CN217468979U - 一种柔性对接装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性对接装置，其包括：基座；横向滑动机构，包括：两根横向导轨或导杆，两端分别设一柔性衬套，柔性衬套包括外圈、内圈及柔性材料；内圈固定于横向导轨或导杆端部；两根横向导轨或横向导杆通过第一支架水平设置于基座正面上部；第一支架上设安装孔，柔性衬套外圈固定于安装孔内；横向滑板，其背面上下凸设横向滑块，横向滑块滑设于横向导轨或导杆上；横向滑板中央设第一安装通孔；至少四根横向弹簧，分别套设于横向导轨或导杆上；两根对插导向销，竖直设置于横向滑板正面中央第一安装通孔的上下；刚性接插头座，其设第二安装通孔，第二安装通孔的上、下方各设一对插导向孔。本实用新型可以实现柔性支持接插头进行高容差的插拔。

Description

一种柔性对接装置

技术领域

本实用新型涉及支撑机构，特别涉及一种柔性对接装置，用于车辆、移动机器人、能源行业的接插等场景。

背景技术

在车辆、移动机器人、能源行业，对于电缆接插头插拔、气体或液体软管(以下简称软管)接插头插拔的应用领域，如新能源汽车充电、移动机器人充电、加油管加油等场景，随着自动化无人化的发展趋势，越来越迫切的需要充电、加气、加液等功能要支持自动驾驶，但目前已有的技术均不能很好的支持对于需要电缆或软管进行对插连接的功能，其中的核心原因在于目前应用的自动驾驶或自动控制精度不足以保证需要对插的两端具有足够的同轴度和位置精度。

因此本实用新型的核心诉求是通过用于电缆或软管对插安装的底座的结构和材料创新，使得需要对插的两端在安装后具有位置和角度上的柔性，从而实现即便是对插两端有位置或角度上的误差，也能顺利进行对接插入和拔出。

在新能源汽车充电领域，随着新能源汽车的发展，充电配套设施也相应发展，不过目前投入市场应用的绝大多数还是通过人工手动进行充电枪的插拔操作。极少数充电设施，采用自动化的机械臂，其中有基于常规机械臂开发的充电枪以及较为创新的蛇形机器人。但是，该两种机器人方案都具有结构复杂、控制困难、成本高昂的问题，特别是蛇形机器人方案，因此迟迟未得到推广应用。

在汽车加气领域，目前仍全部为人工手动进行插拔的操作，其中LPG/CNG较为普及，因加气压强不大，因此采用普通的接插头人工操作。

另外，近年来有少数汽车加氢领域，通过加氢枪头和接收端会有自动锁紧及密封功能，但加氢枪头的插拔还是依赖于人工操作。加气人工操作不可避免的存在很多问题，如劳动强度大、充气效率低，且如果产生事故，会危及人们的生命安全。而自动插拔接头进行加气的应用目前还很罕见。

在汽车加油/加液领域，普遍采用开放式加油，油液通过重力自动流入油箱/液箱，该种方式根本无法实现自动化。在AGV/服务机器人自动充电领域，一般采用平面接的刷板/刷块式充电。该种充电方式，刷块与刷板分别位于充电机和车辆本体上，并分别连接充电和受电的一端；刷块与刷板之间通过接触进行连接并充电；通常刷块与底座之间设置有弹簧机构，以起到将刷块和刷板压紧且允许车辆与充电机之间有一定的位置容差。

为了进一步增加车辆与充电机之间的位置容差，出现了在刷块与充电机基座之间设置伸缩杆的方案，通过伸缩杆的伸长和缩短，可以增加在伸缩方向上的位置容差。

AGV这一类的接触式充电方式可以支持自动驾驶，但由于充电是刷块与刷板的面接触，完全裸露在外，具有安全方面的风险，并且因此通常只能支持最高48V的电压，另外刷块刷板接触面积小、压紧力有限，因此通常传输电流最大也只能支持300A，无法适用于大功率、高安全性要求的充电场合。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种柔性对接装置，通过柔性结构设计，实现柔性支持接插头进行高容差的插拔，即根据需要可以实现前后方向、左右方向、上下方向、侧倾角度、俯仰角度、偏转角度六个方向的不同弹性及位置容差能力；满足轴向插拔连接有较高的位置和角度要求，可适用于电动汽车、AGV等电动驱动车辆的充电电缆的自动插拔，LGP/CNG/氢气等气体加气枪的自动插拔，以及未来可能的自动加油/加液接插头的自动拔插。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种柔性对接装置，其包括：

基座；

横向滑动机构，其包括：

两根横向导轨或横向导杆，其两端分别设置一柔性衬套，所述柔性衬套包括由刚性材料组成的外圈、内圈及位于外圈和内圈之间的柔性材料；所述内圈固定于所述横向导轨或横向导杆的端部；两根横向导轨或横向导杆通过第一支架水平设置于所述基座正面上部，且两根横向导轨或横向导杆上下平行；所述第一支架上设安装孔，所述柔性衬套的外圈固定于该安装孔内；

横向滑板，其相对基座正面一侧的背面上下分别凸设横向滑块，横向滑块滑设于横向导轨或横向导杆上；横向滑板中央设供安装插头或插座的第一安装通孔；

至少四根横向弹簧，分别套设于横向滑块外侧的横向导轨或横向导杆上；

两根对插导向销，竖直设置于所述横向滑板正面中央第一安装通孔的上下；第一安装通孔的中心、两根对插导向销的轴线位于同一轴线上；优选的，对插导向销前端部成圆锥状；

刚性接插头座，其中央设安装插头或插座的第二安装通孔，第二安装通孔的上、下方各设一供所述对插导向销插置的对插导向孔，该对插导向孔的前部呈喇叭口状，后部为与对插导向销匹配的圆柱形。

进一步，还设有纵向调节座，其包括：

纵向基板，其中央设供安装插头或插座的第三安装通孔，纵向基板背面竖直设置至少两根纵向导向杆，对应的，所述横向滑板上设置供纵向导向杆插置的导向孔，且纵向导向杆尾部设有用于运动限位的台阶结构；

若干纵向弹簧，分别套设于所述纵向导向杆上，纵向弹簧两端分别抵靠纵向基板和横向滑板；

所述的两根对插导向销竖直设置于所述纵向基板正面中央第三安装通孔的上下，该两根对插导向销轴线与第三安装通孔的中心位于同一轴线上。

更进一步，还设有竖向滑动机构，其包括：

两根竖向导轨或竖向导杆，其两端通过第二支架设置于所述横向滑板正面两侧；

竖向滑板，其正对横向滑板正面一侧的背面左右分别凸设竖向滑块，该竖向滑块滑设于横向滑板上的竖向导轨或竖向导杆上；竖向滑板上设供所述纵向基板上的纵向导向杆穿设的导向通孔，所述纵向基板通过纵向导向杆活动连接于竖向滑板上；所述纵向弹簧分别套设于所述纵向导向杆上，纵向弹簧两端分别抵靠纵向基板和竖向滑板；

至少四根竖向弹簧，分别套设于竖向滑块外侧的竖向导轨或竖向导杆上。

优选的，所述第二支架上设安装通孔，安装通孔内设置柔性衬套，所述竖向导轨或竖向导杆的端部分别连接所述柔性衬套的内圈。

优选的，所述的柔性材料上沿周向设若干孔洞。

优选的，所述的基座和/或纵向基板和/或竖向滑板上设有供电缆或管线穿过的过线孔。

优选的，所述横向滑板或纵向基板或竖向滑板正面中部两侧凸设限位块，限位块采用柔性材质材料，优选橡胶、聚氨酯或尼龙。

本实用新型通过柔性设计，实现柔性支持接插头进行高容差的插拔，即根据需要可以实现前后方向、左右方向、上下方向、侧倾角度、俯仰角度、偏转角度六个方向的不同弹性及位置容差能力。

插拔容差的具体要求包括：

1)前后方向需要较大容差，且需要较大的回弹力以便压紧接插头；

2)左右方向需要较大容差，且需要较小的回弹力以便当插头在自由状态下能够回到设定位置，而在对插状态下能够自如的左右移动；

3)上下方向需要较大容差，且需要较小的回弹力，原因类似左右方向；

4)侧倾角度需要较小的容差，因为通常插头两端的应用设备通常能够保证足够的侧倾配合角度；且需要较小的回弹力，以便当插头在自由状态下能够回到设定位置，而在对插状态下避免和插头插座本身的限位或锁定机构出现的力干涉尽量小；

5)俯仰角度需要较小的容差，原因类似侧倾角度；且需要尽量小的回弹力，原因类似侧倾角度；

6)偏转角度需要较大的容差，以便适应自动驾驶或其他自动控制精度不足导致的插头两端偏转角度方向上产生的偏差；且需要较小的回弹力，原因类似侧倾角度。

基于上述插拔容差的要求，本实用新型通过导轨结合弹簧的机构来实现前后、左右、上下三个方向的柔性和约束，通过柔性衬套实现侧倾、俯仰、偏转三个方向的柔性和约束，具体如下：

·前后方向：通过带限位结构的导轨和弹簧；

·左右方向：通过导轨和弹簧；

·上下方向：通过导轨和弹簧；

·侧倾角度：通过柔性衬套中柔性部分的变形；

·俯仰角度：通过柔性衬套中柔性部分的变形；

·偏转角度：通过柔性衬套中柔性部分的变形。

本实用新型整个系统设计包括柔性侧和刚性侧两部分，柔性侧安装于基站设施上(如充电机、加气设备、加液设备、机械臂、伸缩臂等)，刚性侧安装于移动设备上(如车辆、工件)。

在本实用新型所述柔性对接装置中：

本实用新型所述横向、竖向滑动机构中的横向、竖向导轨端部通过设置柔性衬套，实现俯仰、侧倾、偏转角度的柔性调节。

所述柔性衬套为外、内圈结构，均为刚性材料例如金属，中间部分为柔性材料例如橡胶、聚氨酯，且按照一定的位置开有一定形状和数量的孔洞，通过孔洞不同位置、不同形状、不同数量的设定，使衬套呈现沿不同方向及角度的柔性。因此可以根据实际使用的需求，通过孔洞的设定来满足各个方向及角度不同的柔性需求。

所述基座上设置两根平行的横向导轨，限制安装于其之上的横向滑板只能沿横向导轨在弹簧的限位下做左右运动。

所述横向滑板上设置两根平行的竖向导轨，限制安装于其之上的竖向滑板只能沿竖向导轨在弹簧的限位下做上下运动。

本实用新型结的有益效果：

本实用新型所述横向、竖向滑动机构中的横向、竖向导轨通过柔性衬套实现俯仰、侧倾、偏转角度的柔性调节；同时结合以水平或竖直方向的导轨/滑板机构来提供水平或竖直方向位置偏差的柔性调节；另外，刚性接插头座对插导向孔的喇叭口形状设计，对所述对插导向销施加强制矫正角度偏差。

本实用新型所述柔性对接装置让柔性侧和刚性侧所搭载的接插头两端在有较大的同轴度误差、位置误差和角度误差的情况下，也能通过柔性机构的作用，将误差补偿掉，让接插头两端实现顺利对插。

本实用新型结构简单、功能可靠，应用于需要进行对插接头的领域，可通过车辆的运动或机械臂的运动，进行对插接头的自动化插拔，实现去人化或无人化。特别是应用于车辆充电领域，通过车辆的移动或机械臂的运动进行电缆的插拔，可实现大功率的自动化充电，具有非常广大的应用前景和实用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的立体图1；

图2为本实用新型实施例1的立体图2；

图3为本实用新型实施例2的立体图；

图4为本实用新型实施例3的立体图；

图5为本实用新型实施例4的立体图；

图6～图8为本实用新型实施例4的工作过程示意图；

图9为本实用新型实施例中柔性衬套的立体图；

图10为本实用新型实施例中刚性接插头座的立体图；

图11为本实用新型实施例使用状态一的立体图；

图12为本实用新型实施例使用状态二的立体图。

具体实施方式

参见图1、图2、图9、图10，本实用新型实施例1，所述的柔性对接装置包括：

基座1；

横向滑动机构2，其包括：

两根横向导轨或横向导杆21，其两端分别设置一柔性衬套3，所述柔性衬套3包括由刚性材料组成的外圈31、内圈32及位于外圈31和内圈32之间的柔性材料33；所述内圈32固定于所述横向导轨或横向导杆21的端部；两根横向导轨或横向导杆21通过第一支架22水平设置于所述基座1正面上部，且两根横向导轨或横向导杆21上下平行；所述第一支架22上设安装孔221，所述柔性衬套3的外圈31固定于该安装孔221内；

横向滑板23，其相对基座1正面一侧的背面上下分别凸设横向滑块24，横向滑块24滑设于横向导轨或横向导杆21上；横向滑板23中央设供安装插头或插座的第一安装通孔231；

四根横向弹簧25，分别套设于横向滑块24外侧的横向导轨或横向导杆21上；

两根对插导向销4，竖直设置于所述横向滑板23正面中央第一安装通孔231的上下；第一安装通孔231的中心、两根对插导向销4的轴线位于同一轴线上；优选的，对插导向销4前端部成圆锥状；

刚性接插头座5，其中央设安装插头或插座的第二安装通孔51，第二安装通孔51的上、下方各设一供所述对插导向销4插置的对插导向孔52，该对插导向孔52的前部521呈喇叭口状，后部522为与对插导向销4匹配的圆柱形。

通过上述结构设计，使对接装置在前后方向能通过柔性衬套的变形实现较小的柔性调节，同时通过横向滑动机构实现俯仰、侧倾、偏转三个角度的柔性调节以及上下或左右方向之一的较大的位置柔性调节。

参见图3，其所示为本实用新型实施例2，在本实施例中，本实用新型还设有纵向调节座6，其包括：

纵向基板61，其中央设供安装插头或插座的第三安装通孔611，纵向基板61背面竖直设置至少两根纵向导向杆62，对应的，所述横向滑板23上设置供纵向导向杆62插置的导向孔232，且纵向导向杆62尾部设有用于运动限位的台阶结构；

若干纵向弹簧63，分别套设于所述纵向导向杆62上，纵向弹簧63两端分别抵靠纵向基板61和横向滑板23；

所述的两根对插导向销4竖直设置于所述纵向基板61正面中央第三安装通孔611的上下，该两根对插导向销4轴线与第三安装通孔611的中心位于同一轴线上。

实施例2在实施例1的基础上，通过增设纵向调节座6，实现前后方向较大的柔性调节。

参见图4，其所示为本实用新型实施例3，在本实施例中，本实用新型还设有竖向滑动机构7，其包括：

两根竖向导轨或竖向导杆71，其两端通过第二支架72设置于所述横向滑板23正面两侧；

竖向滑板73，其正对横向滑板23正面一侧的背面左右分别凸设竖向滑块74，该竖向滑块74滑设于横向滑板23上的竖向导轨或竖向导杆71上；竖向滑板73上设供所述纵向基板61上的纵向导向杆62穿设的导向通孔731，所述纵向基板61通过纵向导向杆62活动连接于竖向滑板73上；所述纵向弹簧63分别套设于所述纵向导向杆62上，纵向弹簧63两端分别抵靠纵向基板61和竖向滑板73；

至少四根竖向弹簧75，分别套设于竖向滑块74外侧的竖向导轨或竖向导杆71上。

实施例3在实施例2的基础上，通过增设竖向滑动机构7，实现上下方向较大的柔性调节。

参见图5，其所示为本实用新型实施例四，在本实施例中，所述第二支架72上设安装通孔721，安装通孔721内设置柔性衬套3，所述竖向导轨或竖向导杆71的端部分别连接所述柔性衬套3的内圈32。

实施例4在实施例3的基础上，在竖向滑动机构中的竖向导轨或竖向导杆7两端增设柔性衬套3，进一步增加竖向导轨或竖向导杆的的柔性调节。

优选的，所述的柔性材料3上沿周向设若干孔洞331。

优选的，所述的基座和/或纵向基板和/或竖向滑板上设有供电缆或管线穿过的过线孔。

优选的，所述横向滑板23或纵向基板61或竖向滑板73正面中部两侧凸设限位块8、8’、8”，限位块采用柔性材质，优选橡胶、聚氨酯或尼龙。

参见图5～图8，当刚性侧和柔性侧相互靠近移动，拟进行插入动作时，刚性侧与柔性侧既存在轴线角度上的差异，又存在上下左右方向的位置差异，但只要保证初始接触时，对插导向销4端部能进入刚性接插头座5的对插导向孔喇叭口范围内，既可实现系统的强制导正，并支持所搭载接插头两端实现对插。

随着刚性接插头座5对插导向孔52后部与对插导向销4的对插运动，实现角度的矫正；与之同时，柔性衬套内圈和外圈之间的相对运动，拉伸或挤压中部的柔性材料。

随着进一步对插，纵向基板对于竖向滑板纵向滑动，并通过压缩弹簧来进行对插动作的缓冲，并提供对插接头的纵向压紧力，直至限位块接触，或达到力平衡位置。

拔出过程按以上机理的逆向顺序进行，并各方向弹簧和柔性衬套起到回位作用。

参见图11，本实用新型所述的柔性对接装置中的柔性侧固定于被动物体，刚性侧即刚性接插头座5固定于主动物体(如车辆100)。

例如：在车辆充电、加液、加气场景，柔性侧固定于地面或墙面，并支撑电缆或管线对插接头的一端；刚性侧固定于车辆上，并支撑电缆或管线对插接头的另一端；当需要充电或加液/加气时，车辆通过人工驾驶或无人驾驶进行运动，并将车辆位置调整至可使刚性侧的刚性接插头座5对插导向孔的喇叭口套入柔性侧的对插导向销4中，再继续往前行驶实现两侧机构导正及对插接头的插入。

参见图12，本实用新型所述的柔性对接装置中的柔性侧固定于主动设备(如机械臂200)，刚性侧即刚性接插头座5固定于被动物体300。

例如：在车辆充电、加液、加气场景，以及工件需要插上插头进行电路连接、液压连接、以及气动连接等对插连接场景，柔性侧固定于机械臂或运动机构，并支撑电缆或管线对插接头的一端；刚性侧的刚性接插头座5固定于被动物体，并支撑电缆或管线对插接头的另一端；当需要对插连接时，柔性侧通过机械臂或运动机构的运动控制，使柔性侧的对插导向销4插入刚性侧的刚性接插头座5的喇叭状对插导向孔中，再继续往前运动实现两侧机构导正及对插接头的插入。

Claims (9)

1.一种柔性对接装置，其特征在于，包括：

基座；

横向滑动机构，其包括：

两根横向导轨或横向导杆，其两端分别设置一柔性衬套，所述柔性衬套包括由刚性材料组成的外圈、内圈及位于外圈和内圈之间的柔性材料；所述内圈固定于所述横向导轨或横向导杆的端部；两根横向导轨或横向导杆通过第一支架水平设置于所述基座正面上部，且两根横向导轨或横向导杆上下平行；所述第一支架上设安装孔，所述柔性衬套的外圈固定于该安装孔内；

横向滑板，其相对基座正面一侧的背面上下分别凸设横向滑块，横向滑块滑设于横向导轨或横向导杆上；横向滑板中央设供安装插头或插座的第一安装通孔；

至少四根横向弹簧，分别套设于横向滑块外侧的横向导轨或横向导杆上；

两根对插导向销，竖直设置于所述横向滑板正面中央第一安装通孔的上下；第一安装通孔的中心、两根对插导向销的轴线位于同一轴线上；

刚性接插头座，其中央设安装插头或插座的第二安装通孔，第二安装通孔的上、下方各设一供所述对插导向销插置的对插导向孔，该对插导向孔的前部呈喇叭口状，后部为与对插导向销匹配的圆柱形。

2.如权利要求1所述的柔性对接装置，其特征在于，还设有纵向调节座，其包括：

纵向基板，其中央设供安装插头或插座的第三安装通孔，纵向基板背面竖直设置至少两根纵向导向杆，对应的，所述横向滑板上设置供纵向导向杆插置的导向孔，且纵向导向杆尾部设有用于运动限位的台阶结构；

若干纵向弹簧，分别套设于所述纵向导向杆上，纵向弹簧两端分别抵靠纵向基板和横向滑板；

所述的两根对插导向销竖直设置于所述纵向基板正面中央第三安装通孔的上下，该两根对插导向销轴线与第三安装通孔的中心位于同一轴线上。

3.如权利要求2所述的柔性对接装置，其特征在于，还设有竖向滑动机构，其包括：

两根竖向导轨或竖向导杆，其两端通过第二支架设置于所述横向滑板正面两侧；

竖向滑板，其正对横向滑板正面一侧的背面左右分别凸设竖向滑块，该竖向滑块滑设于横向滑板上的竖向导轨或竖向导杆上；竖向滑板上设供所述纵向基板上的纵向导向杆穿设的导向通孔，所述纵向基板通过纵向导向杆活动连接于竖向滑板上；所述纵向弹簧分别套设于所述纵向导向杆上，纵向弹簧两端分别抵靠纵向基板和竖向滑板；

至少四根竖向弹簧，分别套设于竖向滑块外侧的竖向导轨或竖向导杆上。

4.如权利要求3所述的柔性对接装置，其特征在于，所述第二支架上设安装通孔，安装通孔内设置柔性衬套，所述竖向导轨或竖向导杆的端部分别连接所述柔性衬套的内圈。

5.如权利要求1所述的柔性对接装置，其特征在于，所述的柔性材料上沿周向设若干孔洞。

6.如权利要求1或2或3所述的柔性对接装置，其特征在于，所述的基座和/或纵向基板和/或竖向滑板上设有供电缆或管线穿过的过线孔。

7.如权利要求1或2或3所述的柔性对接装置，其特征在于，所述横向滑板或纵向基板或竖向滑板正面中部两侧凸设限位块，限位块采用柔性材质材料。

8.如权利要求7所述的柔性对接装置，其特征在于，所述限位块采用橡胶、聚氨酯或尼龙。

9.如权利要求1所述的柔性对接装置，其特征在于，所述的对插导向销前端部成圆锥状。

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