CN116895977A - 一种多自由度的插头浮动对接机构及对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度的插头浮动对接机构，它包括XZ浮动组件、Y向移动组件、Z轴转动组件，Z轴转动组件设置在XZ浮动组件的上方且通过Y向移动组件与XZ浮动组件连接；Z轴转动组件包括Z轴固定板、Z轴旋转板、Z轴旋转轴、左右两个调节单元Ⅰ；Z轴固定板位于Z轴旋转板的上方，Z轴旋转板通过Z轴旋转轴与Z轴固定板连接，左右两个调节单元Ⅰ固定在Z轴旋转板的同一面且与Z轴固定板接触；Y向移动组件包括电机、前后两个Y向导轨、前后各两个Y向导块。本发明在XZ两个浮动方向之外多增加Z轴、X轴两个旋转自由度，可以在复杂、危险等多种工况下实现插头之间的快速精确对接。

Description

一种多自由度的插头浮动对接机构及对接方法

技术领域

本发明属于插头对接方式，尤其涉及一种多自由度的插头浮动对接机构。

背景技术

随着人们对环境和资源的重视，越来越多的人选择购买电动汽车实现绿色出行。新能源电池做为电动汽车的“心脏”，在其生产过程中需要对电池包整体电压电流及稳定性相关测试，由于电池包电压高电流大，通过人员进行公母插头对接存在一定风险；同时人员需要专业培训后才能操作，对技能要求很高。

中国专利CN115986495A(公布日2023.4.18)公开了一种电连接系统，地面端充电棒通过直线式移动和车端受电装置两部分连接起来，其缺点是只有一个方向的移动；中国专利CN115864054A(公布日2023.3.28)公开了一种可自适应调整的盲插对接装置，对接装置可以实现单机的连接器插座与机柜的安装架上的插头的盲插，其缺点是：调整范围较小，只能适用于X方向、Y方向位置偏差小于±1mm、X轴、Y轴旋转偏差小于±1°的情况，不能适用实际中更多角度的复杂的工况。

因此，现有的装置整体结构单薄，多是适用于轻型、小作用力的插头对接机构，比如电力领域等，同时调整范围较小，不能适用实际中更多角度的复杂的工况。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种插头浮动对接机构，它在XZ两个浮动方向之外多增加Z轴、X轴两个旋转自由度，可以在复杂、危险等多种工况下实现插头之间的快速精确对接。同时，本发明还提供了插头浮动对接机构的对接方法。

本发明一种多自由度的插头浮动对接机构，它包括XZ浮动组件、Y向移动组件、Z轴转动组件，Z轴转动组件设置在XZ浮动组件的上方且通过Y向移动组件与XZ浮动组件连接；Z轴转动组件包括Z轴固定板、Z轴旋转板、Z轴旋转轴、左右两个调节单元Ⅰ；Z轴固定板位于Z轴旋转板的上方，Z轴旋转板通过Z轴旋转轴与Z轴固定板连接，左右两个调节单元Ⅰ固定在Z轴旋转板的同一面且与Z轴固定板接触；Y向移动组件包括电机、前后两个Y向导轨、前后各两个Y向导块，电机与Z轴旋转板连接，前后两个Y向导轨固定在Z轴旋转板的下面、前后各两个Y向导块固定在XZ浮动组件的上面。

进一步地，XZ浮动组件包括浮动板Ⅰ、浮动板Ⅱ、浮动板Ⅲ、X轴浮动单元、Z轴浮动单元；浮动板Ⅰ1、浮动板Ⅱ、浮动板Ⅲ三者左中右平行设置、两两之间通过X轴浮动单元和Z轴浮动单元连接，Z轴旋转板设置浮动板的上方且与浮动板相垂直、Y向导块固定在浮动板Ⅲ的上面。

进一步地，X轴浮动组件包括前后两个压板Ⅰ、前后两个X方向弹簧、上下两个X向直线导轨，浮动板Ⅰ的前后两面各固定有一个压板Ⅰ，每个压板Ⅰ上设置有一个X方向弹簧，浮动板Ⅱ的前后两面被前后两个X方向弹簧压紧，X向导轨连接浮动板Ⅰ和浮动板Ⅱ。

进一步地，Z轴浮动组件包括前后各上下两个压板Ⅱ、前后各两个Z方向弹簧、前后两个Z向直线导轨；浮动板Ⅲ的前后两面各固定有上下两个压板Ⅱ，每个压板Ⅱ上设置有一个Z方向弹簧，浮动板Ⅱ前后两面的侧支撑块位于上下两个压板Ⅱ之间且被上下两个Z方向弹簧压紧；Z向直线导轨连接浮动板Ⅱ和浮动板Ⅲ。

进一步地，每个调节单元Ⅰ包括连接块、压紧螺钉，连接块的下部与Z轴旋转板固定连接，压紧螺钉从压块上部的孔中穿过后紧压在Z轴固定板的后面上。

进一步地，Z轴固定板上加工有四个弧形槽，Z轴旋转板与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉。

进一步地，插头浮动对接机构还包括X轴转动组件，X轴转动组件设置在Z轴转动组件的上方，X轴转动组件包括浮动机构安装板、前后对称设置的两个转动单元、左右对称设置的两个调节单元Ⅱ，转动单元、调节单元Ⅱ均固定在Z轴固定板的上面，浮动机构安装板与两个转动单元、两个调节单元Ⅱ连接。

进一步地，每个转动单元包括连接板、X轴转板，连接板固定在Z轴固定板的上面，X轴转板通过转轴与连接板连接；每个调节单元Ⅱ包括X轴旋转调节螺丝、调整板，X轴旋转调节螺丝从调整板下板的孔中穿过与Z轴固定板上面的螺孔旋合，浮动机构安装板与前后X轴转板、左右调整板的上面连接。

进一步地，连接板上加工有两个弧形槽，X轴转板与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉。

本发明插头浮动对接机构的对接方法，具体步骤为：①将浮动机构安装板固定在框架上，插座公头放置在安装板的指定位置上，插头母座连接在浮动板Ⅰ左面的指定位置上；②气缸先不接气，首先手动推动插头母座和浮动板Ⅰ、浮动板Ⅱ、浮动板Ⅲ向插座公头靠近，接着调整浮动单元实现沿X轴、Z轴的移动微调，调整压紧螺钉使Z轴旋转板实现绕Z轴的旋转微调，调整X轴旋转调节螺丝使前后X轴转板实现绕X轴的旋转微调，使浮动板Ⅰ上的两个定位销与安装板的两个定位销孔对齐，即调整好插头母座与插座公头的相对位置；③将气缸接气管，用PLC或工控机控制，气缸工作推动Z轴旋转板向左运动，使定位销插入定位销孔中，进而实现了插头母座与插座公头的对接；④当下一个插座公头、插座母座被放置到指定位置后，气缸直接推动插座母头这边的Z轴旋转板向左运动，即可实现插座母头与插座公头的快速准确对接。

本发明插头浮动对接机构的优点是：一、1、采用了Z轴旋转轴的形式实现了Z轴的旋转；2、采用了“直线导轨+弹簧”的形式保证XZ方向对接的精度和浮动调节力；3、采用了旋转调节螺丝的形式实现了X的旋转；即只需通过运输工具将电池包放置指定位置即可自动插接插头系统自动进行相关测试，实现无人化运转，既提高了效率又保证了安全；二、整体结构强度高，可适用于重型、大作用力的插头对接机构，比如气动、液压等领域。

总之，本发明通过多自由度使调整范围较大，可适用于X方向、Z方向位置偏差小于±10mm、X轴、Z轴旋转偏差小于±15°的情况，适用实际中更多角度的复杂的工况。

附图说明

图1是本发明插头浮动对接机构的立体图一；

图2是本发明插头浮动对接机构的立体图二；

图3是本发明插头浮动对接机构的立体图三；

图4是本发明插头浮动对接机构的主视图；

图5是图4的右视图；

图6是图4的俯视图；

图7是本发明插头浮动对接机构的使用示意图。

具体实施方式

实施例1

从图1、图2、图3可知，本发明一种多自由度的插头浮动对接机构，它包括XZ浮动组件、Y向移动组件、Z轴转动组件，Z轴转动组件设置在XZ浮动组件的上方且通过Y向移动组件与XZ浮动组件连接；Z轴转动组件包括Z轴固定板9、Z轴旋转板19、Z轴旋转轴14、左右两个调节单元Ⅰ；Z轴固定板9位于Z轴旋转板19的上方，Z轴旋转板19通过Z轴旋转轴14与Z轴固定板9连接，左右两个调节单元Ⅰ固定在Z轴旋转板19的同一面且与Z轴固定板9接触；Y向移动组件包括电机4、前后两个Y向导轨12、前后各两个Y向导块22，电机4与Z轴旋转板19连接，前后两个Y向导轨12固定在Z轴旋转板19的下面、前后各两个Y向导块22固定在XZ浮动组件的上面。

对调节单元Ⅰ进行调节，Z轴旋转板19连同Z轴转轴14绕Z轴固定板9转动，从而带动Z轴旋转板19下面的所有零件一起绕Z轴转动；电机4工作时，Z轴旋转板19通过Y向导轨12沿Y向导块22左右移动，从而带动Z轴旋转板19下面的所有零件一起沿Y轴双向移动，进一步精确插头母座28与插座公头27之间的位置，使两者精确对接。

当插座公头27放置在安装板26的指定位置上，插座母头28连接在XZ浮动组件最左面的指定位置上，由于加工原因公母头的实际安装相对位置存在各种距离和角度偏差，因此需要进一步地调整公母头的相对位置以实现两者的对接：首先气缸4不接气，手动推动插座母头28向插座公头27靠近，接着调整XZ浮动组件实现沿X轴、Z轴的移动微调，调整Z轴转动组件实现绕Z轴的旋转微调，保证XZ浮动板最左面的两个定位销25与安装板26的两个定位销孔29位置对准，然后再将气缸4接气管，用PLC或工控机控制，使气缸4直接推动整个对接机构沿Y轴移动，使插座母头28与插座公头27精确对接。

实施例2

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：XZ浮动组件包括浮动板Ⅰ1、浮动板Ⅱ2、浮动板Ⅲ3、X轴浮动单元、Z轴浮动单元；浮动板Ⅰ1、浮动板Ⅱ2、浮动板Ⅲ3三者左中右平行设置、两两之间通过X轴浮动单元和Z轴浮动单元连接，Z轴旋转板19设置浮动板的上方且与浮动板相垂直、Y向导块22固定在浮动板Ⅲ3的上面。

其中，当浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2之间为X轴浮动单元，则浮动板Ⅱ2和浮动板Ⅲ3之间为Z轴浮动单元；当浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2之间为Z轴浮动单元，则浮动板Ⅱ2和浮动板Ⅲ3之间为X轴浮动单元；也就是说，只要能实现浮动板Ⅰ1沿X轴、Z轴的浮动即可。

XZ浮动组件中的浮动板Ⅰ1相对于浮动板Ⅱ2前后移动即沿X轴移动(上下移动)、浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2两者相对于浮动板Ⅲ3上下移动即沿Z轴移动(前后移动)；Z轴转动组件通过Z轴旋转轴14带动XZ浮动组件绕Z轴旋转、同时通过Y向移动组件带动XZ浮动组件左右移动即沿Y轴移动，进一步精确插头母座28与插座公头27之间的位置，使两者精确对接。

实施例3

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：X轴浮动组件包括前后两个压板Ⅰ20、前后两个X方向弹簧11、上下两个X向直线导轨5，浮动板Ⅰ1的前后两面各固定有一个压板Ⅰ20，每个压板Ⅰ20上设置有一个X方向弹簧11，浮动板Ⅱ2的前后两面被前后两个X方向弹簧11压紧，X向导轨5连接浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2；Z轴浮动组件包括前后各上下两个压板Ⅱ21、前后各两个Z方向弹簧7、前后两个Z向直线导轨6；浮动板Ⅲ3的前后两面各固定有上下两个压板Ⅱ21，每个压板Ⅱ21上设置有一个Z方向弹簧7，浮动板Ⅱ2前后两面的侧支撑块位于上下两个压板Ⅱ21之间且被上下两个Z方向弹簧7压紧；Z向直线导轨6连接浮动板Ⅱ2和浮动板Ⅲ3。

本发明中：通过X方向弹簧11可调整浮动板Ⅰ1沿X轴方向的浮动距离及阻尼，X向直线导轨5为浮动板Ⅰ1相对于浮动板Ⅱ2的前后移动即沿X轴的双向移动提供了导向，保证了浮动板Ⅰ1前后移动的稳定性；通过Z方向弹簧7可调整浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2两者沿Z轴方向的浮动距离及阻尼，Z向直线导轨6为浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ2两者相对于浮动板Ⅲ3的上下移动即沿Z轴的双向移动提供了导向，保证了浮动板Ⅰ1和浮动板Ⅱ21上下移动的稳定性。

实施例4

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：每个调节单元Ⅰ包括连接块15、压紧螺钉16，连接块15的下部与Z轴旋转板19固定连接，压紧螺钉16从压块15上部的孔中穿过后紧压在Z轴固定板9的后面上。

其中，调节单元Ⅰ可以设置在固定在Z轴旋转板19的前面、后面，左面，只要不与其它零件干涉即可。

调节左右压紧螺钉16使Z轴旋转板19连同Z轴转轴14绕Z轴固定板9转动，从而带动其下方的所有零件一起绕Z轴转动。

实施例5

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：Z轴固定板9上加工有四个弧形槽，Z轴旋转板19与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉17。

当Z轴旋转板19转动时，销钉17沿着弧形槽移动，既保证了Z轴旋转板19转动的稳定性，又限制了Z轴旋转板19的转动角度。

实施例6

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构还包括X轴转动组件，X轴转动组件设置在Z轴转动组件的上方，X轴转动组件包括浮动机构安装板10、前后对称设置的两个转动单元、左右对称设置的两个调节单元Ⅱ，转动单元、调节单元Ⅱ均固定在Z轴固定板9的上面，浮动机构安装板10与两个转动单元、两个调节单元Ⅱ连接。

当通过调节单元Ⅱ进行调节时，转动单元绕X轴转动，从而带动其下方的所有零部件一起绕X轴转动，进一步精确插头母座28与插座公头27之间的位置，使两者精确对接。

实施例7

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：每个转动单元包括连接板23、X轴转板13，连接板23固定在Z轴固定板9的上面，X轴转板13通过转轴与连接板23连接；每个调节单元Ⅱ包括X轴旋转调节螺丝8、调整板24，X轴旋转调节螺丝8从调整板24下板的孔中穿过与Z轴固定板9上面的螺孔旋合，浮动机构安装板10与前后X轴转板13、左右调整板24的上面连接。

当调节X轴旋转调节螺丝8一松一紧时，可使X轴转板13绕X轴转动，从而带动其下方的所有零件一起绕X轴转动。

实施例8

从图1、图2、图3、图4、图5、图6可知，本发明插头浮动对接机构：连接板23上加工有两个弧形槽，X轴转板13与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉18。

本发明头浮动对接机构：当X轴转板13通过转轴绕连接板23转动时，销钉18沿着弧形槽移动，既保证了X轴转板13转动的稳定性，又限制了X轴转板13的转动角度。

实施例9

从图7可知，本发明插头浮动对接机构的对接方法如下：①将浮动机构安装板10固定在框架上，插座公头27放置在安装板26的指定位置上，插头母座28连接在浮动板Ⅰ1左面的指定位置上，由于加工原因公母头的实际安装相对位置存在各种距离和角度偏差，因此需要进一步的调整公母头相对位置；②气缸4先不接气，首先手动推动插头母座28和浮动板Ⅰ1、浮动板Ⅱ2、浮动板Ⅲ3向插座公头27靠近，接着调整浮动单元实现沿X轴、Z轴的移动微调，调整压紧螺钉16使Z轴旋转板19实现绕Z轴的旋转微调，调整X轴旋转调节螺丝8使前后X轴转板13实现绕X轴的旋转微调，使浮动板Ⅰ1上的两个定位销25与安装板26的两个定位销孔29对齐，即调整好插头母座28与插座公头27的相对位置；③将气缸4接气管，用PLC或工控机控制，气缸4工作推动Z轴旋转板19向左运动，使定位销25插入定位销孔29中，进而实现了插头母座28与插座公头27的对接；④当下一个插座公头27、插座母座28被放置到指定位置后，气缸4直接推动插座母头这边的Z轴旋转板19向左运动，即可实现插座母头28与插座公头27的快速准确对接。

本发明插头浮动对接机构的优点是：一、1、采用了Z轴旋转轴的形式实现了Z轴的旋转；2、采用了“直线导轨+弹簧”的形式保证XZ方向对接的精度和浮动调节力；3、采用了旋转调节螺丝的形式实现了X的旋转；即只需通过运输工具将电池包放置指定位置即可自动插接插头系统自动进行相关测试，实现无人化运转，既提高了效率又保证了安全；二、整体结构强度高，可适用于重型、大作用力的插头对接机构，比如气动、液压等领域。

总之，本发明在XZ两个浮动方向之外增加了Z轴、X轴两个旋转自由度从而实现了多自由度，可以在复杂、危险等多种工况下实现插头之间的快速精确对接，减少人为操作，降低企业成本、提高生产效率，适用于新能源电池通电测试及各种工程设备、非标自动化设备。当然，本发明中的插头除了是电插头还可更换为气动插头或者液压插头实现更多领域的应用。

Claims (10)

1.一种多自由度的插头浮动对接机构，其特征是：它包括XZ浮动组件、Y向移动组件、Z轴转动组件，Z轴转动组件设置在XZ浮动组件的上方且通过Y向移动组件与XZ浮动组件连接；Z轴转动组件包括Z轴固定板(9)、Z轴旋转板(19)、Z轴旋转轴(14)、左右两个调节单元Ⅰ；Z轴固定板(9)位于Z轴旋转板(19)的上方，Z轴旋转板(19)通过Z轴旋转轴(14)与Z轴固定板(9)连接，左右两个调节单元Ⅰ固定在Z轴旋转板(19)的同一面且与Z轴固定板(9)接触；Y向移动组件包括电机(4)、前后两个Y向导轨(12)、前后各两个Y向导块(22)，电机(4)与Z轴旋转板(19)连接，前后两个Y向导轨(12)固定在Z轴旋转板(19)的下面、前后各两个Y向导块(22)固定在XZ浮动组件的上面。

2.根据权利要求1所述的插头浮动对接机构，其特征是：XZ浮动组件包括浮动板Ⅰ(1)、浮动板Ⅱ(2)、浮动板Ⅲ(3)、X轴浮动单元、Z轴浮动单元；浮动板Ⅰ(1)、浮动板Ⅱ(2)、浮动板Ⅲ(3)三者左中右平行设置、两两之间通过X轴浮动单元和Z轴浮动单元连接，Z轴旋转板(19)设置浮动板的上方且与浮动板相垂直、Y向导块(22)固定在浮动板Ⅲ(3)的上面。

3.根据权利要求2所述的插头浮动对接机构，其特征是：X轴浮动组件包括前后两个压板Ⅰ(20)、前后两个X方向弹簧(11)、上下两个X向直线导轨(5)，浮动板Ⅰ(1)的前后两面各固定有一个压板Ⅰ(20)，每个压板Ⅰ(20)上设置有一个X方向弹簧(11)，浮动板Ⅱ(2)的前后两面被前后两个X方向弹簧(11)压紧，X向导轨(5)连接浮动板Ⅰ(1)和浮动板Ⅱ(2)。

4.根据权利要求2所述的插头浮动对接机构，其特征是：Z轴浮动组件包括前后各上下两个压板Ⅱ(21)、前后各两个Z方向弹簧(7)、前后两个Z向直线导轨(6)；浮动板Ⅲ3的前后两面各固定有上下两个压板Ⅱ(21)，每个压板Ⅱ(21)上设置有一个Z方向弹簧(7)，浮动板Ⅱ(2)前后两面的侧支撑块位于上下两个压板Ⅱ(21)之间且被上下两个Z方向弹簧(7)压紧；Z向直线导轨(6)连接浮动板Ⅱ(2)和浮动板Ⅲ(3)。

5.根据权利要求1所述的插头浮动对接机构，其特征是：每个调节单元Ⅰ包括连接块(15)、压紧螺钉(16)，连接块(15)的下部与Z轴旋转板(19)固定连接，压紧螺钉(16)从压块(15)上部的孔中穿过后紧压在Z轴固定板(9)的后面上。

6.根据权利要求5所述的插头浮动对接机构，其特征是：Z轴固定板(9)上加工有四个弧形槽，Z轴旋转板(19)与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉(17)。

7.根据权利要求1所述的插头浮动对接机构，其特征是：它还包括X轴转动组件，X轴转动组件设置在Z轴转动组件的上方，X轴转动组件包括浮动机构安装板(10)、前后对称设置的两个转动单元、左右对称设置的两个调节单元Ⅱ，转动单元、调节单元Ⅱ均固定在Z轴固定板(9)的上面，浮动机构安装板(10)与两个转动单元、两个调节单元Ⅱ连接。

8.根据权利要求7所述的插头浮动对接机构，其特征是：每个转动单元包括连接板(23)、X轴转板(13)，连接板(23)固定在Z轴固定板(9)的上面，X轴转板(13)通过转轴与(连接板23)连接；每个调节单元Ⅱ包括X轴旋转调节螺丝(8)、调整板(24)，X轴旋转调节螺丝(8)从调整板(24)下板的孔中穿过与Z轴固定板(9)上面的螺孔旋合，浮动机构安装板(10)与前后X轴转板(13)、左右调整(板24)的上面连接。

9.根据权利要求8所述的插头浮动对接机构，其特征是：连接板(23)上加工有两个弧形槽，X轴转板(13)与弧形槽中间位置对应的位置上各设置有一个销钉(18)。

10.根据权利要求1-9任一所述的插头浮动对接机构的对接方法，具体步骤为：①将浮动机构安装板固定在框架上，插座公头放置在安装板的指定位置上，插头母座连接在浮动板Ⅰ左面的指定位置上；②气缸先不接气，首先手动推动插头母座和浮动板Ⅰ、浮动板Ⅱ、浮动板Ⅲ向插座公头靠近，接着调整浮动单元实现沿X轴、Z轴的移动微调，调整压紧螺钉使Z轴旋转板实现绕Z轴的旋转微调，调整X轴旋转调节螺丝使前后X轴转板实现绕X轴的旋转微调，使浮动板Ⅰ上的两个定位销与安装板的两个定位销孔对齐，即调整好插头母座与插座公头的相对位置；③将气缸接气管，用PLC或工控机控制，气缸工作推动Z轴旋转板向左运动，使定位销插入定位销孔中，进而实现了插头母座与插座公头的对接；④当下一个插座公头、插座母座被放置到指定位置后，气缸直接推动插座母头这边的Z轴旋转板向左运动，即可实现插座母头与插座公头的快速准确对接。