CN104638706B - 充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种充电系统，包括充电装置及与所述充电装置对接的对接装置，其充电装置设置在充电站，对接装置设置在机器人上，由于充电装置的充电组件上设置有防尘组件用以遮挡充电电极，且对接装置上的对接组件上设置有防护组件用以遮挡对接电极，在机器人不充电的时候或是充电完成后能够自动遮挡电极，减少污物或潮湿环境对电极带来的污染与锈蚀，以保证电极良好的电连接性，上述防尘组件和防护组件无需任何电力驱动，只是在对接装置与充电装置对接时，通过各个部件之间的简单碰撞和抵推，即可在机器人充电时打开电极防护板。

Description

充电系统
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种充电系统。
背景技术
移动机器人自动充电功能可以延长机器人的自治时间，增加其活动范围，实现连续任务动作。自动充电技术要求机器人能快速寻找充电站，机器人与充电站之间有较高的传输电能效率并且充电安全、快速。
现有的自主充电技术主要分为接触式充电和非接触式感应充电。传统的接触式充电方式存在以下问题：
从物理方面：充电连接部件为金属导体暴露在外部，电连接时容易产生火花,这对于易燃易爆场合危险性很大；如果出现污物会导致接触不良或电连接失败。
从机械方面看，传统的充电连接部件采取直插方式完成对接充电，多次插拔对接头的机械损伤会引起接触松动从而导致接触不良或电能传输下降。
对于非接触式感应充电：虽然实现了机器人停靠在充电站感应区域内即可完成充电的过程，有效避免接触式充电带来的诸多不便，但是对于传输电能效率高，传输性能稳定的充电模块，其成本也相当高，会大大增加机器人的制造成本。
发明内容
基于此，有必要提供一种较为安全且较为稳定的充电系统。
一种充电系统，包括充电装置及与所述充电装置对接的对接装置，其中，所述充电装置包括：
充电座；及
两个充电单元，间隔设置，每个充电单元包括充电组件及防尘组件，所述充电组件包括充电支撑板、充电开关、充电电极及充电弹簧，所述充电支撑板与所述充电座固定连接，所述充电开关固定于所述充电支撑板的中部，所述充电电极设置于所述充电支撑板的一端，并与所述充电开关间隔设置，所述充电电极朝靠近所述充电开关的方向可滑动，所述充电弹簧的两端分别与所述充电电极及所述充电座固定连接；所述防尘组件包括充电电极挡板及充电电极防护板，所述充电电极挡板固定于所述充电座上，所述充电电极挡板位于所述充电电极的上方，并与所述充电支撑板平行设置，所述充电电极防护板的一侧与所述充电电极挡板朝向所述充电电极的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡所述充电电极；
其中，所述对接装置包括两个对接单元，所述每个对接单元包括：
对接组件，包括对接支撑板、对接开关、对接电极及对接弹簧，所述对接支撑板固定于机器人上，所述对接开关固定于所述对接支撑板的中部，所述对接电极设置于所述对接支撑板的一端，并与所述对接开关间隔设置，且所述对接电极朝靠近所述对接开关的方向可滑动，所述对接弹簧的两端分别与对接电极及所述机器人固定连接；
防护组件，包括挡板支撑板、对接电极挡板、挡板弹簧及对接电极防护板，所述挡板支撑板与所述机器人固定连接，所述挡板支撑板位于所述对接电极的上方，并与所述对接支撑板平行设置，所述对接电极挡板可滑动地设置于所述挡板支撑板远离所述对接电极的一面，所述挡板弹簧的两端分别与所述对接电极挡板及所述机器人固定连接，所述对接防护板的一侧与所述对接电极挡板朝向所述对接电极的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡所述对接电极；
其中，所述对接装置与所述充电装置对接，所述两个充电单元的充电电极挡板分别推动所述两个对接单元的对接电极挡板滑动，使所述对接电极防护板与所述挡板支撑板碰撞，所述对接电极防护板转动，使所述对接电极露出，且使所述对接电极防护板远离所述对接电极挡板的一端推动所述充电电极防护板转动，使所述充电电极露出；所述两个充电单元的所述充电电极分别与所述两个对接单元的对接电极相互抵推，所述充电电极朝靠近所述充电开关的方向滑动，使所述充电开关闭合，且使所述充电电极与所述充电开关电性连接，所述对接电极朝靠近所述对接开关的方向滑动，使所述对接开关闭合，且使所述对接电极与所述对接开关电性连接，以使所述充电电极与所述对接电极电性连接。
优选地，所述两个充电单元上下排列设置，所述两个对接单元上下排列设置。
优选地，所述充电装置还包括设置于其中一个充电单元的充电电极挡板上的红外引导光源，所述机器人上设有红外接收器。
优选地，所述红外接收器为四个，四个红外接收器呈矩形排列，且每个红外接收器的接收角度为90度。
优选地，所述每个充电单元的充电弹簧两个，所述两个充电弹簧平行间隔设置。
优选地，所述每个对接单元的对接弹簧为四个，所述四个对接弹簧平行间隔设置。
优选地，所述每个对接单元的挡板弹簧为两个，所述两个挡板弹簧平行间隔设置。
优选地，所述对接电极远离所述对接弹簧的一侧形成有凸型弧部，所述充电电极上形成有收容所述凸型弧部的凹型弧部。
优选地，所述凸型弧部的弧度大于所述凹型弧部的弧度。
优选地，所述对接电极为金属电极，所述充电电极为金属电极。
上述充电系统的充电装置设置在充电站，对接装置设置在机器人上，由于充电装置的充电组件上设置有防尘组件用以遮挡充电电极，且对接装置上的对接组件上设置有防护组件用以遮挡对接电极，在机器人不充电的时候或是充电完成后能够自动遮挡电极，减少污物或潮湿环境对电极带来的污染与锈蚀，以保证电极良好的电连接性，上述防尘组件和防护组件无需任何电力驱动，只是在对接装置与充电装置对接时，通过各个部件之间的简单碰撞和抵推，即可在机器人充电时打开电极防护板。且由于充电电极与充电开关间隔设置，对接电极与对接开关间隔设置，当对接装置与充电装置对接时，充电电极与对接电极接触后相互抵推，使充电电极滑动以推动充电开关闭合，并使充电电极与充电开关电性连接，同时，对接电极滑动以推动对接开关闭合，对接电极与对接开关电性连接，从而实现充电电极与对接电极之间的电性连接，可以有效避免充电电极与对接电极在电连接时产生火花的现象，保证在易燃易爆场合下实现机器人的自动充电。
附图说明
图1为一实施方式的充电系统的对接装置与充电装置对接过程中的结构示意图；
图2为图1所示的充电系统的充电装置的结构示意图；
图3为图2所示的充电装置的充电组件的结构示意图；
图4为图1所示的充电系统的对接装置的结构示意图；
图5为图4所示的对接装置的对接组件的结构示意图；
图6为图4所示的对接装置的防护组件的结构示意图；
图7为图1所示的充电系统中的对接装置的红外接收器在充电装置的红外引导的光源下进行对接的结构示意图；
图8为安装有图7所示的对接装置的机器人向充电装置移动的移动路线轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对充电系统进一步说明。
如图1所示，一实施方式的充电系统10，包括充电装置100及对接装置200。
请一并参阅图2，充电装置100包括充电座110及充电单元120。
充电座110设置在充电站内。充电座110包括背板112及一侧与背板112的一侧固定连接的侧壁114。
请一并参阅图3，充电单元120为两个，且间隔设置。具体的，两个充电单元120上下排列设置。每个充电单元120包括充电组件122及防尘组件124。充电组件122包括充电支撑板1221、充电开关1222、充电电极1223及充电弹簧1224。充电支撑板1221与充电座110固定连接。具体的，充电支撑板1221的相邻的两侧分别与背板112及侧壁114固定连接。充电开关1222固定于充电支撑板1221的中部。具体的，充电开关1222与充电站内的电源充电电路电性连接。充电开关1222上设有用于控制充电开关1222闭合或断开的金属弹片。充电电极1223设置于充电支撑板1221的一端，并与充电开光1222间隔设置，充电电极1223朝靠近充电开关1222的方向可滑动。具体的，充电开关1222与充电电极1223位于充电支撑板1221的同一侧。充电电极1223在充电支撑板1221上滑动，以使充电开关1222闭合或断开。具体的，充电电极1223朝靠近充电开关1222的方向滑动，并抵推金属弹片，以使充电开关1222闭合，充电电极1223与充电开关电性连接。充电电极1223为金属电极。可以理解，充电电极1223的材质还可以为其它具有导电功能的材质。充电弹簧1224的两端分别与充电电极1223及充电座110固定连接。具体的，充电弹簧1224的两端分别与充电电极1223及背板112固定连接。充电弹簧1224给充电电极1223提供一弹性回复力。具体的，每个充电组件122的充电弹簧1224为两个，且两个充电弹簧1224平行间隔设置。可以理解，每个充电组件122的充电弹簧1224也可以为一个、三个或是更多。
防尘组件124包括充电电极挡板1242及充电电极防护板1244。充电电极挡板1242固定于充电座110上。具体的，充电电极挡板1242的一端的端面固定于背板112上。充电电极挡板1242位于充电电极1223的上方，并与充电支撑板1221平行设置。具体的，充电电极挡板1242包括充电电极挡板本体及与充电电极挡板本体远离背板112的一端固定连接、且朝远离背板112的方向延伸的延伸部。充电电极防护板1244的一侧与充电电极挡板1242朝向充电电极1223的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡充电电极1223。其中，充电电极防护板1244与充电电极挡板1242可以通过合页连接以实现转动连接。
请一并参阅图4及图5，对接装置200固定设置于机器人20上。对接装置200包括两个对接单元210。具体的，两个对接单元210上下排列设置。每个对接单元210包括对接组件212和防护组件214。对接组件212包括对接支撑板2121、对接开关2122、对接电极2123及对接弹簧2124。对接支撑板2121与机器人20固定连接。对接开关2122固定于对接支撑板2121的中部。具体的，对接开关2122与控制机器人行走的电机驱动电性连接，当对接开关2122闭合，驱动电机断电，机器人停止行走。对接开关2122上设有用于控制对接开关2122闭合或断开的金属弹片。对接电极2123设置于对接支撑板2121的一端，并与对接开关2122间隔设置，对接电极2123朝靠近对接开关2122的方向可滑动。具体的，对接开关2122与对接电极2123位于对接支撑板2121的同一个表面上。对接电极2123在对接支撑板2121上滑动，以使对接开关2122闭合或断开。具体的，对接电极2123朝靠近对接开关2122的方向滑动，并抵推金属弹片，使对接开关2122闭合，以使对接电极2123与对接开关2122电性连接。对接电极2123为金属电极。可以理解，对接电极2123的材质还可以为其它具有导电功能的材质。对接弹簧2124的两端分别与对接电极2123及机器人20固定连接。具体的，每个对接单元210的对接弹簧2124为四个，且四个对接弹簧2124平行间隔设置。可以理解，对接弹簧2124也可以为一个、两个、三个、五个或是更多。
为了便于对接电极2123与充电电极1223之间的对接，对接电极2123远离对接弹簧2124的一侧形成有凸型弧部21232，充电电极1223上形成有收容凸型弧部21232的凹型弧部12232。优选的，凸型弧部21232的弧度大于凹型弧部21232的弧度，从而保证了对接电极2123与充电电极1223时，对接电极2123的中心线存在横向错位和角度偏差的情况下，也能够实现与充电电极1223的对接，扩大了对接电极2123与充电电极1223的对接的接触面积，增加了对接角度范围和对接误差容忍度。
请一并参阅图6，防护组件214包括挡板支撑板2142、对接电极挡板2144、挡板弹簧2146及对接电极防护板2148。挡板支撑板2142的一端的端面与机器人20固定连接，挡板支撑板2142位于对接电极2123的上方，并与对接支撑板2121平行设置。对接电极挡板2144可滑动地设置于挡板支撑板2142远离对接电极2123的一面。具体的，上方的充电单元120的充电电极挡板1242的高度与位于上方的对接单元210的对接电极挡板2144的厚度的中心高度相同。即对接装置200与充电装置100对接时，充电电极挡板1242远离背板112的一端的端面与对接电极挡板2144的远离机器人20的一端的端面的中心位置相抵接，并推动对接电极挡板2144滑动。挡板弹簧2146的两端分别对接电极挡板2144及机器人20固定链接。具体的，每个对接单元210的挡板弹簧2146为两个，且两个挡板弹簧2146平行设置。可以理解，每个对接单元210的挡板弹簧2146也可以为一个、三个或是更多。对接防护板2148的一侧与对接电极挡板2144朝向对接电极2123的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡对接电极2123。对接装置200与充电装置100对接时，充电电极挡板1242推动对接电极挡板2144滑动，对接防护板2148与挡板支撑板2142碰撞，使对接防护板2148转动，使对接电极2123露出，同时对接防护板2148推动充电电极防护板1244转动，使充电电极1223露出。其中，对接防护板2148与对接电极挡板2144可以通过合页连接以实现转动连接。
在具体的实施例中，上下排列的两个充电单元120的充电电极1223分别为正电极和负电极，上下排列的两个对接单元210的对接电极2123分别为正电极和负电极。且位于上面的充电单元120的充电电极1223与位于上面对接单元210的对接电极2123在同一高度，位于下面的充电单元120的充电电极1223与位于下面的对接单元210的对接电极2123在同一高度，从而实现充电电极1223与对接电极2123的对接。可以理解，也可以将上面的充电电极1223和上面的对接电极2123设置为负电极，下面的充电电极1223和下面的对接电极2123设置为正电极；或者是，将两个充电单元120设置在同一高度并排设置，此时，两个对接单元210也设置在同一高度并排设置；或者是两个充电单元120设置在不同的高度，且不采用上下排列的设置方法，只要充电单元120的充电电极1223和对接单元210的对接电极2123能够对接的方案都可行。
请一并参阅图7，优选的，充电装置100还包括设置于一个充电单元120的充电电极挡板1242上的红外引导光源300，机器人20上设有红外接收器400。具体的，红外接收器400为四个，四个红外接收器400呈矩形排列，且每个接收器400的接收角度为90度。实现对红外引导光源300的360°探测。在具体的实施例中，将其中两个相邻的红外接收器400设置始终保持接收红外引导光源300的红外光，以保持对接装置200与充电装置100对接。如图7所示，将四个红外接收器400分别标记为A、B、C和D，将A和B设置为始终保持接收红外引导光源300的红外光，在当机器人进入红外光区域内，任意一只红外接收器400接收到红外光后，机器人调整方向，始终保持A和B两端能接收到红外光，并延A和B的中心线方向进行直线运动，直到触碰红外边界处，调整机器人前进方向，使机器人延红外边界靠近充电站，请参阅图8路线轨迹所示，最终实现充电装置100的对接。使得充电站只需提供给机器人适当的方向导引即可完成充电对接过程，不仅避免了直插式电极移动充电机器人使用激光、视觉处理等方法实现近程对接的复杂算法，同时也降低了机器人充电模块的成本。
其中，对接装置200与充电装置100对接，两个充电单元120的充电电极挡板1242分别推动两个对接单元210的对接电极挡板2144滑动，使挡板弹簧2146压缩，且使对接电极防护板2148与挡板支撑板2142碰撞，对接电极防护板2148转动，使对接电极2123露出，且使对接电极防护板2148远离对接电极挡板2144的一端推动充电电极防护板1244转动，使充电电极1223露出；同时，两个充电单元120的充电电极1223分别与两个对接单元210的对接电极2123相互抵推，充电电极1223朝靠近充电开关1222的方向滑动，充电弹簧1224压缩，充电电极1223与充电开关1222接触，并使充电开关1222闭合，且使充电电极1223与充电开关1222电性连接，对接电极2123朝靠近对接开关2122的方向滑动，对接弹簧2124压缩，对接电极2123与对接开关2122接触，并使对接开关2122闭合，且使对接电极2123与对接开关2122电性连接，以实现充电电极1223与对接电极2123电性连接。
充电完成后，机器人20离开充电站，对接装置200离开充电装置100，在充电弹簧1224、对接弹簧2124及挡板弹簧2146提供回复力的作用下，充电电极1223、对接电极2123及对接电极挡板2144复位，对接电极防护板2148与挡板支撑板2142脱离，对接电极防护板2148在重力的作用下转动，竖直向下，遮挡对接电极2123，同时，由于对接电极防护板2148离开充电电极挡板1242，充电电极挡板1242在重力的作用下转动，并竖直向下，遮挡充电电极1223。
上述充电系统10的充电装置100设置在充电站，对接装置200设置在机器人上，由于充电装置100的充电组件122上设置有防尘组件124用以遮挡充电电极1223，且对接装置200上的对接组件212上设置有防护组件214用以遮挡对接电极2123，在机器人不充电的时候或是充电完成后能够自动遮挡电极，减少污物或潮湿环境对电极带来的污染与锈蚀，以保证电极良好的电连接性，上述防尘组件124和防护组件214无需任何电力驱动，只是在对接装置200与充电装置100对接时，通过各个部件之间的简单碰撞和抵推，即可在机器人充电时打开电极防护板。且由于充电电极1223与充电开关1222间隔设置，对接电极2123与对接开关2122间隔设置，当对接装置200与充电装置100对接时，充电电极1223与对接电极2123接触后相互抵推，使充电电极1223滑动以推动充电开关1222闭合，并使充电电极1223与充电开关1222电性连接，同时，对接电极2123滑动以推动对接开关2122闭合，对接电极2123与对接开关2122电性连接，从而实现充电电极1222与对接电极2123之间的电性连接，可以有效避免充电电极1223与对接电极2123在电连接时产生火花的现象，保证在易燃易爆场合下实现机器人的自动充电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种充电系统，其特征在于，包括充电装置及与所述充电装置对接的对接装置，其中，所述充电装置包括：
充电座；及
两个充电单元，间隔设置，每个充电单元包括充电组件及防尘组件，所述充电组件包括充电支撑板、充电开关、充电电极及充电弹簧，所述充电支撑板与所述充电座固定连接，所述充电开关固定于所述充电支撑板的中部，所述充电电极设置于所述充电支撑板的一端，并与所述充电开关间隔设置，所述充电电极朝靠近所述充电开关的方向可滑动，所述充电弹簧的两端分别与所述充电电极及所述充电座固定连接；所述防尘组件包括充电电极挡板及充电电极防护板，所述充电电极挡板固定于所述充电座上，所述充电电极挡板位于所述充电电极的上方，并与所述充电支撑板平行设置，所述充电电极防护板的一侧与所述充电电极挡板朝向所述充电电极的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡所述充电电极；
其中，所述对接装置包括两个对接单元，所述每个对接单元包括：
对接组件，包括对接支撑板、对接开关、对接电极及对接弹簧，所述对接支撑板固定于机器人上，所述对接开关固定于所述对接支撑板的中部，所述对接电极设置于所述对接支撑板的一端，并与所述对接开关间隔设置，且所述对接电极朝靠近所述对接开关的方向可滑动，所述对接弹簧的两端分别与对接电极及所述机器人固定连接；
防护组件，包括挡板支撑板、对接电极挡板、挡板弹簧及对接电极防护板，所述挡板支撑板与所述机器人固定连接，所述挡板支撑板位于所述对接电极的上方，并与所述对接支撑板平行设置，所述对接电极挡板可滑动地设置于所述挡板支撑板远离所述对接电极的一面，所述挡板弹簧的两端分别与所述对接电极挡板及所述机器人固定连接，所述对接防护板的一侧与所述对接电极挡板朝向所述对接电极的一面转动连接，另一侧在重力的作用下竖直向下，以遮挡所述对接电极；
其中，所述对接装置与所述充电装置对接，所述两个充电单元的充电电极挡板分别推动所述两个对接单元的对接电极挡板滑动，使所述对接电极防护板与所述挡板支撑板碰撞，所述对接电极防护板转动，使所述对接电极露出，且使所述对接电极防护板远离所述对接电极挡板的一端推动所述充电电极防护板转动，使所述充电电极露出；所述两个充电单元的所述充电电极分别与所述两个对接单元的对接电极相互抵推，所述充电电极朝靠近所述充电开关的方向滑动，使所述充电开关闭合，且使所述充电电极与所述充电开关电性连接，所述对接电极朝靠近所述对接开关的方向滑动，使所述对接开关闭合，且使所述对接电极与所述对接开关电性连接，以使所述充电电极与所述对接电极电性连接。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述两个充电单元上下排列设置，所述两个对接单元上下排列设置。
3.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述充电装置还包括设置于其中一个充电单元的充电电极挡板上的红外引导光源，所述机器人上设有红外接收器。
4.根据权利要求3所述的充电系统，其特征在于，所述红外接收器为四个，四个红外接收器呈矩形排列，且每个红外接收器的接收角度为90度。
5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述每个充电单元的充电弹簧两个，所述两个充电弹簧平行间隔设置。
6.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述每个对接单元的对接弹簧为四个，所述四个对接弹簧平行间隔设置。
7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述每个对接单元的挡板弹簧为两个，所述两个挡板弹簧平行间隔设置。
8.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述对接电极远离所述对接弹簧的一侧形成有凸型弧部，所述充电电极上形成有收容所述凸型弧部的凹型弧部。
9.根据权利要求8所述的充电系统，其特征在于，所述凸型弧部的弧度大于所述凹型弧部的弧度。
10.根据权利要求1或8或9所述的充电系统，其特征在于，所述对接电极为金属电极，所述充电电极为金属电极。
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