上的电极与自主充电机构的充电电极接触时，实现轮式机器人自主充电。该种充电机构，存在以下不足：（1）地面固定件采用方管焊接，制作误差较大，且电器件裸露在外，无防护，存在安全隐患。（2）自主充电机构无定位参照物，机器人需要多次调整对准充电机构上面的充电铜极，车体电极与充电机构上面的充电铜极很难对准，充电可靠性较低。（3）充电机构上面的导向支架没有定位机构，滑动过程中经常错位卡死，需要人工维护，维护成本较高。（4）充电机构上面的导向支架没有螺栓压板，塞打螺丝移动纯靠塞打螺丝与导向支架过盈产生的压力，经常发生塞打螺丝与导向支架错位卡死，可靠性较低。（5）充电机构上面的充电电极直径较小，配套的弹簧较小，虽占用空间小，但是机器人撞击力比较大，充电撞击时容易造成断裂，存在安全隐患。（6）充电机构未设计手动充电接口，没有手动充电功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应自主充电机构，该充电机构能够解决现有技术中存在的不足，具有定位准确、可靠性和安全性高、功能齐全等特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种自适应自主充电机构，包括路标架、充电箱和充电滑动机构。

所述路标架为中空结构，其下端的前端面上设有开口。

所述充电箱嵌入安装在路标架的下端内部，且充电箱内安装有充电器。

所述充电滑动机构包括安装在充电箱前端面上的固定板、安装在固定板前端面上的固定块、安装在固定板前端面上的直线轴承、贯穿安装在固定块前端面上的充电铜极、嵌入安装在固定块内的充电铜极固定结构以及位于固定块的前侧且通过塞打螺丝及螺母一与直线轴承相连且与固定块滑动配合的导向支架。

所述充电铜极固定结构包括从前向后依次设置的充电铜极支架和充电铜极固定筒；所述充电铜极支架与充电器电连接；所述导向支架上开设有充电铜极过孔一；所述充电铜极固定筒包括固定筒主体、开设在固定筒主体上的朝后侧开口的固定腔体和开设在固定腔体前端面上的充电铜极过孔二；所述充电铜极依次从充电铜极过孔一、充电铜极过孔二穿过后，伸入至固定腔体中，并用螺母二锁住；所述充电铜极的中段外侧套设有弹簧一。

所述导向支架包括导向支架主体、开设在导向支架主体上的朝后侧开口的固定块容纳腔、开设在固定块容纳腔前端面上的充电铜极过孔三和开设在导向支架主体上的塞打螺丝过孔；所述塞打螺丝依次从塞打螺丝过孔、直线轴承的中间及固定板穿过后，用螺母一锁住；所述塞打螺丝的中段及直线轴承的外侧套设有弹簧二。优选的，所述塞打螺丝和塞打螺丝过孔的数量均为两个；两个塞打螺丝过孔分别位于固定块容纳腔两侧的导向支架主体上。塞打螺丝和塞打螺丝过孔一一对应设置，两个塞打螺丝分别在两侧对导向支架的运动过程进行控制，确保导向支架运动的平稳性。塞打螺丝对导向支架起到固定和导向的作用，就是把导向支架与固定板连接在一起，并且导向支架依靠塞打螺丝完成平稳滑动。

进一步的，所述路标架包括自上向下依次设置的机器人定位座和充电箱固定座；所述机器人定位座包括基座和设置在基座前端的定位角；所述充电箱固定座上开设有充电口。

进一步的，所述充电箱包括上端开口的长方体状的箱体、可拆卸安装在箱体上端开口处的箱盖以及对称设置在箱体的左右两侧壁上的路标架连接板；所述路标架连接板与路标架的侧壁相连；所述箱体的底部两侧分别设有一用于与路标架底部相连的连接侧板；所述箱体上设有防水连接器和手动充电连接器；所述充电器放置在箱体内，且通过充电器压板固定到箱体的底部。

进一步的，所述固定板分别开设有固定块安装孔、直线轴承安装孔、塞打螺丝过孔和充电箱连接孔；所述充电箱连接孔为腰型孔。

进一步的，所述固定块包括固定块主体、开设在固定块主体上的朝后侧开口的充电铜极容纳腔、开设在充电铜极容纳腔一侧的固定块主体上的减重孔以及开设在充电铜极容纳腔前端面上的充电铜极过孔四。

进一步的，所述导向支架通过导轨滑块与固定块滑动配合；所述导轨滑块包括安装在固定块底部的导轨和安装在固定块容纳腔底部且位于导轨下方的与导轨滑动配合的滑块；所述固定块容纳腔的底部开设有滑块安装槽；所述固定块容纳腔的前端面上开设有与滑块安装槽相连通的通孔。

进一步的，所述塞打螺丝过孔包括依次相连的过孔一、过孔二、过孔三和过孔四；所述过孔一内安装有塞打螺丝压板；所述塞打螺丝的头部位于过孔二内，中后段贯穿安装在过孔三及过孔四中；所述过孔一为长方形；所述过孔二、过孔三和过孔四均为圆形，且过孔二和过孔四的直径均大于过孔三的直径；所述过孔四与直线轴承的中间部分相适应。

由以上技术方案可知，本发明通过在路标架上设置定位角，能够使机器人准确定位到充电机构的位置；通过设置装配在路标架内的充电箱，能够对充电器起到保护作用，同时通过设置手动充电连接器，能够使充电形式多样化；通过设置装配有塞打螺丝的导向支架、装配有直线轴承的固定板、通过导轨滑块与导向支架滑动配合的固定块以及套设在直线轴承中间部分与塞打螺丝中段外侧的弹簧二，能够使导向支架在接收到机器人施加的作用力后，平稳地向后运动；通过设置贯穿装配在固定块中的充电铜极、套设在充电铜极上的弹簧一以及位于固定块内的充电铜极固定机构，能够使充电铜极与机器人上的车体电极精准接触，对机器人进行可靠充电。本发明能够解决现有技术中存在的不足，具有定位准确、可靠性和安全性高、功能齐全等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是充电箱的结构示意图；

图3是充电滑动机构的结构示意图一；

图4是充电滑动机构的结构示意图二；

图5是充电铜极、弹簧一及充电铜极固定结构的装配结构示意图；

图6是充电铜极固定筒的结构示意图；

图7是导向支架的结构示意图；

图8是导向支架、固定块、塞打螺丝的装配结构示意图；

图9是导向支架、固定块、塞打螺丝、螺母二的装配结构示意图；

图10是导向支架、固定块、塞打螺丝、螺母二、充电铜极、充电铜极支架的装配结构示意图。

其中：

100、路标架，101、定位角，102、充电箱固定座，103、充电口，200、充电箱，201、箱盖，202、充电器压板，203、路标架连接板，204、防水连接器，205、充电器，206、连接侧板，300、充电滑动机构，301、固定板，302、充电箱连接孔，303、直线轴承，304、直线轴承安装孔，305、固定块安装孔，311、固定块，312、充电铜极过孔四，313、充电铜极容纳腔，314、减重孔，321、充电铜极，322、弹簧一，323、螺母二，324、充电铜极支架，325、充电铜极固定筒，326、固定腔体，327、充电铜极过孔二，331、导向支架，332、充电铜极过孔一，333、通孔，334、过孔一，335、过孔三，336、过孔四，337、滑块安装槽，341、塞打螺丝，342、塞打螺丝压板，343、弹簧二，344、螺母一，351、滑块，352、导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种自适应自主充电机构，包括路标架100、充电箱200和充电滑动机构300。

如图1所示，所述路标架100为中空结构，其下端的前端面上设有开口。所述路标架100包括自上向下依次设置的机器人定位座和充电箱固定座102。所述机器人定位座包括基座和设置在基座前端的定位角101；所述充电箱固定座102上开设有充电口103。所述路标架，一方面用于容纳装有充电器的充电箱，对充电箱及充电器起到保护作用；另一方面通过设置定位角，对定位角的角度进行设计，再对机器人的程序进行匹配设计，能够使机器人对本发明所述的充电机构进行精准激光导航，实现自主定位。所述开口，用于使充电滑动机构中的充电铜极可以露在外面，使机器人移动到本发明所述的充电机构前时，能够车体电极与充电铜极相接触，进行充电。

如图1和图2所示，所述充电箱200嵌入安装在路标架100的下端内部，且充电箱200内安装有充电器205。所述充电箱200包括上端开口的长方体状的箱体、可拆卸安装在箱体上端开口处的箱盖201以及对称设置在箱体的左右两侧壁上的路标架连接板203；所述路标架连接板203与路标架100的侧壁相连；所述箱体的底部两侧分别设有一用于与路标架底部相连的连接侧板206；所述箱体上设有防水连接器204。所述箱体侧壁上留有出线孔，出线孔处装有手动充电连接器。所述充电器205放置在箱体内，且通过充电器压板202固定到箱体的底部。所述充电箱200，用于保护充电器205。所述充电器压板202，用于将充电器205固定在充电箱200内部。所述箱盖201，可拆卸安装在箱体的上端开口处，能够使充电器205的检修更加便利。所述路标架连接板203，用于将充电箱200连接到路标架100的内侧壁上。所述连接侧板206，用于将充电箱200连接到路标架100的底部内壁上。所述防水连接器204，用于连接电源，实现电力传输。所述手动充电连接器，可以实现机器人手动充电，实现充电形式的多样化，避免因自主充电故障时影响机器人的正常使用。

如图3-图10所示，所述充电滑动机构300包括安装在充电箱200前端面上的固定板301、安装在固定板301前端面上的固定块311、安装在固定板301前端面上的直线轴承303、贯穿安装在固定块311前端面上的充电铜极321、嵌入安装在固定块311内的充电铜极固定结构以及位于固定块311的前侧且通过塞打螺丝341及螺母一344与直线轴承303相连且与固定块311滑动配合的导向支架。所述固定板301，用于将整个充电滑动机构300装配到充电箱200上，还用于安装固定块和直线轴承303。所述固定块311的作用为：一、为充电铜极321提供沿充电铜极321轴向运动的运动通道；二、用于罩设在整个充电铜极固定机构以及充电铜极321与弹簧一322的中后段外侧，对整个充电铜极固定机构以及充电铜极321与弹簧一322的中后段起到保护作用，并对充电铜极321、弹簧一322及充电铜极固定机构起到固定、限位的作用；三、用于装配导轨352。所述直线轴承303，用于装配塞打螺丝341，使塞打螺丝341沿塞打螺丝341的轴向运动时更加顺畅，减小塞打螺丝341的磨损，延长塞打螺丝341的使用寿命，而且直线轴承303与过孔四336的前侧壁相互配合，起到一个限位的作用，对塞打螺丝341沿塞打螺丝341轴向运动的运动范围进行一个限定。在机器人施加的压力的作用下，导向支架331会带着塞打螺丝压板342向后侧运动，塞打螺丝压板342会带着塞打螺丝341一起沿塞打螺丝341的轴向向后侧运动。本实施例中的前后左右按照图3中所示的方向。在导向支架331及塞打螺丝341向后运动的过程中，位于塞打螺丝头部与直线轴承的安装部位之间的弹簧二343会被压缩，当直线轴承303中间部分的前端面碰到过孔四336的前端面时，导向支架331及塞打螺丝341停止运动。所述导向支架331先和机器人接触，当导向支架331运动到一定位置后 ，充电铜极从导向支架上的充电铜极过孔一中伸出，充电铜极与机器人的车体电极相接触。充完电后，在弹簧一322的复位作用下，充电铜极321回到初始位置；在弹簧二343的复位作用下，导向支架331再回到初始位置。

所述充电铜极固定结构包括从前向后依次设置的充电铜极支架324和充电铜极固定筒325。所述充电铜极支架324与充电器205电连接。所述导向支架331上开设有充电铜极过孔一332，用于充电铜极321通过。所述充电铜极固定筒325包括固定筒主体、开设在固定筒主体上的朝后侧开口的固定腔体326和开设在固定腔体326前端面上的充电铜极过孔二327。所述固定腔体326，用于容纳螺母一323和充电铜极的一部分。所述充电铜极321依次从充电铜极过孔一332、充电铜极过孔二327穿过后，伸入至固定腔体326中，并用螺母二323锁住。所述充电铜极321的中段外侧套设有弹簧一322。所述充电铜极支架324，一方面用于对充电铜极321及弹簧一322进行径向的限位固定，另一方面用于与充电器相连，使充电铜极带电。所述充电铜极固定筒325，用于在充电铜极321的轴向位置进行一个限位，并通过罩设在充电铜极321的外侧，对充电铜极321起到保护作用。所述螺母一323，起到限位的作用，其与充电铜极321的末端螺纹连接，且位于充电铜极固定筒325的内侧。在充电铜极321及弹簧一322向前运动的过程中，当螺母一323碰到充电铜极固定筒325的前壁时，充电铜极321及弹簧一322就无法继续运动。弹簧一322位于充电铜极的头部与充电铜极固定筒的前壁之间，在充电铜极321向后运动时，会压缩弹簧一322。当没有机器人对充电铜极321施加作用力时，在弹簧一322的弹力作用下，充电铜极321能够回到初始位置。

所述导向支架331包括导向支架主体、开设在导向支架主体上的朝后侧开口的固定块容纳腔、开设在固定块容纳腔前端面上的充电铜极过孔三和分别开设在固定块容纳腔两侧的导向支架主体上的两个塞打螺丝过孔。所述塞打螺丝的数量为两个；塞打螺丝和塞打螺丝过孔一一对应设置，两个塞打螺丝分别在两侧对导向支架的运动过程进行控制，确保导向支架运动的平稳性。所述塞打螺丝341依次从塞打螺丝过孔、直线轴承303的中间及固定板301穿过后，用螺母二323锁住；所述塞打螺丝341的中段及直线轴承303的外侧套设有弹簧二343。在初始状态时，弹簧一322和弹簧二343均处于原长状态。所述固定块容纳腔，用于在导向支架向后运动时，使固定块能够伸入至固定块容纳腔中，从而使充电铜极从充电铜极过孔一种伸出，为机器人充电。

进一步的，所述固定板301采用铝材质。所述固定板301分别开设有固定块安装孔305、直线轴承安装孔304、塞打螺丝过孔和充电箱连接孔302；所述充电箱连接孔302为腰型孔。所述固定块安装孔305，用于采用螺栓将固定块311安装到固定板301上。所述直线轴承安装孔304，用于采用螺栓将直线轴承303安装到固定板301上。所述塞打螺丝过孔，用于塞打螺丝的末端穿过，塞打螺丝341从该孔穿过之后用螺母二323锁住，螺母二323位于塞打螺丝过孔的后侧。所述充电箱连接孔，用于将固定板301连接到充电箱200上。

进一步的，所述固定块311包括固定块主体、开设在固定块主体上的朝后侧开口的充电铜极容纳腔313、开设在充电铜极容纳腔313一侧的固定块主体上的减重孔314以及开设在充电铜极容纳腔313前端面上的充电铜极过孔四312。所述充电铜极容纳腔313，用于放置充电铜极固定机构和充电铜极321的一部分。所述充电铜极过孔四312，用于充电铜极321穿过后进入到充电铜极容纳腔313中后再装配到充电铜极固定机构上。

进一步的，所述导向支架331通过导轨滑块与固定块311滑动配合。所述导轨滑块包括安装在固定块311底部的导轨352和安装在固定块容纳腔底部且位于导轨352下方的与导轨352滑动配合的滑块351。所述固定块容纳腔的底部开设有滑块安装槽337。所述固定块容纳腔的前端面上开设有与滑块安装槽相连通的通孔333，该通孔333为工艺孔，方便导轨滑块的安装。所述导轨352与滑块351，用于使装配有塞打螺丝341的导向支架331能够与装配有充电铜极321的固定块311发生相对滑动。所述滑块安装槽377，用于安装滑块351。

进一步的，所述塞打螺丝过孔包括依次相连的过孔一334、过孔二、过孔三335和过孔四336；所述过孔一334内安装有塞打螺丝压板342；所述塞打螺丝341的头部位于过孔二内，中后段贯穿安装在过孔三335及过孔四336中；所述过孔一334为长方形；所述过孔二、过孔三335和过孔四336均为圆形，且过孔二和过孔四336的直径均大于过孔三335的直径。所述过孔四336与直线轴承303的中间部分相适应。所述过孔一334，用于放置塞打螺丝压板342。所述塞打螺丝压板342，能够避免塞打螺丝与导向支架发生冲突，提高塞打螺丝运动过程的可靠性。所述过孔二，用于放置塞打螺丝的头部。所述过孔三和过孔四，用于塞打螺丝的中后段穿过。所述过孔四，还用于与直线轴承的中间部分相互配合，对导向支架的运动范围进行一个限定。所述弹簧二，套设在塞打螺丝中段和直线轴承中间部分的外侧，位于过孔四的前侧壁与直线轴承的中间部分的后侧壁之间。

本发明的工作过程为：

机器人先对本发明所述的充电机构进行定位检测，根据定位角来判断充电机构的位置，并向充电机构移动。当机器人碰到导向支架331时，在导轨352与滑块351的滑动配合下，导向支架331会向后侧运动，导向支架331带动塞打螺丝压板342向后侧运动，塞打螺丝压板342带动塞打螺丝341向后侧运动，此时会压缩弹簧二343。导向支架331向后运动一段距离后，充电铜极321的前端会从充电铜极过孔一332中伸出来，机器人向后压充电铜极321，机器人上的车体电极与充电铜极321相接触。在导向支架331向后运动的过程中，当直线轴承303的中间部分的前端碰到过孔四336的前壁时，导向支架331停止运动，此时，机器人停止运动，机器人上的车体电极与充电铜极321可靠接触，对机器人进行充电，此时，弹簧一322为压缩状态。充电结束后，机器人离开，在弹簧一322的复位作用下，充电铜极321向外侧运动，直至螺母一323碰到充电铜极固定筒325的前壁；在弹簧二343的复位作用下，导向支架331带动塞打螺丝341向外侧运动，直至螺母二344碰到固定板301的后壁，此过程中，充电铜极321会从充电铜极过孔一332中退出。

在机器人进行自主充电的过程中，先是机器人车体上面的凸起撞上导向支架331，驱动导向支架331向后移动，当导向支架331运动一段距离后，机器人车体上面的车体电极再与充电机构上面的充电铜极321接触，这样设计能够避免对车体电极和充电铜极321的撞击损伤。由于机器人撞击充电机构的撞击力较大，导向支架过孔四336的前壁与直线轴承303的中间部分的前端面可承受较大撞击力，由导向支架过孔四336的前壁与直线轴承303的中间部分的前端面接触来限制机器人继续向前，这样能够确保充电机构的结构稳定性，避免对充电机构和机器人造成损伤，使机器人自主充电过程稳定可靠地进行。此外，在充电结束后，本发明通过弹簧一和弹簧二，使充电铜极和导向支架进行复位，简单可靠。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自适应自主充电机构，其特征在于：包括路标架、充电箱和充电滑动机构；

所述路标架为中空结构，其下端的前端面上设有开口；

所述充电箱嵌入安装在路标架的下端内部，且充电箱内安装有充电器；

所述充电滑动机构包括安装在充电箱前端面上的固定板、安装在固定板前端面上的固定块、安装在固定板前端面上的直线轴承、贯穿安装在固定块前端面上的充电铜极、嵌入安装在固定块内的充电铜极固定结构以及位于固定块的前侧且通过塞打螺丝及螺母一与直线轴承相连且与固定块滑动配合的导向支架；

所述充电铜极固定结构包括从前向后依次设置的充电铜极支架和充电铜极固定筒；所述充电铜极支架与充电器电连接；所述导向支架上开设有充电铜极过孔一；所述充电铜极固定筒包括固定筒主体、开设在固定筒主体上的朝后侧开口的固定腔体和开设在固定腔体前端面上的充电铜极过孔二；所述充电铜极依次从充电铜极过孔一、充电铜极过孔二穿过后，伸入至固定腔体中，并用螺母二锁住；所述充电铜极的中段外侧套设有弹簧一；

所述导向支架包括导向支架主体、开设在导向支架主体上的朝后侧开口的固定块容纳腔、开设在固定块容纳腔前端面上的充电铜极过孔三和开设在导向支架主体上的塞打螺丝过孔；所述塞打螺丝依次从塞打螺丝过孔、直线轴承的中间及固定板穿过后，用螺母一锁住；所述塞打螺丝的中段及直线轴承的外侧套设有弹簧二。

2.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述路标架包括自上向下依次设置的机器人定位座和充电箱固定座；所述机器人定位座包括基座和设置在基座前端的定位角；所述充电箱固定座上开设有充电口。

3.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述充电箱包括上端开口的长方体状的箱体、可拆卸安装在箱体上端开口处的箱盖以及对称设置在箱体的左右两侧壁上的路标架连接板；所述路标架连接板与路标架的侧壁相连；所述箱体的底部两侧分别设有一用于与路标架底部相连的连接侧板；所述箱体上设有防水连接器和手动充电连接器；所述充电器放置在箱体内，且通过充电器压板固定到箱体的底部。

4.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述固定板分别开设有固定块安装孔、直线轴承安装孔、塞打螺丝过孔和充电箱连接孔；所述充电箱连接孔为腰型孔。

5.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述固定块包括固定块主体、开设在固定块主体上的朝后侧开口的充电铜极容纳腔、开设在充电铜极容纳腔一侧的固定块主体上的减重孔以及开设在充电铜极容纳腔前端面上的充电铜极过孔四。

6.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述导向支架通过导轨滑块与固定块滑动配合；所述导轨滑块包括安装在固定块底部的导轨和安装在固定块容纳腔底部且位于导轨下方的与导轨滑动配合的滑块；所述固定块容纳腔的底部开设有滑块安装槽；所述固定块容纳腔的前端面上开设有与滑块安装槽相连通的通孔。

7.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述塞打螺丝过孔包括依次相连的过孔一、过孔二、过孔三和过孔四；所述过孔一内安装有塞打螺丝压板；所述塞打螺丝的头部位于过孔二内，中后段贯穿安装在过孔三及过孔四中；所述过孔一为长方形；所述过孔二、过孔三和过孔四均为圆形，且过孔二和过孔四的直径均大于过孔三的直径；所述过孔四与直线轴承的中间部分相适应。

8.根据权利要求1所述的一种自适应自主充电机构，其特征在于：所述塞打螺丝和塞打螺丝过孔的数量均为两个；两个塞打螺丝过孔分别位于固定块容纳腔两侧的导向支架主体上。

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