CN218040844U - 一种自动充电装置及巡检机器人 - Google Patents

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张贞光
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Abstract

本实用新型旨在提供一种自动充电装置及巡检机器人，包括移动底座和充电桩；充电桩设有充电平台、信号座，充电平台的后侧设有信号座，信号座内设有大功率红外发射管，充电平台的顶面沿前后方向设有充电极针；移动底座上设有可充电电池，移动底座的后侧面上设有挡板，挡板的下端设有底板，底板顶面上设有红外接收管和超声波测距模块；红外接收管设有三组，沿左右方向间隔设置，红外接收管的后端水平向后穿过挡板，挡板的后侧面设有两块分隔板，将三组红外接收管分隔开；超声波测距模块位于红外接收管上方；充电极片位于底板下底面上，对应充电极针位置设置。本实用新型结构简单，成本低廉，通过使用多红外探头精准定位。

Description

一种自动充电装置及巡检机器人
技术领域
本实用新型涉及机器人自动充电技术领域，具体涉及一种自动充电装置及巡检机器人。
背景技术
机器人通常的充电桩是由范围较广的VS1318B红外接收探头来接收充电桩红外信号，该装置接受范围较广精准度较低，通常机器人需要多次运动才能实现充电；现存的大多数充电桩不具备智能充电功能，不能通过充电桩判断什么时候进行充电，这对电池有一定的损伤。
发明内容
本实用新型旨在提供一种自动充电装置及巡检机器人，该自动充电装置结构简单，成本低廉，通过使用多红外探头精准定位。
本实用新型的技术方案如下：
所述的自动充电装置，包括移动底座和充电桩；
所述的充电桩设有充电平台、信号座，所述的充电平台的后侧设有信号座，所述的信号座内设有大功率红外发射管，所述的充电平台的顶面沿前后方向设有充电极针；
所述的移动底座上设有可充电电池，移动底座的后侧面上设有挡板，挡板的下端设有底板，所述的底板顶面上设有红外接收管和超声波测距模块；所述的红外接收管设有三组，沿左右方向间隔设置，红外接收管的后端水平向后穿过挡板，所述的挡板的后侧面设有两块分隔板，将三组红外接收管分隔开；所述的超声波测距模块位于红外接收管上方，超声波测距模块的后端水平向后穿过挡板；所述的充电极片位于底板下底面上，对应充电极针位置设置。
所述的充电桩内还设有电压采集电路，所述的电压采集电路包括控制芯片、晶振电路、复位电路、5v稳压电路、3.3v稳压电路、PNP三极管、继电器；所述的晶振电路、复位电路分别与控制芯片电连接，晶振电路给控制芯片起振的保证控制芯片正常工作，复位电路使控制芯片手动复位；所述的5v稳压电路与外部20v电源电连接，将电压降为5v；所述的5v稳压电路与3.3v稳压电路电连接，将电压降为3.3v后给控制芯片供电；所述的控制芯片经PNP 三极管与继电器电连接，控制芯片通过电压采集接口获取移动底座的可充电电池电压，当检测移动底座的可充电电池电压小于设定电压下限阈值后，控制芯片控制继电器打开对移动底座的可充电电池进行充电。
所述的电压采集电路还包括充电指示灯，所述的充电指示灯与控制芯片电连接，控制芯片通过控制继电器打开进行充电时，同时控制充电指示灯发出红光，表示正在充电中，控制芯片检测移动底座的可充电电池大于设定电压上限阈值后，继电器关闭，停止充电，控制芯片控制继电器关闭停止充电，充电指示灯发出绿光，表示电池已充电完毕。
所述的控制芯片为STM32单片机。
所述的电压采集电路还包括分别与控制芯片连接的SWD接口和USB下载接口。
所述的充电极针为间隔设置的两组铜制弹片，分别连接外部20v电源正负极；所述的充电极片为间隔设置的两组铜片，分别与可充电电池正负极连接。
所述的移动底座上设有红外信号放大电路，所述的红外信号放大电路包括电压比较器、 PNP三极管、电压调节器，所述的PNP三极管设有三组，每组PNP三极管对应一组红外接收管，将其对应的红外接收管的红外信号放大后传输至电压比较器，由电压比较器比较红外信号的强弱，发送至车载计算机，确定最强红外信号所代表的红外接收管；所述的电压调节器与电压比较器电连接，通过手动调节电压调节器的旋钮从而调整电压比较器作为比较的基准电压。
所述的移动底座的底面前部两侧上分别设有一组驱动轮，每组驱动轮分别由一组伺服电机驱动，移动底座的底面后侧的中部设有一组万向轮；所述的车载计算机设于移动底座上，所述的车载计算机分别与红外信号放大电路、伺服电机电连接，接收红外信号放大电路传输来的红外信号，确定最强红外信号所代表的红外接收管，控制伺服电机电驱动驱动轮向该方向移动。
本实用新型还公开了一种巡检机器人，应用上述的自动充电装置。
所述的晶振电路为现有技术通用模块，由8M石英晶振、22pf电容组成。
所述的复位电路为现有技术通用模块，由SW贴片按键、10uf电容、10k电阻组成。
本实用新型中各个模块型号可选择如下：
STM32单片机：STM32F103C8T6；
电压比较器：LM339多路电压比较器；
PNP三极管：S8550；
继电器：TA-1a5v；
电压调节器：RM065-10k；
红外发射管：HIR204C-A-L(850nm)；
红外接收管：PD204-6B；
超声波测距模块：HC-SR04；
5v稳压电路：LM7805；
3.3v稳压电路：RT9193。
本实用新型的过程如下：
当机器人巡检完毕后，通过导航定位回到充电桩附近，机器人通过控制芯片控制一组伺服电机工作，使得机器人进行原地缓慢旋转，通过红外接收管接收充电桩发出的红外信号判断充电桩的大致方向；
三个红外接收管中，当中间位置的红外接收管接收到信号时；或者位于两侧的任意一个接收到红外信号时，机器人继续缓慢旋转，直到中间位置的红外接收管接收到信号时；机器人执行倒车指令；
在倒车过程中，若出现左或右测的红外接收管检测到红外信号，则说明机器人偏离充电桩方向，则继续通过控制芯片控制一组伺服电机工作，机器人缓慢旋转调整运动方向，直到中间红外接收管接收到红外信号，然后继续倒车过程；
在倒车过程中，超声波测距模块实时检测机器人距离充电桩的距离，当检测距离小于3cm 时，机器人停止倒车，此时检测三组红外接收管接收信号，若三组红外接收管中任一组没有检测到红外信号时，侧判断充电桩没有位于机器人正后方，通过控制芯片控制一组伺服电机工作，机器人缓慢旋转调整，直到三组红外接收管均检测到信号，则说明机器人位置正确，然后充电桩获取电池电压，从而判断机器人是否需要进行充电。
本实用新型利用红外发射管和红外接收管导向移动底座连接充电桩的控制方法为现有技术，例如现有技术文献：“基于红外和超声波的机器人自主充电系统设计”，曾世藩等，《制造业自动化》，2020-03，第42卷第3期，53-57页。
本实用新型本装置通过三个红外接收管以及分隔板结构，接收红外信号并将信号放大用于定位充电桩，使得红外接收的范围能够扩大到3米，并且，更为准确的识别充电桩位置，使得机器人能够更为快速的运动到充电桩进行充电。
本实用新型的利用电压采集电路判断可充电电池是否需要充电，在可充电电池需要充电时，才进行充电作业，能够减少机器人充电次数，从而减少对可充电电池的损伤。
附图说明
图1为实施例提供的自动充电装置的结构示意图；
图2为实施例提供的底板的仰视图；
图3为实施例提供的巡检机器人的结构示意图；
图4为实施例提供的电压采集电路的原理框图；
图5为实施例提供的红外信号放大电路的原理框图；
图6为实施例提供的电压采集电路的电路图；
图7为实施例提供的红外信号放大电路的电路图；
图中各部分名称及序号如下：
1-移动底座，2-充电桩，3-充电平台，4-信号座，5-分隔板，6-充电极针，7-挡板，8-底板，9-红外接收管，10-超声波测距模块，11-充电极片，12-车载计算机，13-驱动轮，14-万向轮，15-激光雷达，16-车载摄像头，17-车载深度相机，18-可充电电池，19-车载屏幕。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本实用新型。
实施例1
如图1-2所示，所述的自动充电装置，包括移动底座1和充电桩2；
所述的充电桩2设有充电平台3、信号座4，所述的充电平台3的后侧设有信号座4，所述的信号座4内设有大功率红外发射管，所述的充电平台3的顶面沿前后方向设有充电极针 6；
所述的移动底座1上设有可充电电池18，移动底座1的后侧面上设有挡板7，挡板7的下端设有底板8，所述的底板8顶面上设有红外接收管9和超声波测距模块10；所述的红外接收管9设有三组，沿左右方向间隔设置，红外接收管9的后端水平向后穿过挡板7，所述的挡板7的后侧面设有两块分隔板5，将三组红外接收管9分隔开；所述的超声波测距模块 10位于红外接收管9上方，超声波测距模块10的后端水平向后穿过挡板7；所述的充电极片 11位于底板8下底面上，对应充电极针6位置设置。
所述的充电桩2内还设有电压采集电路，由图4和图6所示，所述的电压采集电路包括控制芯片、晶振电路、复位电路、5v稳压电路、3.3v稳压电路、PNP三极管、继电器；所述的晶振电路、复位电路分别与控制芯片电连接，晶振电路给控制芯片起振的保证控制芯片正常工作，复位电路使控制芯片手动复位；所述的5v稳压电路与外部20v电源电连接，将电压降为5v；所述的5v稳压电路与3.3v稳压电路电连接，将电压降为3.3v后给控制芯片供电；所述的控制芯片经PNP三极管与继电器电连接，控制芯片通过电压采集接口获取移动底座1的可充电电池18电压，当检测移动底座1的可充电电池18电压小于设定电压下限阈值后，控制芯片控制继电器打开对移动底座1的可充电电池18进行充电。
所述的电压采集电路还包括充电指示灯，所述的充电指示灯与控制芯片电连接，控制芯片通过控制继电器打开进行充电时，同时控制充电指示灯发出红光，表示正在充电中，控制芯片检测移动底座1的可充电电池18大于设定电压上限阈值后，继电器关闭，停止充电，控制芯片控制继电器关闭停止充电，充电指示灯发出绿光，表示电池已充电完毕。
所述的控制芯片为STM32单片机。
所述的电压采集电路还包括分别与控制芯片连接的SWD接口和USB下载接口。
所述的充电极针6为间隔设置的两组铜制弹片，分别连接外部20v电源正负极；所述的充电极片11为间隔设置的两组铜片，分别与可充电电池18正负极连接。
所述的移动底座1上设有红外信号放大电路，由图5和图7所示，所述的红外信号放大电路包括电压比较器、PNP三极管、电压调节器，所述的PNP三极管设有三组，每组PNP三极管对应一组红外接收管9，每组PNP三极管和红外接收管9共同组成一组红外接收电路；将其对应的红外接收管9的红外信号放大后传输至电压比较器，由电压比较器比较红外信号的强弱，发送至车载计算机12，确定最强红外信号所代表的红外接收管9；所述的电压调节器与电压比较器电连接，通过手动调节电压调节器的旋钮从而调整电压比较器作为比较的基准电压。
所述的移动底座1的底面前部两侧上分别设有一组驱动轮13，每组驱动轮13分别由一组伺服电机驱动，移动底座1的底面后侧的中部设有一组万向轮14；所述的车载计算机12 设于移动底座1上，所述的车载计算机12分别与红外信号放大电路、伺服电机电连接，接收红外信号放大电路传输来的红外信号，确定最强红外信号所代表的红外接收管9，控制伺服电机电驱动驱动轮13向该方向移动。
实施例2
所述的巡检机器人应用了实施例1的自动充电装置，该巡检机器人还包括现有技术的通用结构，即在移动底座1上设有机器人主体支架，主体支架上设有激光雷达15、车载摄像头16、车载深度相机17、车载屏幕19。

Claims (9)

1.一种自动充电装置，包括移动底座(1)和充电桩(2)，其特征在于：
所述的充电桩(2)设有充电平台(3)、信号座(4)，所述的充电平台(3)的后侧设有信号座(4)，所述的信号座(4)内设有大功率红外发射管，所述的充电平台(3)的顶面沿前后方向设有充电极针(6)；
所述的移动底座(1)上设有可充电电池(18)，移动底座(1)的后侧面上设有挡板(7)，挡板(7)的下端设有底板(8)，所述的底板(8)顶面上设有红外接收管(9)和超声波测距模块(10)；所述的红外接收管(9)设有三组，沿左右方向间隔设置，红外接收管(9)的后端水平向后穿过挡板(7)，所述的挡板(7)的后侧面设有两块分隔板(5)，将三组红外接收管(9)分隔开；所述的超声波测距模块(10)位于红外接收管(9)上方，超声波测距模块(10)的后端水平向后穿过挡板(7)；充电极片(11)位于底板(8)下底面上，对应充电极针(6)位置设置。
2.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：
所述的充电桩(2)内还设有电压采集电路，所述的电压采集电路包括控制芯片、晶振电路、复位电路、5v稳压电路、3.3v稳压电路、PNP三极管、继电器；所述的晶振电路、复位电路分别与控制芯片电连接，晶振电路给控制芯片起振的保证控制芯片正常工作，复位电路使控制芯片手动复位；所述的5v稳压电路与外部20v电源电连接，将电压降为5v；所述的5v稳压电路与3.3v稳压电路电连接，将电压降为3.3v后给控制芯片供电；所述的控制芯片经PNP三极管与继电器电连接，控制芯片通过电压采集接口获取移动底座(1)的可充电电池(18)电压，当检测移动底座(1)的可充电电池(18)电压小于设定电压下限阈值后，控制芯片控制继电器打开对移动底座(1)的可充电电池(18)进行充电。
3.如权利要求2所述的自动充电装置，其特征在于：所述的电压采集电路还包括充电指示灯，所述的充电指示灯与控制芯片电连接，控制芯片通过控制继电器打开进行充电时，同时控制充电指示灯发出红光，表示正在充电中，控制芯片检测移动底座(1)的可充电电池(18)大于设定电压上限阈值后，继电器关闭，停止充电，控制芯片控制继电器关闭停止充电，充电指示灯发出绿光，表示电池已充电完毕。
4.如权利要求2所述的自动充电装置，其特征在于：所述的控制芯片为STM32单片机。
5.如权利要求2所述的自动充电装置，其特征在于：所述的电压采集电路还包括分别与控制芯片连接的SWD接口和USB下载接口。
6.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述的充电极针(6)为间隔设置的两组铜制弹片，分别连接外部20v电源正负极；所述的充电极片(11)为间隔设置的两组铜片，分别与可充电电池(18)正负极连接。
7.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：
所述的移动底座(1)上设有红外信号放大电路，所述的红外信号放大电路包括电压比较器、PNP三极管、电压调节器，所述的PNP三极管设有三组，每组PNP三极管对应一组红外接收管(9)，将其对应的红外接收管(9)的红外信号放大后传输至电压比较器，由电压比较器比较红外信号的强弱，发送至车载计算机(12)，确定最强红外信号所代表的红外接收管(9)；所述的电压调节器与电压比较器电连接，通过手动调节电压调节器的旋钮从而调整电压比较器作为比较的基准电压。
8.如权利要求7所述的自动充电装置，其特征在于：
所述的移动底座(1)的底面前部两侧上分别设有一组驱动轮(13)，每组驱动轮(13)分别由一组伺服电机驱动，移动底座(1)的底面后侧的中部设有一组万向轮(14)；所述的车载计算机(12)设于移动底座(1)上，所述的车载计算机(12)分别与红外信号放大电路、伺服电机电连接，接收红外信号放大电路传输来的红外信号，确定最强红外信号所代表的红外接收管(9)，控制伺服电机电驱动驱动轮(13)向该方向移动。
9.一种巡检机器人，其特征在于：应用了如权利要求1-8任何一项所述的自动充电装置。
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