CN111711247A - 适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统 - Google Patents

适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统，包括壳体、位于壳体内部用于充电的安德森插头和用于安德森插头与机器人插口对准的控制系统，所述控制系统的定位导向柱的前端设置延时通电触头，所述导向柱套内壁设置与所述延时通电触头对应的触头导通铜片，本发明的充电桩中设计了安德森插头的充电延时电路，避免了插头接触过程中出现的电火花现象；安德森插头配合延时电路改善了充电插头接触情况，减少了接触电阻，避免了充电过程中插头接口处的发热现象。

Description

适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统
技术领域
本发明涉及机器人充电技术领域，尤其涉及一种适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统。
背景技术
在现有移动式机器人中，多采用电池作为动力源，电池的续航里程和充电速度对机器人的正常使用产生重要影响。大电流快速充电是目前移动式机器人人的关键技术，众多的厂家分别从电池和充电桩设计上进行了大量研究工作。实际使用表明，充电桩技术及合理的充电方案，对实现移动机器人大电流快速充电产生着重要影响。
目前在进行机器人进行大电流充电时，由于充电接口接触电阻大，会造成充电过程中发热严重；且由于充电时由于接口结合不可靠，经常出现冒火花现象，带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中充电接口发热严重、接口结合冒火花的问题，而提出的一种适应于机器人大电流快速充电的充电桩及控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
适应于机器人大电流快速充电的充电桩，包括壳体、位于壳体内部用于充电的安德森插头和用于安德森插头与机器人插口对准的控制系统。
进一步的，所述壳体的一侧设置屏蔽门，所述壳体于屏蔽门的上方位置设置用于控制屏蔽门开闭的电感式接近开关传感器，所述电感式接近开关传感器用于感应靠近充电桩的机器人，并发出打开屏蔽门的信号。只有当机器人特定金属壳体靠近充电桩时，电感式接近开关传感器才会向屏蔽门发出开启信号，避免了当人靠近时，屏蔽门误识别打开的带来的安全隐患。
进一步的，所述控制系统包括位于壳体内部的承载体、定位导向柱、用于承载体竖直方向位置调整的竖直调整导轨、用于承载体水平方向位置调整的水平调整导轨和位于机器人端且与定位导向柱向匹配的导向柱套、激光测距传感器。
进一步的，所述承载体位于屏蔽门的后方，所述定位导向柱固定位于承载体的前端，所述安德森插头固定连接承载体，所述定位导向柱的前端位于安德森插头前端的前方。
优选的，所述激光测距传感器的数量为两个，两个所述激光测距传感器位于同一竖直平面，所述竖直平面与屏蔽门平行设置，两个激光测距传感器分别测量与充电桩屏蔽门上反光板的距离。当两个激光测距传感器的测距数值相同时，则可以判定机器人表面充电接口端面与充电桩接口端面平行。
优选的，所述承载体与内充电桩内部固定支架之间设置稳定弹簧，用于提升承载体位置的微调的稳定性。
本发明还公开一种基于上述适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，包括以下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在侯桩；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器与屏蔽门之间的距离一致；
S3：当调整到两激光测距传感器与屏蔽门之间的距离一致时，此时机器人表面充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩8mm-12mm时，电感式接近开关传感器检测到机器人上的金属目标物后，打开充电桩上的屏蔽门；
S5：屏蔽门开启后，安装于充电桩上的承载体在推拉电机带动下伸出，承载体同时带动安德森充电插头和定位导向柱一起伸出，其中定位导向柱先行与安装于机器人上的导向柱套接触；
S6：随着充承载体的伸出，定位导向柱逐步与定位导向套接触，此时安德森充电插头也逐渐插入机器人的充电插口，此时在驱动器的的作用下，使承载体沿着竖直调整导轨或者水平调整导轨在竖直和水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱稳定可靠插入机器人上的导向柱套，然后完成安德森充电插头的完全插入。
安德森充电插头2完全插入机器人的充电插口后，充电桩内部的充电继电器打开对机器人开始充电。
作为优选方案，所述定位导向柱的前端设置延时通电触头，所述导向柱套内壁设置与所述延时通电触头对应的触头导通铜片。所述延时通电触头电性连接充电桩上的延时电路，所述延时电路用于延时导通安德森充电插头。
基于上述适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，包括以下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在桩侯；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器与屏蔽门之间的距离一致；
S3：当调整到两激光测距传感器与屏蔽门之间的距离一致时，此时表面机器人充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩8mm-12mm时，电感式接近开关传感器检测到机器人上的金属目标物后，打开充电桩上的屏蔽门；
S5：屏蔽门开启后，安装于充电桩上的承载体在推拉电机带动下伸出，承载体同时带动安德森充电插头和定位导向柱一起伸出，其中定位导向柱先行与安装于机器人上的导向柱套接触；
S6：随着充承载体的伸出，定位导向柱逐步与定位导向套接触，此时安德森充电插头也逐渐插入机器人的充电插口，此时在驱动器的的作用下，使承载体沿着竖直调整导轨或者水平调整导轨在竖直和水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱稳定可靠插入机器人上的导向柱套，然后完成安德森充电插头的完全插入。
S7：在定位导向柱和定位导向导向柱套结合的过程中，安德森插头也逐步结合，但此时安德森插头未导通；随着定位导向柱和导向柱套的完全结合，安装于定位导向柱上的两个延时通电触头与导向柱套上的触头导通铜片接触，导通安装充电装上的延时电路，延时秒后，充电开启，充电桩内部的充电继电器打开，大电流通过安德森插头对机器人进行充电。
本发明的有益效果是：
1、本适应于机器人大电流快速充电的充电桩中设计了安德森插头的充电延时电路，避免了插头接触过程中出现的电火花现象；
2、本发明中安德森插头配合延时电路改善了充电插头接触情况，减少了接触电阻，避免了充电过程中插头接口处的发热现象。
3、本充电桩和机器人上设计了电感式接近开关传感器用于控制屏蔽门的开闭，避免了充电桩充电接口外露以及充电接头误伸出导致的安全隐患。
4、本充电桩的底部设置调整支架，充电桩内部设置充电接口设置水平和竖直的调整机构，充电桩上充电接头位置调整方便，能可靠实现充电桩充电接头与机器人充电接头的结合。
附图说明
图1为本充电桩及控制系统的结构示意图；
图2为本充电桩打开屏蔽门的结构示意图；
图3为本充电桩内部承载体处的结构示意图；
图4为本充电桩定位导向柱与导向柱套结合时的结构示意图；
图5为本充电桩充电流程图。
图中：1、壳体；11、电源供电端；2、安德森插头；3、承载体；31、定位导向柱；311、延时通电触头；32、竖直调整导轨；33、水平调整导轨；34、稳定弹簧；4、调整支架；5、屏蔽门；6、导向柱套；61、导通铜片；7、激光测距传感器；8、电感式接近开关传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1和图2，适应于机器人大电流快速充电的充电桩，包括壳体1、位于壳体1内部用于充电的安德森插头2和用于安德森插头2与机器人插口对准的控制系统。
进一步的，所述壳体1的一侧设置可开闭的屏蔽门5，所述壳体1于屏蔽门5的上方位置设置用于控制屏蔽门5开闭的电感式接近开关传感器8，所述电感式接近开关传感器8用于感应靠近充电桩的机器人，并发出打开屏蔽门5的信号。本实施例中，充电桩上设计了电感式接近开关传感器8用于控制屏蔽门5的开闭，避免了充电桩充电接口外露以及充电接头误伸出导致的安全隐患。
在实际生产中，可根据需要在机器人也设计同样的屏蔽门5和对应的电感式接近开关传感器8，避免了机器人充电接口外露以及充电接头误伸出导致的安全隐患。
进一步的，参考图3，所述控制系统包括位于壳体1内部的承载体3、定位导向柱31、用于承载体3竖直方向位置调整的竖直调整导轨32、用于承载体3水平方向位置调整的水平调整导轨33和位于机器人端且与定位导向柱31向匹配的导向柱套6、激光测距传感器7。
进一步的，所述承载体3位于屏蔽门5的后方，所述定位导向柱31固定位于承载体3的前端，所述安德森插头2固定连接承载体3，所述定位导向柱31的前端位于安德森插头2前端的前方。定位导向柱31先与机器人端的导向柱套6结合，然后充电桩上的安德森插头2与机器人上的充电接口结合。
进一步的，所述激光测距传感器7的数量为两个，两个所述激光测距传感器7位于同一竖直平面，所述竖直平面与屏蔽门5平行设置，两个激光测距传感器7分别测量与充电桩屏蔽门5上反光板的距离。当两个激光测距传感器7的测距数值相同时，则可以判定机器人表面充电接口端面与充电桩接口端面平行。
本实施例中，承载体3分别与竖直调整导轨32、水平调整导轨33滑动连接，承载体3可在驱动器的推动下分别沿着竖直调整导轨32和水平调整导轨33移动，在竖直方向或者水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱31稳定可靠插入机器人上的导向柱套6中。
本实施例中，所述承载体3与内充电桩内部固定支架之间设置稳定弹簧34，用于提升承载体3位置的微调的稳定性。
参考图5，本实施例中适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，包括以下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在侯桩；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器7与屏蔽门5之间的距离一致；
S3：当机器人调整到两激光测距传感器7与屏蔽门5之间的距离一致，此时机器人表面充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩10mm时，电感式接近开关传感器8检测到机器人上的金属目标物后，打开充电桩上的屏蔽门5；
S5：屏蔽门5开启后，安装于充电桩上的承载体3在推拉电机带动下伸出，承载体3同时带动安德森充电插头2和定位导向柱31一起伸出，其中定位导向柱31先行与安装于机器人上的导向柱套6接触；
S6：随着充承载体3的伸出，定位导向柱31逐步与定位导向套6接触，此时安德森充电插头也逐渐插入机器人的充电插口，此时在驱动器的作用下，承载体3沿着竖直调整导轨32或者水平调整导轨33的作用下在竖直或者水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱31稳定可靠插入机器人上的导向柱套6，然后完成安德森充电插头2的完全插入。
安德森充电插头2完全插入机器人的充电插口后，充电桩内部的充电继电器打开对机器人开始充电。
本实施例中的充电桩壳体1的底部设置调整支架4，用于调整充电桩整体的位置，以适用不同机器人；壳体1的外部还设置电源供电端11，用于充电桩本体的供电。
实施例2
与实施例1不同的是，参考图4，本充电桩的定位导向柱31的前端设置延时通电触头311，所述导向柱套6内壁设置与所述延时通电触头311对应的触头导通铜片61。所述延时通电触头311电性连接充电桩上的延时电路，所述延时电路用于延时导通安德森充电插头2。
本实施例中的适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，包括以下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在桩侯；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器7与屏蔽门5之间的距离一致；
S3：当调整到两激光测距传感器7与屏蔽门5之间的距离一致时，此时表面机器人充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩10mm左右时，电感式接近开关传感器8检测到机器人上的金属目标物后，打开充电桩上的屏蔽门5；
S5：屏蔽门5开启后，安装于充电桩上的承载体3在推拉电机带动下伸出，承载体3同时带动安德森充电插头2和定位导向柱31一起伸出，其中定位导向柱31先行与安装于机器人上的导向柱套6接触；
S6：随着充承载体3的伸出，定位导向柱31逐步与定位导向套6接触，此时安德森充电插头也逐渐插入机器人的充电插口，此时在驱动器的作用下，承载体3沿着竖直调整导轨32或者水平调整导轨33的作用下在竖直或者水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱31稳定可靠插入机器人上的导向柱套6，然后完成安德森充电插头2的完全插入。
S7：在定位导向柱31和定位导向导向柱套6结合的过程中，安德森插头2也逐步结合，但此时安德森插头2未导通；随着定位导向柱31和导向柱套6的完全结合，安装于定位导向柱31上的两个延时通电触头311与导向柱套6上的触头导通铜片61接触，导通安装充电装上的延时电路，延时30秒后，充电开启，充电桩内部的充电继电器打开，大电流通过安德森插头2对机器人进行充电。
充电完毕，定位导向柱31缩回脱离导向柱套6时，安装于充电桩上的延时电路接受到断开信号，立即切断安德森插头的电源端，机器人和充电桩在未带电的情况下脱离。
本实施例中的适应于机器人大电流快速充电的充电桩中设计了安德森插头的充电延时电路，避免了插头接触过程中出现的电火花现象；充电桩中的安德森插头配合延时电路改善了充电插头接触情况，减少了接触电阻，避免了充电过程中插头接口处的发热现象。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.适应于机器人大电流快速充电的充电桩，其特征在于，包括壳体(1)、位于壳体(1)内部用于充电的安德森插头(2)和用于安德森插头(2)与机器人插口对准的控制系统；
所述壳体(1)的一侧设置屏蔽门(5)，所述壳体(1)于屏蔽门(5)的上方位置设置用于控制屏蔽门(5)开闭的电感式接近开关传感器(8)；
所述控制系统包括位于壳体(1)内部的承载体(3)、定位导向柱(31)、用于承载体(3)竖直方向位置调整的竖直调整导轨(32)、用于承载体(3)水平方向位置调整的水平调整导轨(33)和位于机器人端且与定位导向柱(31)向匹配的导向柱套(6)、激光测距传感器(7)，所述承载体(3)位于屏蔽门(5)的后方，所述定位导向柱(31)固定位于承载体(3)的前端，所述安德森插头(2)固定连接承载体(3)。
2.根据权利要求1所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩，其特征在于，所述激光测距传感器(7)的数量为两个，两个所述激光测距传感器(7)位于同一竖直平面，所述竖直平面与屏蔽门(5)平行设置。
3.根据权利要求1所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩，其特征在于，所述承载体(3)与内充电桩内部固定支架之间设置稳定弹簧(34)。
4.基于权利要求2或者3所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在侯桩；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器(7)与屏蔽门(5)之间的距离一致；
S3：当调整到两激光测距传感器(7)与屏蔽门(5)之间的距离一致时，此时表面机器人充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩8mm-12mm时，电感式接近开关传感器(8)检测到机器人上的金属目标物后，充电桩上的屏蔽门(5)打开；
S5：屏蔽门(5)开启后，安装于充电桩上的承载体(3)在推拉电机带动下伸出，承载体(3)同时带动安德森充电插头(2)和定位导向柱(31)一起伸出，其中定位导向柱(31)先行与安装于机器人上的导向柱套(6)接触；
S6：随着充承载体(3)的伸出，定位导向柱(31)逐步与定位导向套(6)接触，此时安德森充电插头(2)也逐渐插入机器人的充电插口，此时驱动器作用下，使承载体(3)在竖直和水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱(31)稳定可靠插入机器人上的导向柱套(6)。
5.根据权利要求2或者3所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩，其特征在于，所述定位导向柱(31)的前端设置延时通电触头(311)，所述导向柱套(6)内壁设置与所述延时通电触头(311)对应的触头导通铜片(61)。
6.根据权利要求5所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩，其特征在于，所述延时通电触头(311)电性连接充电桩上的延时电路，所述延时电路用于延时导通安德森充电插头(2)。
7.基于权利要求6所述的适应于机器人大电流快速充电的充电桩的充电方法，其特征在于，包括一下步骤：
S1：机器人通过定位系统寻找到充电在桩侯；
S2：调整机器人的位置，使两个激光测距传感器(7)与屏蔽门(5)之间的距离一致；
S3：当调整到两激光测距传感器(7)与屏蔽门(5)之间的距离一致时，此时表面机器人充电接口端面与充电桩接口端面平行，机器人向靠近充电桩的方向移动；
S4：当机器人移动到距离充电桩8mm-12mm时，电感式接近开关传感器(8)检测到机器人上的金属目标物后，充电桩上的屏蔽门(5)打开；
S5：屏蔽门(5)开启后，安装于充电桩上的承载体(3)在推拉电机带动下伸出，承载体(3)同时带动安德森充电插头(2)和定位导向柱(31)一起伸出，其中定位导向柱(31)先行与安装于机器人上的导向柱套(6)接触；
S6：随着充承载体(3)的伸出，定位导向柱(31)逐步与定位导向套(6)接触，此时安德森充电插头也逐渐插入机器人的充电插口，在驱动器作用下，承载体(3)的位置在竖直和水平方向上做适应性位置调整，以便满足定位导向柱(31)稳定可靠插入机器人上的导向柱套(6)。
S7：在定位导向柱(31)和定位导向导向柱套(6)结合的过程中，安德森插头(2)也逐步结合，此时安德森插头(2)未导通；随着定位导向柱(31)和导向柱套(6)的完全结合，安装于定位导向柱(31)上的两个延时通电触头(34)与导向柱套(6)上的触头导通铜片(61)接触，导通安装充电装上的延时电路，延时30秒后，充电开启，大电流通过安德森插头(2)对机器人进行充电。
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