CN113659729B - 一种轨道机器人自适应智能充电站及充电方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开的一种轨道机器人自适应智能充电站及充电方法，包括：支架和固定于支架上的垂直伸缩机构，垂直伸缩机构的活动端设置水平伸缩机构，水平伸缩机构的活动端设置无线充电发射线圈，垂直伸缩机构的伸缩能够带动水平伸缩机构做垂直升降运动，水平伸缩机构的伸缩能够带动无线充电发射线圈的水平移动，通过水平伸缩机构和垂直伸缩机构的伸缩运动，能够将无线充电发射线圈调整至为不同轨道机器人进行无线充电的位置处。实现了对隧道内不同规格机器人的无线充电。

Description

一种轨道机器人自适应智能充电站及充电方法

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种轨道机器人自适应智能充电站及充电方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前的隧道管廊用轨道机器人种类很多，包括巡检机器人、消防机器人等，同一根轨道上可能要同时运行多种类型和规格的轨道机器人，例如平时是小巧的巡检机器人负责巡检，一旦发现火情，就呼叫体积较大的消防机器人出动。

现有机器人大多采用无线充电方式进行充电，当不同规格的无线充电机器人运行在同一轨道上时，现有的隧道内充电站无法实现对不同规格机器人进行充电。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种轨道机器人自适应智能充电站及充电方法，通过水平伸缩机构和垂直伸缩机构的伸缩运动，能够将无线充电发射线圈调整至不同位置处，从而实现对不同规格机器人进行无线充电。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种轨道机器人自适应智能充电站，包括：支架和固定于支架上的垂直伸缩机构，垂直伸缩机构的活动端设置水平伸缩机构，水平伸缩机构的活动端设置无线充电发射线圈，垂直伸缩机构的伸缩能够带动水平伸缩机构做垂直升降运动，水平伸缩机构的伸缩能够带动无线充电发射线圈的水平移动，通过水平伸缩机构和垂直伸缩机构的伸缩运动，能够将无线充电发射线圈调整至为不同规格机器人进行无线充电的位置处。

第二方面，提出了一种轨道机器人自适应智能充电站的充电方法，包括：

通过垂直伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的垂直位置；

通过水平伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的水平位置；

通过无线充电发射线圈垂直位置和水平位置的调整，将无线充电发射线圈定位至机器人所需的充电位置处。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开通过设置水平伸缩机构和垂直伸缩机构，实现了对无线充电发射线圈的位置调整，从而能够适应不同规格机器人的无线充电。

2、本公开通过将在套管与前端盖连接处、套管与直线运动部件外壳连接处均设置轴套，保证了套管运动时不会发生晃动，从而能够保证机器人充电时的充电稳定性。

3、本公开在伸缩机构壳体内壁上设置导轨，在套管外周上设置与导轨配合的滑块，通过滑块与导轨配合，使得套管仅能做伸缩运动而不能绕自身轴线发生转动，保证了无线充电线圈位置调整的准确性，从而能够为不同规格机器人进行准确供电。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例1公开充电站的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1伸缩机构伸出时的状态图；

图3为本公开实施例1公开的水平伸缩机构立体图；

图4为本公开实施例1公开的电动推杆结构及动作示意图；

图5为图3去掉水平伸缩机构外壳的立体图；

图6为本公开实施例1公开的水平伸缩机构工作原理剖视图；

图7为本公开实施例1公开的水平伸缩机构包含辅助装置，且去掉水平伸缩机构外壳的立体图；

图8为本公开实施例1公开的止转轴套的立体图；

图9为本公开实施例1公开的去除支架后的充电站立体图；

图10为本公开实施例1公开的上平板支架立体图；

图11是图2的I区域局部放大剖面视图；

图12是图2的II区域局部放大剖面视图；

图13是本公开实施例1为消防机器人无线充电时的示意图；

图14是本公开实施例1为巡检机器人无线充电时的示意图。

其中：1、无线充电发射线圈，2、发射线圈支架，3、支架，4、水平伸缩套管，5、水平伸缩机构前端盖，6、水平伸缩机构外壳，7、水平伸缩机构后端盖，8、水平伸缩机构外壳盖板，9、电动推杆外壳，10、电动推杆伸缩杆，11、轴套，12、对锁螺母，13、导轨，14、滑块，15、霍尔传感器，16、磁铁，17、霍尔传感器支架，18、止转轴套，19、垂直伸缩机构上端盖，20、垂直伸缩机构外壳，21、线缆拖链，22、加强支撑，23、垂直伸缩机构下端盖，24、固定螺母，25、外螺纹轴套，26、下平板支架，27、固定柱，28、光杠，29、支架固定块，30、上平板支架，31、法兰螺纹轴套，32、消防机器人，33、巡检机器人。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

为了满足隧道中不同规格机器人的无线充电，在该实施例中，公开了一种轨道机器人自适应智能充电站，包括：支架和固定于支架上的垂直伸缩机构，垂直伸缩机构的活动端设置水平伸缩机构，水平伸缩机构的活动端设置无线充电发射线圈，垂直伸缩机构的伸缩能够带动水平伸缩机构做垂直升降运动，水平伸缩机构的伸缩能够带动无线充电发射线圈的水平移动，通过水平伸缩机构和垂直伸缩机构的伸缩运动，能够将无线充电发射线圈调整至为不同轨道机器人进行无线充电的位置处。

进一步的，垂直伸缩机构和水平伸缩机构内均设置了用于定位伸缩机构活动端位置的位置传感器。

进一步的，水平伸缩机构与垂直伸缩机构结构相同，均包括壳体，壳体内设置直线运动部件，直线运动部件的固定端与壳体连接，活动端与套管连接，套管的一端从壳体内伸出，直线运动部件的伸缩运动能够带动套管运动。

进一步的，壳体包括伸缩机构外壳和设置于伸缩机构外壳两端的前端盖和后端盖，直线运动部件的固定端与后端盖连接，前端盖上设置供套管穿过的孔道，孔道处安装轴套，套管从轴套内穿过，并能沿轴套轴向移动。

进一步的，直线运动部件包括直线运动部件外壳和与直线运动部件外壳连接的伸缩杆，伸缩杆的第一端位于外壳内，第二端伸出外壳，伸缩杆的第二端为直线运动部件的活动端，套管套于直线运动部件外壳外部，直线运动部件的活动端与套管连接，套管位于壳体内的一端通过轴套与直线运动部件外壳活动连接。

进一步的，壳体内壁上设置两个位置传感器，两个位置传感器分别用于检测伸缩机构活动端运动的初始位置和终止位置。

进一步的，壳体内壁上设置导轨，套管外周套设止转轴套，止转轴套上设置与导轨配合的滑块，滑块与导轨配合连接后，使得滑块仅能沿导轨轴向运动。

进一步的，垂直伸缩机构壳体的两端分别设置上平板支架和下平板支架，上平板支架和下平板支架之间设置固定柱，上平板支架的上方设置与固定柱同轴的光杠，水平伸缩机构壳体的一端套设于光杠上，并能沿光杠移动，固定柱上设置支架固定块，支架固定块与支架连接。

进一步的，上平板支架与下平板支架之间还设置加强支撑。

对本实施例公开的一种轨道机器人自适应智能充电站进行详细说明。

如图1所示，一种轨道机器人自适应智能充电站，包括支架3、虚线A内的水平伸缩机构和虚线框B内的垂直伸缩机构，水平伸缩机构的活动端通过发射线圈支架2与无线充电发射线圈1连接，当水平伸缩机构的活动端运动时，带动无线充电发射线圈1做水平移动，水平伸缩机构固定于垂直伸缩机构的活动端，垂直伸缩机构的活动端做伸缩运动时，带动水平伸缩机构和无线充电发射线圈整体做垂直方向的升降运动。

如图2所示，当垂直伸缩机构的活动端伸出，且水平伸缩机构的活动端伸出时的状态示意图，可知，通过垂直伸缩机构和水平伸缩机构的伸缩运动，能够对无线充电发射线圈1在垂直与水平方向上进行位置调整，从而能够对不同规格的机器人进行无线充电。

支架3用于将本实施例公开的一种轨道机器人自适应智能充电站，固定于隧道管廊的墙壁上。

由于水平伸缩机构和垂直伸缩机构的结构和原理均相同，故以水平伸缩机构为例对水平伸缩机构和垂直伸缩机构进行说明。

如图3所示，水平伸缩机构包括水平伸缩机构壳体，水平伸缩机构壳体内设置直线运动部件，直线运动部件的固定端与水平伸缩机构壳体连接，活动端与水平伸缩套管4连接，水平伸缩套管4从水平伸缩机构壳体内伸出，直线运动部件的伸缩运动能够带动套管运动，水平伸缩套管4伸出水平伸缩机构壳体的一端为水平伸缩机构的活动端，水平伸缩机构壳体未穿出水平伸缩套管4的一端为水平伸缩机构的固定端。

其中，水平伸缩机构壳体包括水平伸缩机构外壳6和设置于水平伸缩机构外壳两端的水平伸缩机构前端盖5和水平伸缩机构后端盖7，水平伸缩机构前端盖5和水平伸缩机构后端盖7分别固定在水平伸缩机构外壳6的两端，形成封闭的壳体。水平伸缩机构前端盖5上设置供水平伸缩套管4通过的通道，水平伸缩套管4穿过该通道从水平伸缩机构外壳6内伸出。

为了方便对水平伸缩机构外壳6内零部件的安装维护，将水平伸缩机构外壳6设置为一侧可拆卸的结构，即将水平伸缩机构外壳6设置为矩形框架结构，矩形框架结构的一侧边为可拆卸的水平伸缩机构外壳盖板8，通过将水平伸缩机构外壳盖板8设置为可拆卸结构，方便了对水平伸缩机构外壳6内零部件的安装维护，在具体实施时，水平伸缩机构外壳6可以为方管形状的铝型材。

直线运动部件包括直线运动部件外壳和相对于直线运动部件外壳做轴向伸缩运动的伸缩杆，伸缩杆的第一端位于直线运动部件外壳内，第二端伸出直线运动部件外壳，伸缩杆的第二端为直线运动部件的活动端，直线运动部件外壳未穿出伸缩杆的一端为直线运动部件的固定端。

在具体实施时，直线运动部件采用电动推杆，如图4所示，包括电动推杆外壳9和电动推杆伸缩杆10，电机及减速器、齿轮齿条等机械结构均布置在电动推杆外壳9内，电动推杆伸缩杆10的第一端位于电动推杆外壳9内，电动推杆伸缩杆10的第二端伸出电动推杆外壳9外，电动推杆伸缩杆10能够相对于电动推杆外壳9做轴向伸缩运动。

如图5、6所示，电动推杆外壳9未穿出电动推杆伸缩杆10的一端通过对锁螺母12与水平伸缩机构后端盖7固定连接，电动推杆伸缩杆10的第一端通过对锁螺母12与水平伸缩套管4固定连接。电动推杆伸缩杆10相对于电动推杆外壳9做轴向运动时，水平伸缩套管4跟随电动推杆伸缩杆10沿水平伸缩机构外壳6做轴向运动。

为了保证水平伸缩套管4运动过程中不会发生晃动，保证运动的平稳性，在水平伸缩机构前端盖5上设置的供水平伸缩套管4通过的通道内设置轴套11，水平伸缩套管4穿过轴套11伸出水平伸缩机构外壳6，水平伸缩套管4能够沿轴套11做伸缩运动，轴套11采用塑料轴套，通过轴套11对水平伸缩机构壳体进行润滑和密闭，水平伸缩套管4套于电动推杆外壳9外部，水平伸缩套管4处于水平伸缩机构外壳6内的一端通过轴套11与直线运动部件外壳9活动连接，使得水平伸缩套管4能够相对于直线运动部件外壳9做轴向运动。

通过两个轴套11保证了水平伸缩套管运动时的稳定性，从而能够为机器人进行稳定充电。

为了保证水平伸缩套管4仅能沿水平伸缩机构外壳6做轴向运动，而不能绕自身轴线转动，从而保证无线充电发射线圈1位置定位的准确性，在水平伸缩机构壳体内壁上设置导轨13，水平伸缩套管4外周套设止转轴套18，止转轴套18上设置与导轨13配合的滑块14，滑块14与导轨13配合，使得滑块14只能沿导轨13做轴向运动。

在具体实施时，如图7所示，将导轨13固定在水平伸缩机构外壳6的内壁，滑块14与之配合，可以沿着导轨13前后运动，止转轴套18如图8所示，是一个套管与一个平板支架焊接在一起的零件。滑块14连接在止转轴套18的平板上。由于止转套管18与水平伸缩套管4是焊接或者销钉固定在一起的，因此在导轨13的作用下，止转轴套18限定了水平伸缩套管4不会绕自身轴线发生转动。

为了实现水平伸缩机构的活动端的位置定位，在水平伸缩机构内设置了用于定位伸缩机构活动端位置的位置传感器。

当本实施例公开的一种轨道机器人自适应智能充电站仅对隧道内的巡检机器人和消防机器人进行无线充电时，位置传感器设置为两个，两个位置传感器分别用于定位水平伸缩机构活动端运动的初始位置和终止位置。

在具体实施时，位置传感器采用霍尔传感器，在在水平伸缩机构外壳盖板8的内侧设置霍尔传感器支架17，霍尔传感器支架17是几字形支架，在霍尔传感器支架17上设置用于安装霍尔传感器15的安装孔，两个霍尔传感器15通过安装孔安装于霍尔传感器支架17上，安装孔为长圆孔，霍尔传感器15能够沿着长圆孔移动。通过两个霍尔传感器15定位水平伸缩机构活动端运动的初始位置和终止位置。

通过控制电动推杆，使得水平伸缩机构活动端在初始位置和终止位置之间运动，并可以通过单片机感知运动到哪个位置，从而实现水平伸缩机构活动端的位置控制，进而对无线充电发射线圈的位置进行定位。

垂直伸缩机构与水平伸缩机构结构和原理完全一样，只是根据需要选择的电动推杆行程有所区别。

如图9、10所示，垂直伸缩机构通过上平板支架30和下平板支架26固定，上平板支架30和下平板支架26之间设置固定柱27和加强支撑22，加强支撑22的上下两端通过螺钉与两个平板支架固定。

上平板支架30和下平板支架26的一端均设置与垂直伸缩机构外壳20适配的叉形口，上平板支架30和下平板支架26均通过叉形口与垂直伸缩机构外壳20连接，上平板支架30和下平板支架26的另一端穿过固定柱27。

如图11所示，上平板支架30穿过固定柱27的一端设置圆孔，固定柱27上套设外螺纹轴套25，外螺纹轴套25通过螺钉固定于固定柱27上，从而使得外螺纹轴套25不会沿着固定柱27转动或滑动，外螺纹轴套25的螺纹端螺纹连接螺母24，在外螺纹轴套25上设置与上平板支架30下平面贴合的法兰，在固定螺母24上设置与上平板支架30上平面贴合的法兰，上平板支架30套于外螺纹轴套25上，且下平面与外螺纹轴套25上的法兰贴合，固定螺母24与外螺纹轴套25螺纹连接后，固定螺母24上的法兰与上平板支架的上平面贴合，因此固定螺母24和外螺纹轴套25上下夹持上平板支架30，实现了上平板支架30与固定柱27的固定。下平板支架26也是这样的方式与固定柱27固定。

如图2、12所示，固定柱27的上端有一个光杠28与其同轴连接。水平伸缩机构的水平伸缩机构后盖板7有一个与光杠28配合的轴孔，通过该轴孔将水平伸缩机构后盖板7套在光杠28上并相对于光杠28上下运动。为了导向和减少摩擦，水平伸缩机构后端盖7的轴孔上下各通过螺纹固定了一个法兰螺纹轴套31，法兰可以限位，各法兰螺纹轴套内部设置一个轴套11用于减少滑动摩擦和防止相对晃动。

这样，在垂直伸缩机构的推动下，水平伸缩机构可以上下运动，水平伸缩机构后端盖由于被光杠28限定运动自由度，因此整个水平伸缩机构只会有一个上下运动的自由度，而不会发生转动。

在固定柱27上设置支架固定块29，通过支架固定块29将垂直伸缩机构固定于支架3上。

为了对水平伸缩机构中霍尔传感器15和电动推杆进行信号连接和电连接的线缆进行保护，设置了拖链21。

在具体实施时，在上平板支架30上开设长圆形的孔，拖链21穿过这个孔，上端与水平伸缩机构外壳6通过小支架固定，下端与支架固定块29固定。

当使用本实施例公开的一种轨道机器人自适应智能充电站对隧道内的消防机器人和巡检机器人进行充电时，如图13、14所示，当对消防机器人32进行充电时，通过调节水平伸缩机构和垂直伸缩机构的活动端均处于初始位置，从而将无线充电发射线圈1定位至距离消防机器人32的充电接收线圈45mm～55mm处，并且无线充电发射线圈1与充电接收线圈中心对齐，从而实现对消防机器人32进行无线充电，当对巡检机器人33进行充电时，垂直伸缩机构和水平伸缩机构的活动端均运动至终止位置，将无线充电发射线圈1定位至与巡检机器人33的充电接收线圈距离45mm～55mm位置处，并且无线充电发射线圈1与充电接收线圈中心对齐，从而实现对巡检机器人33进行无线充电。

实施例2

在该实施例中，公开了一种轨道机器人自适应智能充电站的充电方法，包括：

通过垂直伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的垂直位置；

通过水平伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的水平位置；

通过无线充电发射线圈垂直位置和水平位置的调整，将无线充电发射线圈定位至机器人所需的充电位置处。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，包括：支架和固定于支架上的垂直伸缩机构，垂直伸缩机构的活动端设置水平伸缩机构，水平伸缩机构的活动端设置无线充电发射线圈，垂直伸缩机构的伸缩能够带动水平伸缩机构做垂直升降运动，水平伸缩机构的伸缩能够带动无线充电发射线圈的水平移动，通过水平伸缩机构和垂直伸缩机构的伸缩运动，能够将无线充电发射线圈调整至为不同轨道机器人进行无线充电的位置处；

垂直伸缩机构和水平伸缩机构内均设置了用于定位伸缩机构活动端位置的位置传感器；

壳体内壁上设置导轨，套管外周套设止转轴套，止转轴套上设置与导轨配合的滑块，滑块与导轨配合连接后，使得滑块仅能沿导轨轴向运动；

水平伸缩机构与垂直伸缩机构结构相同，均包括壳体，壳体内设置直线运动部件，直线运动部件的固定端与壳体连接，活动端与套管连接，套管的一端从壳体内伸出，直线运动部件的伸缩运动能够带动套管运动。

2.如权利要求1所述的一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，壳体包括伸缩机构外壳和设置于伸缩机构外壳两端的前端盖和后端盖，直线运动部件的固定端与后端盖连接，前端盖上设置供套管穿过的孔道，孔道处安装轴套，套管从轴套内穿过，并能沿轴套轴向移动。

3.如权利要求1所述的一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，直线运动部件包括直线运动部件外壳和与直线运动部件外壳连接的伸缩杆，伸缩杆的第一端位于外壳内，第二端伸出外壳，伸缩杆的第二端为直线运动部件的活动端，套管套于直线运动部件外壳外部，直线运动部件的活动端与套管连接，套管位于壳体内的一端通过轴套与直线运动部件外壳活动连接。

4.如权利要求1所述的一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，壳体内壁上设置两个位置传感器，两个位置传感器分别用于检测伸缩机构活动端运动的初始位置和终止位置。

5.如权利要求1所述的一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，垂直伸缩机构壳体的两端分别设置上平板支架和下平板支架，上平板支架和下平板支架之间设置固定柱，上平板支架的上方设置与固定柱同轴的光杠，水平伸缩机构壳体的一端套设于光杠上，并能沿光杠移动，固定柱上设置支架固定块，支架固定块与支架连接。

6.如权利要求1所述的一种轨道机器人自适应智能充电站，其特征在于，上平板支架与下平板支架之间还设置加强支撑。

7.采用权利要求1-6任一项所述的轨道机器人自适应智能充电站的充电方法，其特征在于，包括：

通过垂直伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的垂直位置；

通过水平伸缩机构的伸缩运动调整无线充电发射线圈的水平位置；

通过无线充电发射线圈垂直位置和水平位置的调整，将无线充电发射线圈定位至机器人所需的充电位置处。