CN109075596B - 用于机器人的充电系统 - Google Patents

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Abstract

一种充电系统，包括充电组件，该充电组件具有耦接到电源的充电器底座。第一公端子构件终止于第一电触点并具有至少两个外部曲面和一个平坦表面。第二公端子构件终止于第二电触点并具有至少两个外部曲面和一个平坦表面。腔体在第一公端子构件与第二公端子构件之间形成并且具有在第一电触点与第二电触点之间的开口。腔体由第一公端子构件的平坦表面和第二公端子构件的平坦表面限定。第二公端子构件的平坦表面具有接近于腔体开口的并且相对第二轴成角度的扩口表面部分。

Description

用于机器人的充电系统
技术领域
本发明涉及一种充电系统，并且更具体地涉及一种用于给机器人充电的充电系统。
背景技术
在许多应用中，机器人用于代替人执行功能或帮助人，以提高生产率和效率。订单履行是一个这样的应用，其通常在装有产品的大型仓库中执行，这些产品将被运送到已经通过因特网下订单以送货上门的客户。
至少可以说，以及时、准确和高效的方式履行这些订单对后勤构成挑战。点击虚拟购物车中的“结账”按钮创建“订单”。该订单包括将被运送到特定地址的物品的清单。“履行”的过程涉及从大型仓库中物理地取走或“拣选”这些物品、将它们打包并且将它们运送到指定的地址。因此，订单履行过程的重要目标是在尽可能短的时间内运送尽可能多的物品。另外，最终将被运送的产品需要首先被容纳在仓库中，并且在整个仓库中以有序方式被存储或“放置”在存储仓中，使得能够容易地取回它们以进行运送。
使用机器人执行拣选和放置功能可以由机器人单独完成或在人操作员的帮助下完成，并能大大提高效率。机器人由电力驱动，机器人上的电池上存储有电力。随着机器人在仓库各处进行所有行程，这些机器人必须定期充电。因此，为了顺利进行操作，需要一种有效且高效的方式来给机器人充电。
发明内容
在一个方面，本发明公开了一种充电系统，包括充电组件，该充电组件具有耦接到电源的充电器底座。第一公端子构件具有第一底座，第一底座固定到充电器底座的第一表面并且沿第一轴从充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第一电触点。第一公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，多个外表面中的至少两个从第一底座弯曲到第一电触点。第二公端子构件具有第二底座，第二底座固定到充电器底座的第一表面并且沿第二轴从充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第二电触点。第二公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，多个外表面中的至少两个从第二底座弯曲到第二电触点。在第一公端子构件和第二公端子构件之间形成腔体，该腔体在第一电触点和第二电触点之间具有开口。腔体由第一公端子构件的至少一个平坦表面和第二公端子构件的至少一个平坦表面限定。第二公端子构件的至少一个平坦表面具有接近于腔体的开口的并且相对于第二轴成角度的扩口表面部分。
在本发明的其他方面中，可以包括以下特征中的一个或更多个。第一公端子构件的至少一个平坦表面可以具有接近于腔体的开口的凹陷表面部分。充电系统还可以包括充电端口，该充电端口耦接到待充电设备的电池，该充电端口被配置为容纳充电组件以对待充电设备的电池进行充电。充电端口还可以包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体被配置为分别容纳并接合充电组件的第一公端子构件和第二公端子构件。第一腔体可以包括第一电触点，第一电触点包括被配置为与第一公端子构件的第一电触点接合的弹簧加载销，并且第二腔体可以包括第二电触点，第二电触点包括被配置为与第二公端子构件的第二电触点接合的弹簧加载销。第一公端子构件的曲面和第二公端子构件的曲面可以具有第一曲率半径。第一腔体可以包括具有第二曲率半径的曲面，第二腔体可以包括具有第二曲率半径的曲面。第一曲率半径可以基本上等于第二曲率半径。
在本发明的其他方面中，可以包括以下特征中的一个或更多个。第一腔体在其开口处的宽度和长度可以大于第一公端子构件接近第一电触点的宽度和长度，第二腔体在其开口处的宽度和长度可以大于第二公端子构件接近第二电触点的宽度和长度。还可以设置在第一腔体和第二腔体之间以分离第一腔体和第二腔体的分隔器。分隔器可以被配置为当充电组件和充电端口配合时被容纳到充电组件的腔体中。分隔器可以包括位于分隔器的表面上的止动件，以防止在第一公端子构件与第二腔体接合且第二公端子构件与第一腔体接合时充电组件与充电端口不正确地配合。止动件可以包括倾斜表面部分和平坦表面部分，倾斜表面部分和平坦表面部分被配置为与充电组件的腔体中的凹陷表面部分接合，进而允许充电组件和充电端口的正确配合。
在本发明的其他方面中，可以包括以下特征中的一个或更多个。充电组件和充电端口中的一个可以包括多个磁体，并且充电组件和充电端口中的另一个可以包括相应的多个金属触点，多个磁体和金属触点在充电组件和充电端口配合时接合以通过磁力将充电组件和充电端口固定就位。还可以包括具有框架的插接站，充电组件固定到该框架。充电组件可以被设置在安装件上，并且该安装件可以通过多个柔性安装构件固定到框架，以允许充电组件在六个自由度上移动。插接站可以包括标识插接站的位置的基准标记。插接站可以包括充电单元，该充电单元电连接到充电组件，以提供电力为设备充电。插接站可以包括约束设备，以在解除配合过程中限制充电组件的移动，该约束设备与插接站的框架和充电组件设置在其上的安装件相互连接。充电单元可以包括收发器并且充电端口包括收发器，以在充电过程期间实现充电单元和设备之间的通信。正充电的设备可以是机器人。
在另一方面，本发明公开了一种用于机器人的充电系统，其具有充电组件。充电组件包括耦接到电源的充电器底座。第一公端子构件具有第一底座，第一底座固定到充电器底座的第一表面并且沿第一轴从充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第一电触点。第一公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，多个外表面中的至少两个从第一底座弯曲到第一电触点。第二公端子构件具有第二底座，第二底座固定到充电器底座的第一表面并且沿第二轴从充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第二电触点。第二公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，多个外表面中的至少两个从第二底座弯曲到第二电触点。在第一公端子构件和第二公端子构件之间形成腔体，该腔体在第一电触点和第二电触点之间具有开口。腔体由第一公端子构件的至少一个平坦表面和第二公端子构件的至少一个平坦表面限定。第一公端子构件的至少一个平坦表面具有接近于腔体的开口的凹陷表面部分，第二公端子构件的至少一个平坦表面具有接近于腔体的开口的并且相对于第二轴成角度的扩口表面部分。充电端口耦接到待充电的机器人的电池。充电端口包括第一腔体和第二腔体以分别容纳充电组件的第一公端子构件和第二公端子构件。充电端口还包括被设置在第一腔体和第二腔体之间的分隔器。分隔器被配置为当充电组件和充电端口配合时，容纳在充电组件的第一公端子构件和第二公端子构件之间的腔体中。
根据下面的详细描述和附图，将清楚本发明的这些和其他特征，其中：
附图说明
图1是订单履行仓库的俯视平面图；
图2是图1中示出的仓库中使用的机器人之一的底座的透视图；
图3是示出停驻在图1中示出的货架前方并且配备有电枢的图2中的机器人的透视图；
图4是使用机器人上的激光雷达产生的图1的仓库的局部地图；
图5是描绘用于定位分散在整个仓库中的基准标记并且存储基准标记姿势的过程的流程图；
图6是基准标识到姿势的映射的表格；
图7是仓位到基准标识的映射的表格；
图8是描绘产品SKU到姿势的映射过程的流程图；
图9是根据本发明的充电组件的正视图；
图10是图9的充电组件的侧视图；
图11是与根据本发明的安装在机器人上的充电端口配合的图9的充电组件的透视图；
图12是图11的充电端口的透视图；
图13是与充电端口配合的充电组件的剖视图；
图14A是充电器插接站的正视图；
图14B是充电器插接站的侧视图；以及
图14C是充电器插接站的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于机器人充电的充电系统。尽管本发明不限于任何特定的机器人应用，但是一个合适应用是用于订单履行。在该应用中,机器人的使用将被描述为充电系统提供环境。
参照图1，典型的订单履行仓库10包括货架12，货架12装有订单16中能够包括的各种物品。在操作中，来自仓库管理服务器15的订单16抵达订单服务器14。订单服务器14将订单16传达给从漫步于仓库10的多个机器人中选择的机器人18。
在优选的实施例中，图2中示出的机器人18包括具有激光雷达22的自主轮式底座20。底座20还以收发器24和相机26为特征，收发器24使机器人18能够接收来自订单服务器14的指令。如图11和图12所示，机器人底座还包括用于给电池再充电的充电端口，该电池用于为自主轮式底座20供电。如图3所示，底座20还以处理器32和存储器34为特征，处理器32接收来自激光雷达22和相机26的数据，以捕获代表机器人的环境的信息，处理器32和存储器34协作以执行与仓库10内的导航关联的各种任务以及导航到放置在货架12上的基准标记30。基准标记30(例如，二维条形码)与所订购物品的仓/位置相对应。下面针对图4至图8详细地描述本发明的导航方法。
虽然本文中提供的初始描述集中在从仓库中的仓位拣选物品以履行运送给客户的订单，但是该系统同样适用于将容纳到仓库中的物品存储或放置在整个仓库中的仓位，以便稍后被取回并运送给客户。本发明还可用于与这种仓库系统关联的诸如产品的整合、计数、验证、检查和清理的库存控制任务。
再次参照图2，底座20的上表面36以联合件38为特征，联合件38接合多个可互换电枢40(图3中示出了这些可互换电枢40中的一个)中的任一个。图3中的特定电枢40以用于运载容纳物品的容器(tote)44的容器支架42和用于支撑平板电脑48的平板电脑支架46为特征。在一些实施例中，电枢40支撑用于运载物品的一个或更多个容器44。在其他实施例中，底座20支撑用于运载所容纳的物品的一个或更多个容器。如本文中使用的，术语“容器”包括但不限于货物支架、仓、笼子、货架、可以悬挂物品的杆、罐、板条箱、机架、架子、搁板、容器、盒子、桶、器皿和储物器。
虽然机器人18擅长在仓库10中四处移动，但是由于与机器人操纵物体关联的技术难度，导致利用当前的机器人技术不能快速且高效地从货架上拣选物品并且将其放置在容器44上。拣选物品的更高效方式是利用本地操作员50(通常是人)执行从货架12上物理地取下所订购的物品并且将它放置在机器人上(例如，容器44中)的任务。机器人18经由本地操作员50可以读取的平板电脑48或者通过将订单发送到本地操作员50所使用的手持设备来将订单传达给本地操作员50。
在从订单服务器14接收到订单16时，机器人18前往例如图3中示出的第一仓库位置。这样操作是基于存储在存储器34中并且由处理器32执行的导航软件。导航软件依赖于激光雷达22所收集的有关环境的数据、存储器34中的内部表格和相机26来导航，该内部表格标识与仓库10中可以发现特定物品的位置相对应的基准标记30的基准标识(“ID”)。
在到达正确位置时，机器人18将自身停驻在物品存储在其上的货架12的前方，等待本地操作员50从货架12上取回物品并且将其放置在容器44中。如果机器人18要取回其他物品，则它前往那些位置。然后，将机器人18取回的物品递送到包装站100(图1)，在包装站100处，将物品打包并运送。
本领域的技术人员应该理解，每个机器人都可以履行一个或更多个订单并且每个订单可以由一个或更多个物品组成。通常，将包括某些形式的路线优化软件，以提高效率，但是这超出了本发明的范围，因此不在本文中进行描述。
为了简化本发明的描述，描述了单个机器人18和操作员50。然而，从图1中可以看出，典型的履行操作包括许多机器人和操作员在仓库中彼此协作工作，以履行连续的订单流。
下面针对图4至图8来详细描述本发明的导航方法以及待取回物品的SKU到与该物品所处的仓库中的基准标记关联的基准ID/姿势(pose)的语义映射。
使用一个或更多个机器人18，必须创建并动态更新仓库10的地图以确定静态和动态的物体的位置，以及分散在整个仓库中的各种基准标记的位置。为此，机器人18中的一个利用其激光雷达22和同步定位与地图构建(SLAM，这是构建或更新未知环境的地图的计算问题)来在仓库中进行导航并且构建/更新地图10a(图4)。普及的SLAM近似解法包括粒子滤波器和扩展卡尔曼滤波器。优先的方法是SLAM GMapping方法，但是可以使用任何合适的SLAM方法。
随着激光雷达扫描环境，当机器人18基于其接收到的反射在整个空间中行进以对空间中的开放空间112、墙壁114、物体116和诸如货架12的其他静态障碍物进行识别时，机器人18利用其激光雷达22来创建/更新仓库10的地图10a。
在构建地图10a的同时或在此之后，一个或更多个机器人18利用相机26扫描环境来定位接近其中存储有物品的仓(诸如，图3中的32和34)的货架上的分散在整个仓库中的基准标记(二维条形码)而导航通过仓库10。机器人18使用诸如原点110的已知起点或原点作为参考。当机器人18使用其相机26来定位基准标记(诸如，图3和图4中的基准标记30)时，确定仓库中的相对于原点110的位置。
通过使用轮编码器和航向传感器，可以确定矢量120和机器人在仓库10中的位置。使用所捕获的基准标记/二维条形码的图像及其已知大小，机器人18可以确定相对于基准标记/二维条形码的机器人的取向和距基准标记/二维条形码的机器人的距离(矢量130)。在矢量120和130已知的情况下，可以确定原点110和基准标记30之间的矢量140。根据矢量140和所确定的基准标记/二维条形码相对于机器人18的取向，可以确定用四元数(x，y，z，w)定义的基准标记30的姿势(位置和取向)。
流程图200(图5)描述了基准标记定位过程。该过程以初始映射模式执行，并且当机器人18在执行拣选、放置和/或其他任务时，在仓库中遇到新的基准标记。在步骤202中，机器人18使用相机26捕获图像，并且在步骤204中，该机器人搜索所捕获图像内的基准标记。在步骤206中，如果在图像中发现基准标记(步骤204)，则确定该基准标记是否已经被存储在位于机器人18的存储器34中的基准表300(图6)中。如果该基准信息已经被存储在存储器中，则流程图返回步骤202，以捕获另一个图像。如果该基准信息不在存储器中，则根据上述过程来确定姿势，并且在步骤208中，将该姿势添加到基准与姿势的查询表300。
在可以存储在每个机器人的存储器中的查询表300中，包括每个基准标记的基准标识1、2、3等和与每个基准标识关联的基准标记/条形码的姿势。该姿势由仓库中的x、y、z坐标连同取向或四元数(x，y，z，w)组成。
在也可以存储在每个机器人的存储器中的另一个查询表400(图7)中，存在与特定基准ID 404(例如，编号“11”)相关的仓库10内的仓位(例如，402a-f)的列表。在该示例中，仓位由七个字母数字字符组成。前六个字符(例如，L01001)属于仓库内的货架位置，最后一个字符(例如，A-F)标识货架位置处的特定仓。在这个示例中，存在与基准ID“11”关联的六个不同的仓位。可以存在与每个基准ID/标记关联的一个或更多个仓。
字母数字仓位能被人(例如，图3中的操作员50)理解为对应于其中存储有物品的仓库10中的物理位置。然而，他们对机器人18而言没有意义。通过将位置映射到基准ID，机器人18可以使用查询表300(图6)中的信息来确定基准ID的姿势，然后导航到如本文中描述的姿势。
在流程图500(图8)中描绘了根据本发明的订单履行过程。在步骤502中，仓库管理系统15(图1)获得订单，该订单可以由待取回的一个或更多个物品组成。在步骤504中，由仓库管理系统15确定物品的SKU编号，并且在步骤506中，根据SKU编号确定仓位。然后，将订单的仓位列表发送到机器人18。在步骤508中，机器人18将仓位与基准ID关联，并且在步骤510中，根据基准ID获得每个基准ID的姿势。在步骤512中，机器人18导航到如图3所示的姿势，其中，操作员可以从适合的仓中拣选待取回的物品并且将其放置在机器人上。
仓库管理系统15获得的物品特定信息(诸如，SKU编号和仓位)可以被发送到机器人18上的平板电脑48，使得当机器人抵达每个基准标记位置时，可以告知操作员50待取回的特定物品。
在已知SLAM地图和基准ID的姿势的情况下，机器人18可以使用各种机器人导航技术而容易地导航到基准ID中的任一个。优选的方法涉及：在了解了仓库10中的开放空间112和墙壁114、货架(诸如货架12)和其他障碍物116的情况下，设置到基准标记姿势的初始路线。当机器人使用其激光雷达26开始遍历仓库时，它确定在其路径中是否存在固定的或动态的任何障碍物(诸如，其他机器人18和/或操作员50)并且迭代地更新其到基准标记的姿势的路径。机器人大约每50毫秒重新计划一次其路线，不断搜索最有效的路径，同时避开障碍物。
利用本文中描述的产品SKU/基准ID到基准姿势的映射技术结合SLAM导航技术，机器人18能够非常有效地在仓库空间中进行导航，而不必使用通常使用的牵涉到用于确定仓库内位置的网格线和中间基准标记的较复杂的导航方法。
如上所述，机器人50需要定期再充电。除了在仓库(物品存储于其中)中的标记位置之外，基准标记可以放置在仓库内的一个或更多个充电站处。当机器人18的电力不足时，它可以导航到充电站处的基准标记，以便可以再充电。一旦机器人到达那里，可以通过操作员将机器人连接到充电系统来手动再充电，或者机器人可以使用其导航将其自身插接在充电站处。
如图9和图10所示，充电组件200可以被用于充电站。充电组件200包括充电器底座202，在充电器底座202上设置有第一公端子构件204和第二公端子构件206。尽管未在该图中示出，但是来自仓库中的供电服务的正电输入端将固定到充电器底座202并且电连接到第一公端子构件204或第二公端子构件206中的一个。另外，负电输入端将固定到充电器底座202并且电连接到第一公端子构件204或第二公端子构件206中的另一个。
第一公端子构件204具有第一底座210，第一底座210固定到充电器底座202的表面214并沿第一轴212从充电器底座202的表面214正交地延伸且终止于第一电触点216。第一电触点216可以是铜汇流条(copper bus bar)的形式，其延伸到充电器底座202中，正电连接或负电连接中的一个固定到充电器底座202。第二公端子构件206具有第二底座220，第二底座220固定到充电器底座202的表面214并且沿第二轴222从充电器底座202的表面214正交地延伸且终止于第二电触点226。第二电触点226也可以是铜汇流条的形式，其延伸到充电器底座202中，正电连接或负电连接中的另一个将固定到充电器底座202。
第一公端子构件204具有多个外表面，其中至少两个外表面具有从第一底座210到第一电触点216的弯曲形状，以形成凹面。在图9和图10所描绘的实施例中，有三个曲面：即，顶部曲面230，相对的侧部曲面232和234；这三个曲面以特定的曲率半径从第一底座210弯曲到第一电触点216，以形成凹面。在该实施例中，相对的侧部曲面232和234的曲率半径约为63.9毫米。顶部曲面230的曲率半径约为218.7毫米。根据经验确定这些曲率半径以提供优化的对准校正。与垂直方向相比，水平方向上期望更多的未对准。因此，相对的侧部曲面具有较小的曲率半径。当然，曲面的曲率半径可以根据应用而变化。
另外，第一公端子构件204具有平坦表面236，该平坦表面236基本上平行于第一轴212并且正交于充电器底座202的表面214。平坦表面236包括接近第一电触点216的凹陷表面部分238。
第二公端子构件206具有多个外表面，其中至少两个外表面具有从第二底座220到第二电触点226的弯曲形状，以形成凹面。在图9和图10所描绘的实施例中，有三个曲面：即，底部曲面240，相对的侧部曲面242和244；其中三个曲面以特定的曲率半径从第二底座220弯曲到第一电触点226，以形成凹面。在该实施例中，相对的侧部曲面242和244的曲率半径约为63.9毫米。底部曲面240的曲率半径约为218.7毫米。根据经验确定这些曲率半径以提供优化的对准校正。与垂直方向相比，水平方向上期望更多的未对准。因此，相对的侧部曲面具有较小的曲率半径。当然，曲面的曲率半径可以根据应用而变化。
另外，第二公端子构件206具有平坦表面246，其基本上平行于第二轴222并且与充电器底座202的表面214正交。平坦表面246包括接近第二电触点226的扩口表面部分248。
在第一公端子构件204和第二公端子构件206之间形成腔体250，该腔体250由第一公端子构件204的至少一个平坦表面236和第二公端子构件206的至少一个平坦表面246所限定。腔体250具有在第一电触点216和第二电触点226之间的开口252。在开口252处，存在平坦表面236的凹陷表面部分238和平坦表面246的扩口表面部分248。
再次参考图9和图10，金属触点260a-260e设置在充电器底座202上。如下所述，这些金属触点与充电端口300上的相应磁体接合，并且在充电时将充电组件200和充电端口300固定在适当位置。或者，磁体可以设置在充电器底座202上，金属触点位于充电端口300上。
在图11中，充电端口300被描绘为固定到机器人底座20a(可比与图2中的自主轮式底座20)上。在图11中，当机器人底座20a正在充电时，示出了充电组件200与充电端口300配合。如图14A至14C所示并将在下文描述，一旦机器人导航到与充电站相关联的基准标记，可以通过操作员将充电组件200连接到机器人底座20a的充电端口300来手动再充电，或者机器人可以使用其导航将其自身插接到安装在充电器插接站(docking station)上的固定充电组件200。
如果机器人插接到固定的充电组件200，则其使用相机302将其操纵到位，使得充电端口300可以与充电组件200配合。相机可以使用与充电站相关联的基准标记作为精细定位的参考点。当机器人操纵到位时，可能难以实现电气组件200的电触点216和226分别与充电端口300的电触点304和306配合的完美对准。因此，为了确保更容易、更有效和更少问题的配合，充电组件200和充电端口300已经被专门设计，以允许机器人更快地再充电。
如图12和图13所示，充电端口300包括第一腔体308和第二腔体310，当机器人底座20a插接时，第一腔体308和第二腔体310被分别配置为容纳和接合充电组件200的第一公端子构件204和第二公端子构件206。腔体308具有凹陷的曲面312，该曲面312与第一公端子构件204的曲面230、232和234互补。换而言之，第一腔体308可以包括曲面312，曲面312的曲率半径基本上等于第一公端子构件204的外部曲面(230、232和234)的曲率半径。在这种情况下，基本上等于意味着略大，以允许在腔体308中插入和移除第一公端子构件204。腔体310也具有凹陷的曲面314，该曲面314与第二公端子构件206的曲面240、242和244互补。换而言之，第二腔体310可以包括曲面314，曲面314的曲率半径基本上等于第二公端子构件206的外部曲面(240、242和244)的曲率半径。在这种情况下，基本上等于意味着略大，以允许在腔体310中插入和移除第二公端子构件206。
腔体308和310的开口比第一公端子构件204的电触点216和第二公端子构件206的电触点226的宽度/长度更宽和更长。即使在配合过程中第一公端子构件204和第二公端子构件206在水平/垂直方向上稍微未对准，但是额外的宽度/长度允许第一公端子构件204和第二公端子构件206更容易地容纳在腔体308和310内。随着机器人底座20a朝向充电组件200移动，互补曲面的接合使第一公端子构件204和第二公端子构件206被引导对准，使得充电组件的电触点216/226与充电端口300的电触点304/306发生接合。
因此，配合部分(公端子构件和腔体)的半径被设计成当公端子构件首先插入腔体时提供粗略对准并且在接近完全插入时提供微调。
本发明的充电系统提供了较易于垂直对准的附加特征。这通过分隔器320(其在腔体308和310之间)与充电组件200的腔体350的开口352的相互作用来实现。扩口表面部分248提供更宽的开口，因此，如果存在垂直未对准，则当发生插接过程时，垂直未对准使分隔器320垂直向上移到腔体350中的位置。
当第一公端子204和第二公端子206完全插入腔体308和310中时，充电组件200借助于磁体360a-360e与充电端口300固定就位，磁体360a-360e与充电组件200上的金属触点260a-260e接合。如图中虚线所示，磁体可以设置在充电端口300外表面的下方。
充电系统还包括附加功能，该功能在操作员手动充电时非常有用。如果充电组件200不正确地插入充电端口300(即，充电组件200的电触点216倒置地连接到充电端口300的电触点306，以及充电组件的电触点226倒置地连接到充电端口300的电触点304)，极性将被反转并且将导致对机器人底座20a的显著损坏。
为了阻止这种情况的发生，充电端口300的分隔器320的表面上包括止动件330(见图12和图13)。止动件330具有倾斜表面部分332和平坦表面部分334。如图10所示，在充电组件200的腔体250中，存在凹陷表面部分238，其允许充电组件200完全插入充电端口300。当止动件330的倾斜表面部分332和平坦表面部分334与凹陷表面部分238的倾斜部分和平坦部分如拼图块那样接合时，凹陷238通过止动件330的第一公端子构件204容许间隙。如果充电组件200是倒置的，则当插入充电端口300时，第二公端子构件206的表面246将接触止动件330，并且被阻止完全插入及与电触点304接触。
如图13所示，当公端子构件204和206的电触点216和226分别与电触点304和306接合时，由于这些触点可以是弹簧加载销，电触点304和306被压缩。电触点304和306可以从线400处的完全伸出位置压缩到线402处的压缩位置(未示出)。电触点304和306中的每一个被示为包括五个弹簧加载销。所用销的数量取决于在充电过程中要承载的预期电流和各个销的容量。即使在制造变化和构件磨损的情况下，针对电触点使用多个弹簧加载销也有利于确保与公端子构件204和206的电触点216和226的适当接触。
当电触点304和306处于压缩位置时，充电端口300的磁体360a-360e紧邻充电组件200的金属触点260a-260e，并且它们磁性地接合以将充电组件200和充电端口300固定到位。在该位置，可以看到，公端子构件204和206的顶部曲面230和底部曲面240分别与腔体308和310的表面312和314互补地接合。
图13还描绘了第一公端子构件204的汇流条410和第二公端子构件206的汇流条412。汇流条连接到安装件414，以将其固定到充电组件200内在与电触点216和226相对的端部。
图14A至图14C描绘了充电器插接站500。以充电组件200设置于安装件504的方式，充电组件200被固定到充电器插接站500的框架502上。安装件504分别通过柔性构件510a-510d连接到顶壁506和底壁508。可以包括弹簧的柔性构件510a-510d允许充电组件200和安装架504在所有六个自由度中进行一定量的移动，以考虑在将机器人导航到插接站时的小误差，同时仍然能够实现充电组件200和充电端口300之间适当的机械连接和电气连接。
充电器插接站500的框架502还包括侧壁512和514，以及后壁516。框架502可以固定到仓库空间中的地面或墙壁。如上所述，基准标记520和522(例如，二维条形码)固定到框架502，并且机器人使用基准标记520和522以定位充电站(与上述的机器人定位仓位置的方式相同)。一旦接近充电器插接站500，机器人就使用它们的机载相机来完成插接过程。
参照图14B，在框架502内，存在充电单元530，其连接到仓库电源并经由电缆532将电力输出到充电组件200。电缆532设置有一定量的松弛度，以适应充电组件200在配合和解除配合过程中的移动。当机器人远离充电器插接站500时(在解除配合过程期间)，由于充电组件200和充电端口300(如上所述)之间的磁性连接，充电组件200将在机器人的移动方向被拉动，直到克服磁力。为了确保移动受到限制，可以提供电缆534或一些其他约束装置以将其上设置有充电组件200的安装件504与框架502的后壁516互连。
再次参见图14B，可以提供固定到充电端口300的红外收发器540和固定到充电器插接站500的充电单元530的红外收发器542，以在充电过程期间实现机器人和充电器插接站之间的通信(例如，充电状态和电池温度)。
通过描述本发明及其优选的实施例，请求保护并且由专利证书保护本发明及其优选的实施例。

Claims (20)

1.一种充电系统，所述充电系统包括：
充电组件，所述充电组件包括：
充电器底座，所述充电器底座耦接到电源；
第一公端子构件，所述第一公端子构件具有第一底座，所述第一底座固定到所述充电器底座的第一表面并且沿第一轴从所述充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第一电触点，其中，所述第一公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，所述多个外表面中的至少两个外表面从所述第一底座弯曲到所述第一电触点；
第二公端子构件，所述第二公端子构件具有第二底座，所述第二底座固定到所述充电器底座的第一表面并且沿第二轴从所述充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第二电触点，其中，所述第二公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，所述多个外表面中的至少两个外表面从所述第二底座弯曲到所述第二电触点；以及
腔体，所述腔体形成在所述第一公端子构件与所述第二公端子构件之间并且在所述第一电触点与所述第二电触点之间具有开口，所述腔体由所述第一公端子构件的所述至少一个平坦表面和所述第二公端子构件的所述至少一个平坦表面限定，所述第二公端子构件的所述至少一个平坦表面具有接近于所述腔体的开口并且相对所述第二轴成角度的扩口表面部分。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其中，所述第一公端子构件的所述至少一个平坦表面具有接近于所述腔体的开口的凹陷表面部分。
3.根据权利要求2所述的充电系统，所述充电系统还包括充电端口，所述充电端口耦接到待充电的设备的电池，所述充电端口被配置为容纳所述充电组件以对待充电的所述设备的电池进行充电。
4.根据权利要求3所述的充电系统，其中，所述充电端口包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体被配置为分别容纳并接合所述充电组件的所述第一公端子构件和所述第二公端子构件。
5.根据权利要求4所述的充电系统，其中，所述第一腔体包括第一电触点，所述第一电触点包括被配置为与所述第一公端子构件的所述第一电触点接合的弹簧加载销，并且所述第二腔体包括第二电触点，所述第二电触点包括被配置为与所述第二公端子构件的所述第二电触点接合的弹簧加载销。
6.根据权利要求5所述的充电系统，其中，所述第一公端子构件的曲面和所述第二公端子构件的曲面具有第一曲率半径。
7.根据权利要求6所述的充电系统，其中，所述第一腔体包括具有第二曲率半径的曲面，所述第二腔体包括具有所述第二曲率半径的曲面；其中，所述第一曲率半径等于所述第二曲率半径。
8.根据权利要求5所述的充电系统，其中，所述第一腔体在其开口处的宽度和长度大于接近所述第一电触点的所述第一公端子构件的宽度和长度，所述第二腔体在其开口处的宽度和长度大于接近所述第二电触点的所述第二公端子构件的宽度和长度。
9.根据权利要求5所述的充电系统，所述充电系统还包括分隔器，所述分隔器设置在所述第一腔体与所述第二腔体之间以分离所述第一腔体和所述第二腔体，所述分隔器被配置为当所述充电组件和所述充电端口配合时被容纳在所述充电组件的腔体中。
10.根据权利要求9所述的充电系统，其中，所述分隔器包括位于所述分隔器的表面上的止动件，以防止在所述第一公端子构件与所述第二腔体接合且所述第二公端子构件与所述第一腔体接合时所述充电组件与所述充电端口不正确地配合。
11.根据权利要求10所述的充电系统，其中，所述止动件包括倾斜表面部分和平坦表面部分，并且所述止动件被配置为与所述充电组件的所述腔体中的所述凹陷表面部分接合，进而允许充电组件与所述充电端口的正确配合。
12.根据权利要求3所述的充电系统，其中，所述充电组件和所述充电端口中的一个包括多个磁体，并且所述充电组件和所述充电端口中的另一个包括相应的多个金属触点，所述多个磁体和所述多个金属触点在所述充电组件与所述充电端口配合时接合以通过磁力将所述充电组件和所述充电端口固定就位。
13.根据权利要求12所述的充电系统，所述充电系统还包括插接站，所述插接站具有框架，所述充电组件固定到所述框架。
14.根据权利要求13所述的充电系统，其中，所述充电组件被设置在安装件上，所述安装件通过多个柔性安装构件固定到所述框架，以允许所述充电组件在总共六个自由度上移动。
15.根据权利要求14所述的充电系统，其中，所述插接站包括标识所述插接站的位置的基准标记。
16.根据权利要求14所述的充电系统，其中，所述插接站包括充电单元，所述充电单元电连接到充电组件，以提供电力为所述设备充电。
17.根据权利要求16所述的充电系统，其中，所述插接站包括约束设备，以在解除配合过程期间限制所述充电组件的移动，所述约束设备与所述插接站的所述框架和所述安装件相互连接，所述充电组件设置在所述安装件上。
18.根据权利要求16所述的充电系统，其中，所述充电单元包括收发器，并且所述充电端口包括收发器，以在所述充电过程期间实现所述充电单元与所述设备之间的通信。
19.根据权利要求16所述的充电系统，其中，被充电的所述设备是机器人。
20.一种用于机器人的充电系统，所述充电系统包括：
充电组件，所述充电组件包括：
充电器底座，所述充电器底座耦接到电源；
第一公端子构件，所述第一公端子构件具有第一底座，所述第一底座固定到所述充电器底座的第一表面并且沿第一轴从所述充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第一电触点，其中，所述第一公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，所述多个外表面中的至少两个外表面从所述第一底座弯曲到所述第一电触点；
第二公端子构件，所述第二公端子构件具有第二底座，所述第二底座固定到所述充电器底座的第一表面并且沿第二轴从所述充电器底座的第一表面正交地延伸并终止于第二电触点，其中，所述第二公端子构件具有多个外表面和至少一个平坦表面，所述多个外表面中的至少两个外表面从所述第二底座弯曲到所述第二电触点；以及
腔体，所述腔体形成在所述第一公端子构件与所述第二公端子构件之间并且在所述第一电触点与所述第二电触点之间具有开口，所述腔体由所述第一公端子构件的所述至少一个平坦表面和所述第二公端子构件的所述至少一个平坦表面限定，所述第一公端子构件的所述至少一个平坦表面具有接近于所述腔体的开口的凹陷表面部分，所述第二公端子构件的所述至少一个平坦表面具有接近于所述腔体的开口的并且相对所述第二轴成角度的扩口表面部分；以及
充电端口，所述充电端口耦接到待充电的机器人的电池，所述充电端口包括第一腔体和第二腔体以分别容纳所述充电组件的所述第一公端子构件和所述第二公端子构件；所述充电端口还包括设置在所述第一腔体与所述第二腔体之间的分隔器，所述分隔器被配置为当所述充电组件与所述充电端口配合时由所述充电组件的所述第一公端子构件与所述第二公端子构件之间的所述腔体容纳。
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