CN103904824B

CN103904824B - 自主发电筒形机构

Info

Publication number: CN103904824B
Application number: CN201410092788.3A
Authority: CN
Inventors: 谢少荣; 冯凯; 姚骏峰; 邹旭东; 祝川
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: CN103904824A

Abstract

本发明公开了一种自主发电筒形机构。它包括一个筒形壳体、一块左盖板、一块右盖板、一根轴、一个摆式自主发电机构和一个过孔式导电滑环。所述筒形壳体通过登山扣可将该筒形机构安装于内部空心机器人内。所述摆式自主发电机构同轴安装于所述筒形壳体内，该摆式自主发电机构可绕轴转动，通过所述大小直齿轮啮合传动，带动所述直流发电机转子相对于其定子转动，实现自主供电。所述过孔式导电滑环可完成内外信号线间的连接，确保该筒形机构良好的密封性。本发明可自主充电，实现机器人的长续航，拆装简单，密封性能好。

Description

自主发电筒形机构

技术领域

本发明涉及一种筒形机构，特别是一种自主发电筒形机构。

背景技术

筒形机构在机器人领域的应用较少，它主要应用于被动式数据采集机器人领域，多作为机器人控制器、传感器的支撑平台。

查阅现有国内外文献发现，现有被动式数据采集机器人的筒形机构大多为全封闭式的，而筒形机构主要用于支撑控制器和传感器进行数据采集，必须确保所有通信、控制及传感设备供电良好。现有解决方案包括内置电池配合人工拆分充电和内置电池配合太阳能板充电两种，对于内置电池配合人工拆分充电方案，由于筒形机构的全密闭性，拆分不便，且多次拆装易破坏筒形机构的密闭性，无法达到保温作用。对于内置电池配合太阳能板充电的方案，充电效率低，并且筒形机构多安装于机器人内部，接收太阳光少甚至没有，对机器人结构要求高，受环境影响大。

对于全封闭式的筒形机构而言，如何实现自主高效发电，为通信、控制及传感设备持续供电是设计研究的难题，关键在于设计自主发电的筒形机构。

被动式球形机器人研究正一步步深入，该类球形机器人多为软体球壳结构，机器人上通信、控制及传感设备需要安装于内部筒形机构上，而在极地考察或火星探测中，需要达到机器人长续航要求，人工充电保证续航没有可能性，而筒形机构在球形机器人内部，球壳的透光性差，容易出现供电不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在缺陷，提供一种自主发电筒形机构，以满足机器人续航时间长、通信、控制及传感设备可持续工作、内部全密封、可拆装多项技术要求。

为实现上述目的，本发明的构思是：设计一个摆式自主发电机构，摆杆一端固定低温电池，另一端通过角件固定在横杆上，直流发电机定子通过连接板与横杆连接，通过左右两端轴承座将与横杆固定连接的零件安装于轴上，轴上安装有大直齿轮，小直齿轮安装在直流发电机转子上，轴同轴固定于左右盖板上。机器人运动时，在惯性力作用下，横杆将绕轴摆动，通过低温电池产生的转矩和直齿轮啮合传动，直流发电机转子将相对其定子运动，将机械能转换为电能。摆杆和左右杆非连接端均安装万向脚轮，万向脚轮紧贴筒形结构内壁，减小自主发电机构轴向力和弯矩。左右盖板通过螺钉旋配安装在筒形壳体上，形成密闭内腔，并且轴通过螺母与左右盖板同轴安装。筒形壳体设计有登山扣孔，通过登山扣实现与机器人壳体的连接。为保证筒形机构内部密闭性，在轴上安装一个过孔式导电滑环，连接内外信号线，使外部信号线在自主发电过程中位置保持不变。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种自主发电筒形机构，包括一个筒形壳体、一块左盖板、一块右盖板、一根轴、一个摆式自主发电机构和一个过孔式导电滑环，其特征在于所述筒形壳体为两端带法兰边的开口空心圆柱体；所述左盖板和右盖板通过螺钉固定于筒形壳体的左右两端；通过螺母将所述轴同轴固定于所述左盖板和右盖板上；所述摆式自主发电机构通过二个轴承座两端支撑和轴向定位同轴安装在所述轴上；所述筒形壳体法兰边上设计登山扣孔，可通过登山扣实现该筒形机构与内部空心机器人连接。

所述摆式自主发电机构由一根横杆、一根摆杆、一根左杆、一根右杆、一个连接板、一个大直齿轮、一个小直齿轮、一个直流发电机、二个轴承座、二块低温电池和四个电池卡箍组成；所述连接板一侧通过沉头螺钉固定在所述横杆上，另一侧用螺钉固定直流发电机定子；所述轴承座分别固定于所述横杆和连接板上；所述大直齿轮固定于所述轴上，所述小直齿轮与所述直流发电机转子连接；所述摆杆与横杆、左杆和右杆与摆杆均采用角件固定连接；通过所述电池卡箍将所述低温电池安装在所述摆杆与所述左右杆的连接处。

所述轴上安装有一个过孔式导电滑环，所述过孔式导电滑环定子与横杆周向固定；所有内部信号线与所述过孔式导电滑环定子连接，所有外部信号线与所述过孔式导电滑环转子连接；

所述轴相对所述筒形壳体静止，所述大直齿轮与小直齿轮啮合；通过所述低温电池提供摆动力矩，使所述横杆和所述直流电动机定子绕所述轴转动，由于所述大直齿轮和小直齿轮的啮合传动转矩，使得所述直流电动机转子转动，实现自主发电。

所述左杆、右杆和摆杆的非连接端均安装有万向脚轮，所述左杆和右杆上的万向脚轮分别紧贴左盖板和右盖板内壁滚动，所述摆杆上的万向脚轮紧贴筒形壳体内壁滚动。

本发明与现有技术要比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1、本发明自主发电筒形机构利用摆式自主发电机构自主发电可将机械能转化为电能，能为数据采集的通信、控制及传感设备持续供电，实现机器人的长续航。

2、本发明自主发电筒形机构利用万向脚轮紧贴筒形机构内壁可承受自主发电过程中产生的轴向力和弯矩，结构强度高，寿命长，可长时间发电。

3、本发明自主发电筒形机构的外部信号线位置保持不变，数据传输利用过孔式导电滑环实现，密封性好。

4、本发明自主发电筒形机构的筒形壳体法兰边设计有登山扣孔，通过登山扣与内部空心机器人连接，拆装简便。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中摆式自主发电机构的机构示意图。

图3是图2的轴测图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参考图1～图3，本自主发电筒形机构，包括一个筒形壳体（3）、一块左盖板（2）、一块右盖板（5）、一根轴（1）、一个摆式自主发电机构（4）和一个过孔式导电滑环（6）。所述筒形壳体（3）法兰边上有登山扣孔（20）通过登山扣（图中未示出）可将该筒形机构安装于内部空心机器人内。所述摆式自主发电机构（4）同轴安装于所述筒形壳体（3）内，该摆式自主发电机构（4）可绕所述轴（1）转动，通过所述大小直齿轮（18、17）啮合传动，带动所述直流发电机（12）转子相对于其定子转动，实现自主供电。所述过孔式导电滑环（6）可完成内外信号线间的连接，确保筒形机构良好的密封性。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述摆式自主发电机构（4）由一根横杆（13）、一根摆杆（14）、一根左杆（8）、一根右杆（16）、一个连接板（11）、一个大直齿轮（18）、一个小直齿轮（17）、一个直流发电机（12）、二个轴承座（10-A、10-B）、二块低温电池（15-A、15-B）和四个电池卡箍（9-A、9-B、9-C、9-D）组成；所述连接板（11）一侧通过沉头螺钉固定在所述横杆（13）上，另一侧用螺钉固定所述直流发电机（12）定子；所述轴承座（10-B、10-A）分别固定于所述横杆（13）和连接板（11）上；所述大直齿轮（18）固定于所述轴（1）上，所述小直齿轮（17）与所述直流发电机（12）转子连接；所述摆杆（14）与横杆（13）、所述左杆（8）和右杆（16）与摆杆（14）均采用角件固定连接；通过所述电池卡箍（9-A、9-B、9-C、9-D）将所述低温电池（15-A、15-B）安装在所述摆杆（14）与所述左杆（8）和右杆（16）的连接处。

所述轴（1）上安装有所述过孔式导电滑环（6），所述过孔式导电滑环（6）定子与横杆（13）周向固定；所有内部信号线与所述过孔式导电滑环（6）定子连接，所有外部信号线与所述过孔式导电滑环（6）转子连接；

所述轴（1）相对所述筒形壳体静止，所述大直齿轮（18）与小直齿轮（17）啮合；通过所述低温电池（15-A、15-B）提供摆动力矩，使所述横杆（13）和所述直流电动机（12）定子绕所述轴（1）转动，通过所述大直齿轮（18）和小直齿轮（17）的啮合传动转矩，使得所述直流电动机（12）转子转动，实现自主发电。

所述左杆（8）、右杆（16）和摆杆（13）的非连接端均安装有万向脚轮（7-A、7-B、7-C），所述左杆（8）和右杆（16）上的万向脚轮（7-B、7-C）分别紧贴左盖板（2）和右盖板（5）内壁滚动，所述摆杆（14）上的万向脚轮（7-A）紧贴筒形壳体（3）内壁滚动。

以上具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落在本发明的保护范围。

Claims

1.一种自主发电筒形机构，包括一个筒形壳体（3）、一块左盖板（2）、一块右盖板（5）、一根轴（1）、一个摆式自主发电机构（4）和一个过孔式导电滑环（6），其特征在于所述筒形壳体（3）为两端带法兰边的开口空心圆柱体；所述左盖板（2）和右盖板（5）通过螺钉固定于所述筒形壳体（3）的左右两端；通过螺母将所述轴（1）同轴固定于所述左盖板（2）和右盖板（5）上；所述摆式自主发电机构（4）通过二个轴承座（10-A、10-B）两端支撑和轴向定位同轴安装在所述轴（1）上；所述筒形壳体（3）法兰边上设计登山扣孔（20），可通过登山扣实现筒形机构与内部空心机器人连接。

2.根据权利要求1所述的自主发电筒形机构，其特征在于：所述摆式自主发电机构（4）由一根横杆（13）、一根摆杆（14）、一根左杆（8）、一根右杆（16）、一个连接板（11）、一个大直齿轮（18）、一个小直齿轮（17）、一个直流发电机（12）、所述二个轴承座（10-A、10-B）、二块低温电池（15-A、15-B）和四个电池卡箍（9-A、9-B、9-C、9-D）组成；所述连接板（11）一侧通过沉头螺钉固定在所述横杆（13）上，另一侧用螺钉固定所述直流发电机（12）定子；所述轴承座（10-B、10-A）分别固定于所述横杆（13）和连接板（11）上；所述大直齿轮（18）固定于所述轴（1）上，所述小直齿轮（17）与大直齿轮（18）啮合并与所述直流发电机（12）转子连接；所述摆杆（14）与横杆（13）、所述左杆（8）和右杆（16）与摆杆（14）均采用角件固定连接；通过所述电池卡箍（9-A、9-B、9-C、9-D）将所述低温电池（15-A、15-B）安装在所述摆杆（14）与所述左杆（8）和右杆（16）的连接处。

3.根据权利要求2所述的自主发电筒形机构，其特征在于：所述轴（1）上安装所述过孔式导电滑环（6），所述过孔式导电滑环（6）定子与横杆（13）周向固定；所有内部信号线与所述过孔式导电滑环（6）定子连接，所有外部信号线与所述过孔式导电滑环（6）转子连接；

所述轴（1）相对所述筒形壳体静止，所述大直齿轮（18）与小直齿轮（17）啮合；通过所述低温电池（15-A、15-B）提供摆动力矩，使所述横杆（13）和所述直流发电机（12）定子绕所述轴（1）转动，通过所述大直齿轮（18）和小直齿轮（17）的啮合传动转矩，使得所述直流发电机（12）转子转动，实现自主发电。

4.根据权利要求2所述的自主发电筒形机构，其特征在于所述左杆（8）、右杆（16）和摆杆（14）的非连接端均安装有万向脚轮（7-A、7-B、7-C），所述左杆（8）和右杆（16）上的万向脚轮（7-B、7-C）分别紧贴左盖板（2）和右盖板（5）内壁滚动，所述摆杆（14）上的万向脚轮（7-A）紧贴筒形壳体（3）内壁滚动。