CN111478384A - 一种磁吸式机器人充电桩及机器人充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁吸式机器人充电桩，包括壳体，壳体内设有压触机构和充电电源模块；压触机构至少包括充电桩磁铁和充电桩触点；壳体内还设有触点移动机构，触点移动机构包括回型框架、前固定架、后固定架、磁铁固定座、上下移动机构、前后移动机构和左右移动机构；充电桩磁铁固定于磁铁固定座内，前固定架固定于上下移动机构上，前后移动机构连接于前固定架与后固定架之间，磁铁固定座的后端固定于后固定架上、前端可在前固定架上前后移动，回型框架通过左右移动机构与壳体连接；磁铁固定座在前后移动机构的作用下带动充电桩触点前后移动、在上下移动机构的作用下带动充电桩触点上下移动、在左右移动机构的作用下带动充电桩触点左右移动。
Description
技术领域
本发明涉及机器人自主充电技术领域，具体涉及一种磁吸式机器人充电桩及机器人充电系统。
背景技术
对于以电能为供能方式的机器人来讲，能够使其工作的电池是其关键技术，目前，蓄电池单位重量储存的能量太少。对于机器人而言，目前最大的障碍就是基础设施建设。机器人在行驶过程中，因为其电池都是预先配置的，因此很可能会在工作时将耗费掉电池中的电量，而如果没有相应的充电站给机器人直接进行快速有效充电，则机器人长期工作就不可能成为现实。综上所述，为保证机器人的正常工作，如何快速有效地给机器人电池进行充电，成为了迫切需要解决的技术问题。
目前，移动机器人多将其充电接头安装在机器人后部，充电时机器人需要自动导航进行后退对接充电触点进行充电。当电池充满后机器人正方向离开充电桩，这对于外部因素导致定位不准确等情况下，会致使机器人充电接口触点对接失败，充不上电，甚至存在电火花发生的情况，存在安全隐患。然而为了解决定位不准确，达到可控后退准确对接充电桩触点，充电需要额外增加一套引导、避障传感器等装置（比如，激光引导、红外引导等），这无疑增加了成本和系统复杂性。
发明内容
本发明为了解决移动机器人充电过程中的问题，提供了一种磁吸式机器人充电桩。
本发明还提供了一种包括所述磁吸式机器人充电桩的机器人充电系统。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种磁吸式机器人充电桩，包括壳体，壳体内设有压触机构和充电电源模块，所述压触机构用于被移动机器人的充电接头挤压触发后将充电接头与充电电源模块耦接，其改进之处在于，
所述压触机构至少包括充电桩磁铁和固定于充电桩磁铁上的充电桩触点；
所述壳体内还设有触点移动机构，所述触点移动机构包括回型框架、前固定架、后固定架、磁铁固定座、上下移动机构、前后移动机构和左右移动机构；所述充电桩磁铁固定于磁铁固定座内，前固定架固定于上下移动机构上，前后移动机构连接于前固定架与后固定架之间，磁铁固定座的后端固定于后固定架上、前端可在前固定架上前后移动，回型框架通过左右移动机构与壳体连接；磁铁固定座在前后移动机构的作用下带动充电桩触点前后移动、在上下移动机构的作用下带动充电桩触点上下移动、在左右移动机构的作用下带动充电桩触点左右移动。
进一步地，所述上下移动机构包括垂直运动板、两个上下法兰、两根垂直轴和两个弹簧一，其中，垂直运动板固定于前固定架的上方，两个上下法兰分别穿过垂直运动板的两端并对称固定于垂直运动板上，两根垂直轴分别穿过两个上下法兰且两根垂直轴的上端和下端均固定于回型框架上，两个弹簧一分别套设于两根垂直轴上且位于上下法兰的下方。
进一步地，两根垂直轴的上端穿出上下法兰的上端口后并通过上轴座固定于回型框架的后侧面上部，两根垂直轴的下端穿出上下法兰的下端口后并通过下轴座固定于回型框架的后侧面下部，弹簧一的上、下端分别与上下法兰的下端面和下轴座的上端面相接触。
进一步地，所述前后移动机构包括两个前后法兰、两根前后轴和两个弹簧二，其中，两个前后法兰分别穿过后固定架的两侧并对称固定于后固定架上，两根前后轴分别穿过两个前后法兰后且前端固定于前固定架上、后端可在前后法兰中前后移动，两个弹簧二分别套设于两根前后轴上且位于前固定架与前后法兰之间。更进一步地，每根前后轴的后端穿出前后法兰的后端口且设有行程限位块。
进一步地，所述左右移动机构包括四个左右法兰、上水平轴、下水平轴和四个弹簧三，其中，四个左右法兰对称固定于回型框架后侧面的四个角上且水平放置，上水平轴贯穿上方两个左右法兰且两端固定于壳体上，下水平轴贯穿下方两个左右法兰且两端固定于壳体上，其中两个弹簧三套设于上水平轴的两端且该两个弹簧三位于左右法兰与壳体之间，另外两个弹簧三套设于下水平轴的两端且该两个弹簧三位于左右法兰与壳体之间。更进一步地，每个左右法兰通过法兰支架固定于回型框架后侧面上。
进一步地，所述充电桩磁铁的前端设有凹槽，凹槽内设有触点固定架，所述充电桩触点固定于触点固定架上。
进一步地，所述磁铁固定座的前开口处设有倒角。
进一步地，还包括水平调节支架，所述水平调节支架的一端固定于前固定架的下方、另一穿出回型框架并向前延伸。
进一步地，所述前固定架和后固定架均为U型。
本发明还提供了一种机器人充电系统，包括机器人，所述机器人包括主控制器、充电电池、导航模块和充电接头，所述充电接头与充电电池电连接，充电电池和导航模块均与主控制器电连接，还包括上述所述的磁吸式机器人充电桩，所述充电接头上设有与充电桩磁铁的磁极相反的充电接头磁铁，所述充电接头磁铁上设有与充电桩触点相匹配的充电接头触点。
本发明的有益效果是：
1、本发明的充电桩结构简单，体积小，设计新颖合理，实现方便且成本低。
2、本发明的充电桩使用方便，能够放置在比较复杂的地形中使用，对地形的容忍度较大，适用范围广。
3、本发明的充电桩实现了充电桩触点上下、左右、前后移动，且充电桩磁铁的前端设有凹槽、磁铁固定座的前开口处设有倒角，该倒角与机器人充电接头相匹配，提高了机器人上的充电接头与充电桩的对接成功率，有效避免了无法对接的问题。
4、本发明能够快速有效地给机器人电池进行充电，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1所述充电桩的立体结构示意图。
图2为本发明实施例1所述充电桩去掉壳体后的前方结构示意图。
图3为本发明实施例1所述充电桩去掉壳体后的后方结构示意图。
图4为本发明实施例2所述的机器人充电系统。
图中，1、壳体，2、弹簧二，3、充电桩磁铁，4、触点固定架，5、充电桩触点，6、水平调节支架，7、上水平轴，8、回型框架，9、垂直运动板；10、左右法兰，11、前固定架，12、弹簧一，13、上下法兰，14、磁铁固定座，141、倒角，15、弹簧三，16、前后法兰，17、后固定架，18、前后轴，181、行程限位块，19、下水平轴，20、垂直轴，21、上轴座，22、下轴座，23、法兰支架，24、充电接头，25、充电接头磁铁，26、充电接头触点。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
实施例1、
本实施例提供了一种磁吸式机器人充电桩，如图1-3所示，为机器人充电。所述磁吸式机器人充电桩包括壳体1，图中为了便于看图方便，只显示了部分壳体1，壳体内设有压触机构和充电电源模块（未在图中标识），所述压触机构用于被机器人的充电接头挤压触发后将充电接头与充电电源模块耦接，所述充电电源模块用于在压触机构被机器人的充电接头耦接后为机器人提供进行充电的充电电源。
本实施例中，如图1和2所示，所述压触机构至少包括充电桩磁铁3和固定于充电桩磁铁上的充电桩触点5，所述充电桩触点5包括正极和负极两个触点。
本实施例改进最大的地方在于，设计了触点移动机构，用于在机器人移动定位不准确的情况下（在误差范围内），利用磁铁的同极相斥和异极相吸的特性，在磁力的作用下，带动充电桩触点5进行前后、上下、左右移动，使得对接存在偏差的情况下准确对接，以便充电电源模块的正极和负极能够与机器人充电接头上的正极和负极正确适配。
具体地，如图1-3所示，所述触点移动机构设于壳体1内，所述触点移动机构包括回型框架8、前固定架11、后固定架17、磁铁固定座14、上下移动机构、前后移动机构和左右移动机构；所述充电桩磁铁3固定于磁铁固定座14内，前固定架11固定于上下移动机构上，前后移动机构连接于前固定架11与后固定架17之间，磁铁固定座14的后端固定于后固定架17上、前端可在前固定架11上前后移动，回型框架8通过左右移动机构与壳体1连接；磁铁固定座14在前后移动机构的作用下带动充电桩触点5前后移动、在上下移动机构的作用下带动充电桩触点5上下移动、在左右移动机构的作用下带动充电桩触点5左右移动。
本实施例中，如图3所示，所述上下移动机构包括垂直运动板9、两个上下法兰13、两根垂直轴20和两个弹簧一12，其中，垂直运动板9固定于前固定架11的上方，两个上下法兰13分别穿过垂直运动板9的两端并对称固定于垂直运动板9上，两根垂直轴20分别穿过两个上下法兰13且两根垂直轴20的上端和下端均固定于回型框架8上，两个弹簧一12分别套设于两根垂直轴20上且位于上下法兰13的下方。
作为优选的一种方案，两根垂直轴20的上端穿出上下法兰13的上端口后并通过上轴座21固定于回型框架8的后侧面上部，两根垂直轴20的下端穿出上下法兰13的下端口后并通过下轴座22固定于回型框架8的后侧面下部，弹簧一12的上、下端分别与上下法兰13的下端面和下轴座22的上端面相接触，当机器人靠近所述充电桩时，如果机器人的充电接头与充电桩的充电桩触点5之间存在一定的上下偏差，在于弹簧一12的弹性力作用下，通过磁力相吸带动磁铁固定座14上下移动，使得机器人的充电接头与充电桩触点5准确对接，这时，垂直运动板9、前固定架11和后固定架17也一起上下移动。
本实施例中，如图3所示，所述前后移动机构包括两个前后法兰16、两根前后轴18和两个弹簧二2，其中，两个前后法兰16分别穿过后固定架17的两侧并对称固定于后固定架17上，两根前后轴18分别穿过两个前后法兰16后且前端固定于前固定架11上、后端可在前后法兰16中前后移动，两个弹簧二2分别套设于两根前后轴18上且位于前固定架11与前后法兰16之间。优选地，每根前后轴18的后端穿出前后法兰16的后端口且设有行程限位块181，将前后轴18限位在一定的前后范围内移动。当机器人靠近所述充电桩时，如果机器人的充电接头与充电桩的充电桩触点5之间存在一定的前后距离，在弹簧二2的弹性力作用下，通过磁力相吸带动磁铁固定座14前后移动，使得机器人的充电接头与充电桩触点5准确对接。
此外，优选所述前固定架11和后固定架17均为U型，既能起到对磁铁固定座14的支撑作用，又能节约材料，降低成本。
本实施例中，如图3所示，所述左右移动机构包括四个左右法兰10、上水平轴7、下水平轴19和四个弹簧三15，其中，四个左右法兰10对称固定于回型框架8后侧面的四个角上且水平放置，上水平轴7贯穿上方两个左右法兰10且两端固定于壳体1上，下水平轴19贯穿下方两个左右法兰10且两端固定于壳体1上，优选地，每个左右法兰10通过法兰支架23固定于回型框架8后侧面上，其中两个弹簧三15（也就是上方的两个弹簧三）套设于上水平轴7的两端且该两个弹簧三15位于左右法兰10与壳体1之间，另外两个弹簧三15（也就是下方的两个弹簧三）套设于下水平轴19的两端且该两个弹簧三15位于左右法兰10与壳体1之间。当机器人靠近所述充电桩时，如果机器人的充电接头与充电桩的充电桩触点5之间存在一定的左右偏差，在弹簧三15的弹性力作用下，通过磁力相吸带动磁铁固定座14左右移动，使得机器人的充电接头与充电桩触点5准确对接。
本实施例优选，所有的上下法兰13、前后法兰16和左右法兰10均采用滚珠法兰，分别有效减少垂直轴20与上下法兰13之间的摩擦力、前后轴18与前后法兰16之间的摩擦力以及上水平轴7与左右法兰10之间的摩擦力、下水平轴19与左右法兰10之间的摩擦力，使得垂直轴20的上下移动、前后轴18的前后移动以及上水平轴7和下水平轴19的左右移动更加顺畅。
本实施例优选的一种方案，所述充电桩磁铁3的前端设有凹槽，该凹槽与机器人的充电接头相吻合，有助于机器人的充电接头准确对接充电桩触点5，凹槽内设有触点固定架4，所述充电桩触点5固定于触点固定架4上。
本实施例优选的一种方案，所述磁铁固定座14的前开口处设有倒角141，在机器人的充电接头与充电桩触点5存在轻微偏差时实现准确对接。
本实施例优选的一种方案，还包括水平调节支架6，如图2所示，所述水平调节支架6的一端固定于前固定架11的下方、另一穿出回型框架8并向前延伸，当机器人移动到充电桩前方时，向下压水平调节支架6；更进一步地，水平调节支架6向前延伸的一端向下倾斜，方便机器人移动到该水平调节支架上。
实施例2、
本实施例提供了一种机器人充电系统，如图4所示，包括机器人，所述机器人包括主控制器、充电电池、导航模块和充电接头24，所述充电接头24与充电电池电连接，充电电池和导航模块均与主控制器电连接，还包括上述所述的磁吸式机器人充电桩，所述充电接头24上设有与充电桩磁铁3的磁极相反的充电接头磁铁25，所述充电接头磁铁25上设有与充电桩触点5相匹配的充电接头触点26，充电时，充电接头磁铁25上的正极和负极分别对应充电桩触点5的正极和负极。
进一步地，所述机器人还包括电量监测模块，用于实时监测机器人上的充电电池的电量，当电量低于预设值时，主控制器控制导航模块启动，使机器人导航到充电桩的位置进行充电。
本实施例中，图4中只显示了机器人的充电接头24，由于其他结构都是现有技术，不再赘述。
本实施例所述的机器人充电系统的工作原理为：
机器人需要充电时，移动到实施例1所述的充电桩前方，当机器人充电接头24上的充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3产生吸力时，在弹簧二2的弹性力作用下，磁铁固定座14在前后移动机构的作用下带动充电桩触点5前后移动与充电接头25对接进行充电，当充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3之间的吸力消失后，弹簧二2复位，充电桩进入待充电状态。
当充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3之间产生吸力且与充电桩触点5存在左右偏差时，在弹簧三15的弹性力作用下，磁铁固定座14在左右移动机构的作用下带动充电桩触点5左右移动与充电接头25对接进行充电以达到最佳充电位置，当充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3之间的吸力消失后，弹簧三15复位，充电桩进入待充电状态。
当充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3之间吸力且与充电桩触点5存在前后偏差时，在弹簧一12的弹性力作用下，磁铁固定座14在上下移动机构的作用下带动充电桩触点5上下移动与充电接头25对接进行充电以达到最佳充电位置，当充电磁铁25与充电桩上的充电桩磁铁3之间的吸力消失后，弹簧一12复位，充电桩进入待充电状态。
机器人充电时，通过所述前后移动机构、左右移动机构和上下移动机构三者中的一个、两个或三者同时作用，使得充电桩触点5在一定范围内前后、左右、上下移动，提高充电的成功率。当机器人充完电后，机器人的充电接头24与充电桩的压触机构分离，充电桩触点5恢复到初始状态。
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁吸式机器人充电桩，包括壳体（1），壳体内设有压触机构和充电电源模块，所述压触机构用于被移动机器人的充电接头挤压触发后将充电接头与充电电源模块耦接，其特征在于，
所述压触机构至少包括充电桩磁铁（3）和固定于充电桩磁铁上的充电桩触点（5）；
所述壳体（1）内还设有触点移动机构，所述触点移动机构包括回型框架（8）、前固定架（11）、后固定架（17）、磁铁固定座（14）、上下移动机构、前后移动机构和左右移动机构；所述充电桩磁铁（3）固定于磁铁固定座（14）内，前固定架（11）固定于上下移动机构上，前后移动机构连接于前固定架（11）与后固定架（17）之间，磁铁固定座（14）的后端固定于后固定架（17）上、前端可在前固定架（11）上前后移动，回型框架（8）通过左右移动机构与壳体（1）连接；磁铁固定座（14）在前后移动机构的作用下带动充电桩触点（5）前后移动、在上下移动机构的作用下带动充电桩触点（5）上下移动、在左右移动机构的作用下带动充电桩触点（5）左右移动。
2.根据权利要求1所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述上下移动机构包括垂直运动板（9）、两个上下法兰（13）、两根垂直轴（20）和两个弹簧一（12），其中，垂直运动板（9）固定于前固定架（11）的上方，两个上下法兰（13）分别穿过垂直运动板（9）的两端并对称固定于垂直运动板（9）上，两根垂直轴（20）分别穿过两个上下法兰（13）且两根垂直轴（20）的上端和下端均固定于回型框架（8）上，两个弹簧一（12）分别套设于两根垂直轴（20）上且位于上下法兰（13）的下方。
3.根据权利要求2所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，两根垂直轴（20）的上端穿出上下法兰（13）的上端口后并通过上轴座（21）固定于回型框架（8）的后侧面上部，两根垂直轴（20）的下端穿出上下法兰（13）的下端口后并通过下轴座（22）固定于回型框架（8）的后侧面下部，弹簧一（12）的上、下端分别与上下法兰（13）的下端面和下轴座（22）的上端面相接触。
4.根据权利要求2或3所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述前后移动机构包括两个前后法兰（16）、两根前后轴（18）和两个弹簧二（2），其中，两个前后法兰（16）分别穿过后固定架（17）的两侧并对称固定于后固定架（17）上，两根前后轴（18）分别穿过两个前后法兰（16）后且前端固定于前固定架（11）上、后端可在前后法兰（16）中前后移动，两个弹簧二（2）分别套设于两根前后轴（18）上且位于前固定架（11）与前后法兰（16）之间。
5.根据权利要求4所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述左右移动机构包括四个左右法兰（10）、上水平轴（7）、下水平轴（19）和四个弹簧三（15），其中，四个左右法兰（10）对称固定于回型框架（8）后侧面的四个角上且水平放置，上水平轴（7）贯穿上方两个左右法兰（10）且两端固定于壳体（1）上，下水平轴（19）贯穿下方两个左右法兰（10）且两端固定于壳体（1）上，其中两个弹簧三（15）套设于上水平轴（7）的两端且该两个弹簧三（15）位于左右法兰（10）与壳体（1）之间，另外两个弹簧三（15）套设于下水平轴（19）的两端且该两个弹簧三（15）位于左右法兰（10）与壳体（1）之间。
6.根据权利要求1所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述充电桩磁铁（3）的前端设有凹槽，凹槽内设有触点固定架（4），所述充电桩触点（5）固定于触点固定架（4）上。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述磁铁固定座（14）的前开口处设有倒角（141）。
8.根据权利要求7所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，还包括水平调节支架（6），所述水平调节支架（6）的一端固定于前固定架（11）的下方、另一穿出回型框架（8）并向前延伸。
9.根据权利要求1所述的磁吸式机器人充电桩，其特征在于，所述前固定架（11）和后固定架（17）均为U型。
10.一种机器人充电系统，包括机器人，所述机器人包括主控制器、充电电池、导航模块和充电接头（24），所述充电接头（24）与充电电池电连接，充电电池和导航模块均与主控制器电连接，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的磁吸式机器人充电桩，所述充电接头（24）上设有与充电桩磁铁（3）的磁极相反的充电接头磁铁（25），所述充电接头磁铁（25）上设有与充电桩触点（5）相匹配的充电接头触点（26）。
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