CN109980748B - 一种移动机器人自主充电对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人自主充电对接装置，包括安装于机器人上的充电母头和安装于充电桩上与充电母头配合的充电公头；充电母头包括两片母头电极，两片母头电极分别安装于母头壳体内的两个方形凹槽内；两片母头电极外侧翘边卡置于方形凹槽外侧台阶面内；充电公头包括公头固定座和套设于公头固定座上的公头滑盖；公头固定座包括设置于底座固定件上的公头电极，公头电极固定于方形凹槽中的电极固定槽内；公头滑盖后端开口用于套装公头固定座，前端面板上设置两个方形凸台和圆柱凸台，圆柱凸台位于两个方形凸台之间；方形凸台上开设有用于引出公头电极的槽孔；位于公头滑盖内的两侧面板上均安装一条与公头固定座中滑块配合的滑轨。

Description

一种移动机器人自主充电对接装置

技术领域

本发明属于机器人对接充电的技术领域，具体涉及一种移动机器人自主充电对接装置。

背景技术

随着移动机器人相关科学技术的不断进步，各类移动机器人产品的应用日益广泛，如扫地机器人、巡检机器人、迎宾机器人、物流机器人等在以电池能源为动力的机器人应用中，都要求机器人能够实现自主充电功能。但受到机器人定位精度不够高，机器人运行环境比较复杂等条件限制，大多机器人存在充电对接成功率不高，充电电极接触不可靠，机器人和充电桩电极外露不安全等问题。因此，研发一款能够实现大容差、接触稳定、安全可靠的充电对接装置具有较大的实用价值和意义。

现有技术一，扫地机器人自主充电对接装置主要采用底面或侧面裸露金属电极接触方式进行对接充电。

其缺点为：

a.电极裸露，存在安全隐患：可能与其他外部金属接触导致短路，引起内部电气部件损坏，甚至引起火灾等风险。

b.触点式接触，可靠性不高：虽然电极面积较大，但实际有效接触部位为单点接触，无法承载大电流快速充电场合的需求，且容易发生接触不良、充电中断等现象。

c.容差较小，充电成功率不高：充电电极均为刚性材料，若机器人在各个方向均有位移误差和角度误差的情况下容易发生对接不成功的情况。

d.电极表面易污染，需要定期维护：由于电极长期裸露在外，容易沾染灰尘、油污等影响导电性能的污染物，导致电极接触不良或无法充电，需要定期对电极表面进行清理维护。

现有技术二，参考图9，申请号为201720606992.1，申请名称为一种面向智能车自主充电的柔性对接装置的专利，涉及移动机器人。设有受电底座、导电弹性片、滚轮、充电电极片、充电接头头部、柔性连杆、充电接头尾部、控制模块、信号收发器、充电底座、电机、收纳槽和导线所述导电弹性片通过螺栓固定在绝缘的受电底座上,所述导电弹性片与导线连接所述滚轮与充电接头头部铰接,充电电极片安装在绝缘的充电接头头部两侧,充电接头头部和充电接头尾部之间由柔性连杆连接,充电接头尾部和充电底座铰接,电机在90°以内旋转展开或放入收纳槽电机、信号收发器、控制模块以及收纳槽全都固定在充电底座上,所述信号收发器包括信号接收器和距离探测器。

导电弹性片通过螺栓固定在绝缘的受电底座上，充电接口通过受电底座上的螺孔固定在智能车上，每个导电弹性片由导线连接连通车内电源系统。滚轮与充电接头头部铰接，充电电极片安装在绝缘的充电接头头部两侧，充电接头头部和充电接头尾部之间由空心柔性连杆连接。充电接头尾部和充电底座铰接，并可随电机在90°以内旋转展开或放入收纳槽。电机、信号收发器、控制模块以及收纳槽全都固定在充电底座上，这里的信号收发器包括信号接收和距离探测器件。

其缺点为：

a.装置体积大，安装不方便，对于小型移动机器人等对空间体积有严格要求的场合并不适用。

b.虽然做到了充电接头在未充电过程可将电极隐藏，但需要增加额外的控制电机及其驱动、控制系统，增加了系统硬件成本可开发成本。

c.空心柔性连杆材料不易选取，且极易损坏，若机器人对接位置误差过大则可能导致柔性连杆发生破坏性损伤。

现有技术三，参考图10，申请号为201620016776.7，申请名称为一种移动机器人自主充电桩，包括外壳、充电座组件、保护壳体、弹性组件，所述保护壳体活动式设置于外壳内，且所述保护壳体部分裸露于外壳外，所述充电座组件设置于外壳内，且所述保护壳体套装包裹部分充电座组件，所述弹性组件的一端固定连接于外壳内，另一端与所述保护壳体相连接，其中，所述保护壳体裸露于外壳外的部分在外力和弹性组件的作用下在外壳内伸缩移动。本发明具有美观、体积小、安全性能高的优点。

本发明的一种移动机器人自主充电桩,包括外壳1、充电座组件2、保护壳体3、弹性组件4，所述保护壳体3活动式设置于外壳1内，且所述保护壳体 3部分裸露于外壳1外，进而保护壳体3能够在外壳1内伸缩移动，所述充电座组件2固定设置于外壳1内部，且所述保护壳体3套装包裹部分充电座组件2, 所述弹性组件4的一端固定连接于外壳1内，另一端与所述保护壳体3相连接，从而当移动机器人靠近充电桩时挤压保护壳体3，使得裸露于外壳1外的保护壳体3缩回外壳1内并露出被保护壳体3保护的部分充电座组件2，当移动机器人离开充电桩时，保护壳体3在弹性组件4的弹力作用下恢复原状，重新伸出外壳1外。

本发明的进一步改进为，所述弹性组件4包括导柱41、第一弹簧42和导向孔43，所述导柱41为两个，两个导柱41的一端的端部固定设置于外壳1 内，并且导柱41的轴向方向与保护壳体3伸缩的方向一致，所述第一弹簧42 套装于导柱41外，所述导向孔设置于保护壳体的内壁上，且所述导向孔与导柱为一一对应关系，所述导向孔43的位置与导柱42位置相对应，导柱41对准导向孔43，所述导向孔43套装于导柱41、第一弹簧42外,从而当保护壳体3受外力作用向外壳1内回缩时，第一弹簧42被压缩，导柱41伸入导向孔43内，导柱41和导向孔43协同作用下，使得第一弹簧42弹性的方向限制在导柱41的轴向方向上不会发生偏移，并防止了第一弹簧42弹出，同时，导柱41的长度应保持在不限制保护壳体回缩3的长度为宜。

所述充电座组件2包括充电座底座21、充电座支架22和导电铜片23，所述充电座底座21固定于外壳1内的底部，所述充电座支架22为L型,且所述充电座支架22安装于充电座底座21上，所述导电铜片23固定于L型充电座支架 22的竖直端上，所述保护壳体3套装在导电铜片23外，且所述保护壳体3上设有与导电铜片23相匹配的通孔31，从而当保护壳体3受外力压缩回外壳内1时，导电铜片23通过通孔31露出保护壳体1外，进而与移动机器人的充电头对接，对移动机器人进行充电。

本发明的一种移动机器人自主充电桩还包括绝缘板24，所述绝缘板24 设置于充电座支架22与导电铜片23连接的平面上,且位于所述导电铜片23延伸的一侧上。

本发明的一种移动机器人自主充电桩还包括导轨5、第二限位件6和滑块7，所述导轨5至少为一个，且所述导轨5设置于外壳1内并与导柱41平行，所述第二限位件设6置于导轨5的端部，所述滑块7固定于保护壳体3外壳端的外表面上，且所述滑块7上设有与导轨5相匹配的卡槽，所述滑块7通过卡槽与导轨5活动连接，当保护壳体3被压缩时，滑块7沿导轨5向外壳1内滑动，并最终被第二限位件6阻挡，当保护壳体3恢复自然状态伸出外壳1外时，滑块7沿导轨5向外滑动,最终滑块7在外壳1内壁阻挡。

其缺点为：

a.该装置无对应的母头对接部件，需另行设计，无法体现充电对接的容差性、接触良好性、可靠性等关键性能。

b.若导电铜片发生弯曲变形，则可能导致无法从通孔伸出。

c.模块化程度不高，难以在其他产品上灵活适用。

d.结构较复杂，活动部件较多，不便于装配，同时增加了装置成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种移动机器人自主充电对接装置，以解决机器人自主充电对接可靠性差和对接容差能力差的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种移动机器人自主充电对接装置，其包括安装于机器人上的充电母头和安装于充电桩上与充电母头配合的充电公头；

充电母头包括两片母头电极，两片母头电极分别安装于母头壳体内的两个方形凹槽内；两片母头电极外侧翘边卡置于方形凹槽外侧台阶面内，并于方形凹槽开口外侧设置弹性挡片封挡母头电极；

充电公头包括公头固定座和套设于公头固定座上的公头滑盖；公头固定座包括设置于底座固定件上的公头电极，公头电极固定于方形凹槽中的电极固定槽内；两个方形凹槽之间开设用于容置弹簧的圆孔；底座固定件两侧均安装一滑块；

公头滑盖后端开口用于套装公头固定座，前端面板上设置两个方形凸台和圆柱凸台，圆柱凸台位于两个方形凸台之间；方形凸台上开设有用于引出公头电极的槽孔，圆柱凸台与公头固定座中的圆孔配合；位于公头滑盖内的两侧面板上均安装一条与公头固定座中滑块配合的滑轨。

优选地，公头电极从公头滑盖槽孔伸出，穿过母头壳体前端弹性挡片上的缝隙，伸入母头壳体并与母头电极进行挤压式接触，实现母头电极与公头电极之间的电气导通。

优选地，母头电极的材质为铍铜片，铍铜片弯曲成上下对称的曲面形状，且曲面外侧为翘边。

优选地，母头壳体开口处通过螺钉安装固定盖板，母头壳体背面开设出线槽，出线槽内容置有用于与母头电极电气连接的导线。

优选地，公头滑盖滑动套设于公头固定座上。

优选地，公头电极与容置于过线通孔中的导线连接，过线通孔延伸至固定座后端，并通过导线实现公头电极与外围电路之间的电气连接。

优选地，公头电极通过螺钉固定于电极固定槽内。

优选地，两块滑块上均开设有若干螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔的配合将滑块固定于凹槽内。

优选地，两条滑轨通过固定螺母和固定螺钉的配合、固定于公头滑盖内的两侧面板上。

优选地，靠近公头滑盖开口处的滑轨上固定一限位螺钉。

本发明提供的移动机器人自主充电对接装置，具有以下有益效果：

本发明提高了机器人自主充电对接过程中各方向位移、角度偏差的容差能力，并增大充电电极的接触面积，提高电极的导电性能和过电流能力，满足快速充电场合的需求；除此，公头电极和母头电极完全隐藏、不外露，可有效提高系统的安全性，同时实现电极的保护，防止外界油污、灰尘等污染。

附图说明

图1为移动机器人自主充电对接装置的充电公头和充电母头的对接图。

图2为移动机器人自主充电对接装置充电母头的结构图。

图3为移动机器人自主充电对接装置充电公头的结构图。

图4为移动机器人自主充电对接装置公头滑盖结构图。

图5为移动机器人自主充电对接装置公头固定座结构图。

图6为移动机器人自主充电对接装置公头固定座侧视图。

图7为移动机器人自主充电对接装置公头固定座爆炸图。

图8为移动机器人自主充电对接装置公头电极与母头电极连接图。

图9为现有技术二结构图。

图10为现有技术三结构图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的移动机器人自主充电对接装置，包括安装于机器人上的充电母头1和安装于充电桩上与充电母头1配合的充电公头2。本发明中的充电母头1和充电公头2的安装方式不固定，也可将充电母头1安装于充电桩，充电公头2安装于机器人。

参考图2，充电母头1包括母头壳体3、两片母头电极4、弹性挡板5和固定盖板6。

其中，母头电极4选用弹性较好且导电性能良好的铍铜片弯曲成曲面形状，上下两个曲面对称，且曲面外侧为翘边。母头电极4安装于母头壳体3的方形凹槽中，母头电极4外侧翘边卡置于方形凹槽外侧台阶面内，并于方形凹槽开口外侧设置弹性挡片5封挡母头电极4，使之不得外露，避免隐患。

并通过螺钉将弹性挡片5和固定盖板6固定于母头壳体3上，在母头壳体3 背面开设出线槽7，导线通过出线槽7与母头电极4进行连接，实现电气导通。

参考图3，充电公头2包括公头固定座和9套设于公头固定座9上的公头滑盖8，公头滑盖8可在固定座9上前后滑动，使公头电极26处于隐藏或伸出状态。

参考图4，滑盖壳体10后端开口，用于套装公头固定座9，其前端面板开设两个方形凸台11和一个圆柱凸台13，圆柱凸台13设置于两个方形凸台11之间。

方形凸台11上开设有用于引出公头电极26的槽孔12，方形凸台11可延长公头电极26的导向及限位行程，可有效防止公头电极26从槽孔12中脱离引起的公头电极26不能伸出公头滑盖8的故障。

圆柱凸台13与公头固定座9中的弹簧28安装圆孔27配合，在公头滑盖8 被推压过程中圆柱凸台13对弹簧28施加推力，公头滑盖8向内侧滑移；在释放过程中圆柱凸台13承受弹簧推力，使公头滑盖8向外滑移。

滑轨16由固定螺母14和限位螺钉15、固定螺钉17安装固定于滑盖壳体 10内的两个侧面板上，与公头固定座9中的滑块22、滑块33配合，对滑盖8 的直线滑移进行导向。

参考图3-图6，限位螺钉17固定于靠近公头滑盖10开口处的滑轨16上，限位螺钉17除了固定滑轨16作用外，也将对滑盖8的滑移进行限位，其伸出滑轨16的多余长度部分可在公头固定座9的凹槽23中来回移动，但受限于滑块22的端面凸出凹槽23的部位30，以此防止滑盖8从固定座9上脱离。

参考图4-图7，公头固定座9包括底座固定件18、滑块22和滑块33、公头电极26、弹簧28、滑块固定螺钉31、电极固定螺钉32等部件构成。

其中，公头电极26通过螺钉32安装于方形凹槽19中的电极固定槽20内。弹簧28安装于圆孔27内，提供公头滑盖8复位的弹力。

螺钉31与滑块33的螺纹孔34配合，将滑块33固定于凹槽36的对向凹槽内，滑块22固定于凹槽中。

公头电极26与容置于过线通孔29中的导线连接，过线通孔29延伸至公头固定座9后端，并通过导线实现公头电极26与外围电路之间的电气连接。

根据本申请的一个实施例，本发明的工作原理为：

机器人行驶过程中，充电母头1的充电电极4与充电公头2的充电电极26 均处于隐藏状态，可有效保障机器人系统的用电安全性。

在机器人与充电桩对接过程中，机器人移动至充电桩前方一定误差范围内之后继续朝向充电桩行驶，机器人上的充电母头1推压充电桩公头2上的滑盖8，公头2中的弹簧28受到挤压变形，公头滑盖8在滑轨16的约束下沿直线向后滑动，使充电公头2中的电极26从滑盖8的槽孔12伸出，并穿透母头1前端的弹性挡片5上的缝隙，伸入母头壳体3中与母头电极4进行挤压式接触，实现充电母头电极4与公头电极26的电气导通；充电完成后机器人向前方移动，充电母头1与充电公头2自动脱离，充电母头1前端的弹性挡片5自动恢复形变，将母头电极4遮盖隐藏，公头滑盖8在弹簧28的弹力下自动延滑轨16方向移动至初始位置，将公头电极26隐藏于槽孔12中。

本发明具有以下有益效果：

1、参考图8，公头电极与母头电极进行挤压式接触，实现母头电极与公头电极之间的电气导通。公头电极26相对于母头电极4存在上下、前后、左右位移偏差及俯仰、滚转、偏航方向的角度偏差时，母头电极4和公头电极26均能发生弹性形变，保证良好的电气连通性能，提高了该装置的容差能力。

2、稳定性和可靠性，本发明装置可有效增大母头电极4与公头电极26的接触面积。与点接触导通方式不同，本发明中母头电极4为双弧形弹性薄片，在公头电极26插入电极4过程中，其接触部位发生弹性形变，实现了良好的面接触导通，提高了电极的导电性能，使之能够承载更大电流，满足快速充电场合的需求，同时提高了充电过程的稳定性、可靠性。

3、本发明对接装置公头与母头均能做到良好的电极隐藏、封闭，不仅提高了系统的安全性，也实现了电极的保护，防止外界油污、灰尘等污染，提高了系统的可靠性、稳定性，降低了维护、保养成本。

4、本发明可在不同型号机器人上稍加更改均可快速安装使用，降低了机器人开发成本。该装置内部结构较为简单，无需动力器件控制，只需机器人施加推力即可实现对接，不仅降低了系统硬件成本，也提高了系统可靠性。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：包括安装于机器人上的充电母头和安装于充电桩上与充电母头配合的充电公头；

所述充电母头包括两片母头电极，两片所述母头电极分别安装于母头壳体内的两个方形凹槽内；两片所述母头电极外侧翘边卡置于方形凹槽外侧台阶面内，并于方形凹槽开口外侧设置弹性挡片封挡母头电极；

所述充电公头包括公头固定座和套设于公头固定座上的公头滑盖；所述公头固定座包括设置于底座固定件上的公头电极，所述公头电极固定于方形凹槽中的电极固定槽内；两个所述方形凹槽之间开设用于容置弹簧的圆孔；所述底座固定件两侧均安装一滑块；

所述公头滑盖后端开口用于套装公头固定座，前端面板上设置两个方形凸台和圆柱凸台，圆柱凸台位于两个方形凸台之间；所述方形凸台上开设有用于引出公头电极的槽孔，圆柱凸台与公头固定座中的圆孔配合；位于所述公头滑盖内的两侧面板上均安装一条与公头固定座中滑块配合的滑轨；

所述公头电极从公头滑盖槽孔伸出，穿过母头壳体前端弹性挡片上的缝隙，伸入母头壳体并与母头电极进行挤压式接触，实现母头电极与公头电极之间的电气导通；

所述母头电极的材质为铍铜片，铍铜片弯曲成上下对称的曲面形状，且曲面外侧为翘边。

2.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：所述母头壳体开口处通过螺钉安装固定盖板，母头壳体背面开设出线槽，出线槽内容置有用于与母头电极电气连接的导线。

3.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：所述公头滑盖滑动套设于公头固定座上。

4.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：所述公头电极与容置于过线通孔中的导线连接，过线通孔延伸至固定座后端，并通过导线实现公头电极与外围电路之间的电气连接。

5.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：所述公头电极通过螺钉固定于电极固定槽内。

6.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：两块所述滑块上均开设有若干螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔的配合将滑块固定于凹槽内。

7.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：两条所述滑轨通过固定螺母和固定螺钉的配合、固定于公头滑盖内的两侧面板上。

8.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电对接装置，其特征在于：靠近所述公头滑盖开口处的滑轨上固定一限位螺钉。