CN220030291U - 一种自更换电池的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自更换电池的机器人。机器人包括本体、机械臂、机械手、电池仓、伸缩组件、开关和备用电池。本体内开设有用于收容开关的凹槽。电池仓开设在本体内。伸缩组件安装在电池仓内，用于将电池推出电池仓外。机械臂用于驱动机械手移动，进而启动开关。备用电池用于在将电池移出电池仓时对机器人供电。本实用新型通过机械手启动开关，控制电动伸缩杆启动，将电池移出电池仓外，机械手将电池放入充电箱中，并从充电箱中取出待用电池安装到电池仓内，完成电池更换操作。本实用新型可以自主完成更换电池操作，尤其对于体积大、重量大的电池，可以有效提高电池更换的效率，避免人工更换电池的安全风险。

Description

一种自更换电池的机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，特别是涉及一种自更换电池的机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人已普遍出现在人们的生产生活中。如家用的智能扫地机器人、炒菜机器人，或者商业用的迎宾机器人等。机器人通常采用电池供电，包括采用蓄电池或充电电池等。为了使机器人能够长时间作业，一般采用两组电池进行交替供电，由此带来的电池更换问题也同样难以解决。

对于体积较小的机器人，如家用的扫地机器人等，其所用电池也较小，人工可以轻易自主替换。而对于一些大型的机器人，如人形机器人、搬运机器人等，其所用电池也相对更大，电池本身重量大，且安装在机器人内部更难以取出，往往还需要借助其他工具进行更换电池。人工更换电池不仅效率低、存在安全风险，同时由于需要辅助工具，增加了更换电池的成本。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的机器人难以自动更换电池导致电池更换效率低、成本高的问题，提供一种自更换电池的机器人。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种自更换电池的机器人包括本体、至少一个机械臂、与机械臂一一对应的机械手、电池仓、伸缩组件、开关、备用电池、电动仓门、充电保护器和磁性开关。

本体上开设有凹槽，开关安装在凹槽内。电池仓设置在本体上；电池仓用于安装电池，以提供机器人作业所需的电能。伸缩组件安装在电池仓内，用于将电池移出电池仓。机械臂固定端安装在本体上；机械臂的移动端能在一个靠近本体的移动范围内任意移动。至少一个机械手安装在所述移动端上；机械手用于启动开关并夹持电池。备用电池用于在将电池移出电池仓时对机器人供电。

故，本体内开设有用于收容开关的凹槽。电池仓开设在本体内，用于安装电池，从而对电力系统进行供电，以使机器人能够长时间运行。伸缩组件安装在电池仓内，伸缩组件可以沿电池仓的开口方向驱动电池移动，从而将电池推出电池仓外。机械臂的一端固定连接在本体上，另一端与机械手固定连接。机械臂可以驱动机械手在一个空间范围内任意移动。机械手用于启动开关并夹持电池。备用电池用于在将电池移出电池仓时对机器人供电。

上述机器人在电池的剩余电量低于一个预设值时，通过机械手启动开关，控制电动伸缩杆启动，将电池移出电池仓外。机械手在启动开关的同时抓取电池。此时通过备用电池对电力系统进行供电，以使机器人能够继续进行电池更换操作。机器人将电池放入充电箱中，并从充电箱中取出待用电池，将待用电池安装到电池仓内，完成电池更换操作。上述机器人可以自主完成更换电池操作，尤其对于体积大、重量大的电池，可以有效提高电池更换的效率，避免人工更换电池的安全风险。

在其中一个实施例中，伸缩组件包括电动伸缩杆和驱动块。电动伸缩杆的一端固定连接在电池仓内；驱动块安装在电动伸缩杆的另一端。

故，电动伸缩杆安装在电池仓内，且驱动块安装在电动伸缩杆的移动端。电动伸缩杆与开关电连接。

在其中一个实施例中，驱动块可以采用磁性材料，且电池靠近驱动块的一侧采用与驱动块相匹配的磁性材料。

在其中一个实施例中，所述电池仓的开口处安装有电动仓门；电动仓门在开关启动时打开。

故，电动仓门安装在电池仓的开口处。电动仓门同样与开关电连接。

在其中一个实施例中，机械手上设置有定位块。定位块与凹槽相匹配，用于启动开关，并确认机械手与电池仓的相对位置。

在其中一个实施例中，定位块设置为锁芯，凹槽内安装与所述锁芯匹配的锁孔。

故，定位块设置为锁芯形状，凹槽对应设置为锁孔状，以防止安装在凹槽内的开关被误触。

在其中一个实施例中，所述机械手上开设有用于滑动连接定位块的滑槽；滑槽内安装有驱动组件；驱动组件用于驱动定位块移动，以使定位块刚好卡接入凹槽内。

故，机械手上开设有滑槽，滑槽内则安装有定位块和驱动组件。驱动组件固定连接在滑槽内，定位块固定连接在驱动组件的移动端，定位块与滑槽滑动连接。驱动组件可以驱动定位块在滑槽内滑动，以使定位块伸出滑槽外，进而与凹槽相匹配。

在其中一个实施例中，备用电池与电池仓的输出端电连接；电池仓中装入电池后对备用电池充电。

故，备用电池通过电池仓与电池电连接。在更换电池后，更换的满电电池可以同时对备用电池进行供电，以使备用电池保持满电状态。

在其中一个实施例中，电池仓与备用电池之间还连接一个充电保护器；充电保护器用于在备用电池电量充足时断开电池仓与备用电池的连接状态。

故，充电保护器连接在备用电池和电池仓之间。满电电池安装在电池仓内时，对备用电池进行充电。当备用电池的电量充满时，充电保护器自动断开，避免备用电池过载导致损坏。

在其中一个实施例中，备用电池和电池仓之间还连接一个磁性开关；磁性开关在电池对机器人供电时断开备用电池与机器人之间的连通状态。

故，磁性开关连接在备用电池和电池仓之间。当电池仓内已安装电池时，磁性开关触发自动断开，备用电池与电力系统也随之断开连接。而在电池仓内的电池被移出时，磁性开关则恢复至闭合状态，备用电池可以对电力系统进行供电。

与现有技术相比，本实用新型具备如下有益效果：

1.本实用新型的机器人在电池的剩余电量低于一个预设值时，通过机械手启动开关，控制电动伸缩杆启动，将电池移出电池仓外。机械手在启动开关的同时抓取电池。此时通过备用电池对电力系统进行供电，以使机器人能够继续进行电池更换操作。机器人将电池放入充电箱中，并从充电箱中取出待用电池，将待用电池安装到电池仓内，完成电池更换操作。本实用新型可以自主完成更换电池操作，尤其对于体积大、重量大的电池，可以有效提高电池更换的效率，避免人工更换电池的安全风险。

2.本实用新型可以搭配相应的电池箱进行自主更换电池，无需搭配备用电池进行更换电池操作。具体的，机器人移动至电池箱附近，通过调整位姿使电池箱上的定位块二插接入凹槽中，启动开关，进而将电池移出电池仓。此时机器人处于无电力供应状态，保持当前位姿不变。电池箱则进行自主更换电池，通过旋转机构将具有待用电池的电池仓二转动至与电池仓正对，进而通过驱动机构将待用电池安装在电池仓内，完成电池的更换。相较于机器人的独立更换电池，与电池箱进行配合更换电池可以降低电池更换的成本，且能够适用于没有机械臂的其他类型的机器人，应用范围更广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的自更换电池的机器人的立体结构示意图；

图2为图1中自更换电池的机器人的局部剖面图；

图3为图2中自更换电池的机器人更换电池时的剖面结构示意图；

图4为图1中自更换电池的机器人的电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例1的电池箱的剖面结构示意图；

图6为本实用新型实施例1的自更换电池的机器人与电池箱配合更换电池的结构示意图。

主要元件符号说明

图中标号为：1、本体；101、凹槽；102、电力系统；2、电池仓；3、伸缩组件；31、电动伸缩杆；32、驱动块；4、电池；5、电动仓门；6、开关；7、机械手；71、驱动组件；72、定位块；73、滑槽；8、机械臂；9、备用电池；10、充电保护器；11、磁性开关；100、电池箱；200、转盘；201、底盘；202、电池仓二；203、旋转机构；300、驱动机构；41、待用电池；500、定位块二；600、开关二。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1和图2，图1为本实施例的自更换电池的机器人的立体结构示意图；图2为图1中自更换电池的机器人的局部剖面图。本实施例提供一种自更换电池的机器人，机器人可以包括本体1、至少一个机械臂8、与机械臂8一一对应的机械手7、电池仓2、伸缩组件3、开关6和备用电池9，还可以包括电动仓门5、充电保护器10和磁性开关11。

本体1内开设有用于收容开关6的凹槽101。此外，本体1可以分为电力系统102和机械系统。电力系统102用于对机械系统提供动力，以使机械系统做出相应的动作。以人形机器人为例，人形机器人一般包括两个机械臂8以及对应的两个机械手7。机械臂8和机械手7可以模仿人体的手臂进行抓取、移动，将机器人内部的电池取出并更换。当然，在其他实施例中，机器人也可以是其他形状的机器人，如搬运机器人、巡检机器人等，但是需要具有至少一个机械臂8及机械手7，以抓取电池4。

机械臂8的一端固定连接在本体1上，另一端与机械手7固定连接。机械臂8可以驱动机械手7在一个空间范围内任意移动。机械手7则可以模仿真人动作，进行抓取、夹持、搬运等操作。

机械手7包括多个机械手指，机械手指的数量一般设置为5个。其中一个机械手指上开设有滑槽73，滑槽73内则安装有定位块72和驱动组件71。具体的，驱动组件71固定连接在滑槽73内，定位块72固定连接在驱动组件71的移动端，定位块72与滑槽73滑动连接。驱动组件71可以驱动定位块72在滑槽73内滑动，以使定位块72伸出滑槽73外，进而与凹槽101相匹配，不仅可以用于打开开关6，还可以确定机械手7与凹槽101的相对位置，即使机械手7移动到预设的位置上，以抓取电池4。本实施例中，将定位块72设置为锁芯形状，凹槽101对应设置为锁孔状，以防止安装在凹槽101内的开关6被误触。当然，在其他实施例中，定位块72还可以设置为其他形状，最好是不规则状，并与凹槽101相匹配，只要能防止其他物体误触开关6，且能调整确认机械手7与凹槽101的相对位置即可。

电池仓2开设在本体1内，用于安装电池4，从而对电力系统102进行供电，以使机器人能够长时间运行。在本实施例中，电池仓2的侧面分别设置有两个触点，两个触点分别与电力系统102电连接。当电池4装入电池仓2内时，电池4的正负极刚好与两个触点接触，进而对电力系统102供电。

伸缩组件3安装在电池仓2内，可以沿电池仓2的开口方向驱动电池4移动，从而将电池4推出电池仓2外。伸缩组件3包括电动伸缩杆31和驱动块32。电动伸缩杆31安装在电池仓2内，且驱动块32安装在电动伸缩杆31的移动端。电动伸缩杆31与开关6电连接。驱动块32可以采用磁性材料，且电池4靠近驱动块32的一侧采用与驱动块32相匹配的磁性材料。当伸缩组件3将电池4推出电池仓2时，驱动块32将电池4吸附，防止电池4直接掉落。当然，驱动块32也可以采用非磁性材料，只要在将电池4移出电池仓2时，及时抓取电池4，或者在电池仓2外侧设置支撑板即可。在其他实施例中，电动伸缩杆31也可以是电缸、液压缸等，只要能实现对驱动块32的来回驱动即可。

开关6安装在凹槽101内。开关6与电动伸缩杆31电连接。

本体1内还安装一个备用电池9。备用电池9通过电池仓2与电池4电连接。在本实施例中，备用电池9仅用于在机器人更换电池的过程中，对机器人的电力系统102供电，备用电池9的储电量无需太高。备用电池9可以采用干电池、纽扣电池等。当然，也可以将备用电池9作为电力系统102的一部分。在更换电池后，更换的满电电池可以同时对备用电池9进行供电，以使备用电池9保持满电状态。

请结合图3，其为图2中自更换电池的机器人更换电池时的剖面结构示意图。本实施例的机器人更换电池的方法具体如下：当电池4的剩余电量低于一个预设值时，机器人开始更换电池操作。首先，机器人移动到用于对电池4充电的充电箱附近。随后，通过机械手7启动开关6，控制电动伸缩杆31启动，将电池4移出电池仓2外。本实施例中，由于机器人具有两个机械手7，也可以采用其中一个机械手7打开开关6，另一个机械手7则用来抓取电池4。电池4移出后，通过备用电池9对电力系统102进行供电，以使机器人能够继续进行电池更换操作。机器人将电池4放入充电箱中，并从充电箱中取出待用电池，将待用电池安装到电池仓2内，完成电池更换操作。本实施例的自更换电池的机器人可以自主完成更换电池操作，尤其对于体积大、重量大的电池，可以有效提高电池更换的效率，避免人工更换电池的安全风险。

在其他实施例中，也可以将开关6设置在电池仓2的下方，机械手7在启动开关6的同时，刚好可以抓取电池4。

电动仓门5安装在电池仓2的开口处。电动仓门5同样与开关6电连接。在更换电池时，开关6启动后先将电动仓门5打开，随后启动电动伸缩杆31将电池4移出。通过安装电动仓门5可以在机器人正常工作时防尘防水，避免电池4意外掉落。在本实施例中，为了防止电动仓门5与机械臂8碰撞，将电动仓门5设置为横向开关式仓门，电动仓门5启动时向电池仓两侧打开。在其他实施例中，电动仓门5可以沿电池仓2的开口方向打开至水平状态，在电池4被移出时作为支撑，防止电池4直接掉落损坏。

请结合图4，其为图1中自更换电池的机器人的电路结构示意图。充电保护器10连接在备用电池9和电池仓2之间。满电电池安装在电池仓2内时，对备用电池9进行充电。当备用电池9的电量充满时，充电保护器10自动断开，避免备用电池9过载导致损坏。

磁性开关11同样连接在备用电池9和电池仓2之间，且与充电保护器10并联。当电池仓2内已安装电池时，磁性开关11触发自动断开，备用电池9与电力系统102也随之断开连接。而在电池仓2内的电池被移出时，磁性开关11则恢复至闭合状态，备用电池9可以对电力系统102进行供电，以使机器人继续进行更换电池操作，直至将满电电池安装在电池仓2内。

请参阅图5，其为本实用新型实施例1的电池箱的剖面结构示意图。本实施例的机器人还可以与自动更换电池的电池箱100配合。电池箱100内开设有内腔和通槽，通槽位于电池箱100的外壁上，与电池4的规格相匹配。内腔中安装有转盘200和驱动机构300。其中，转盘200包括底盘201、两个电池仓二202和旋转机构203。底盘201设置为扇形，底盘201转动连接在内腔中。电池仓二202开设在底盘201内，用于盛放电池并对电池充电。一般来说，其中一个电池仓二202空置且开口正对通槽，另一个电池仓二202内则放置有待用电池41。旋转机构203也安装在内腔中，用于驱动底盘201转动，以使两个电池仓二202交替移动至与通槽正对。

请结合图6，其为本实用新型实施例1的自更换电池的机器人与电池箱配合更换电池的结构示意图。图6a为机器人移动至电池箱附近时的结构示意图。图6b为机器人更换电池的初始阶段，定位块二500插接入凹槽101，以打开开关6，进而将电池4移出至电池仓二202内。图6c为机器人更换电池的中间阶段，电池4触发开关二600，以使底盘201转动，直至另一电池仓二202正对电池仓2。图6d为机器人更换电池的最后阶段，待用电池41被安装在电池仓2内。

机器人在更换电池时，首先移动至电池箱100附近，随后调节自身位姿，以使定位块二500刚好卡接到凹槽101内，进而启动开关6将电池4移出电池仓2外。由于此时电池仓2开口正对通槽，电池4直接被安装到电池仓二202内，进而打开开关二600，以启动旋转机构203驱动底盘201转动，直至安装有待用电池41的电池仓二202正对通槽，此时，驱动机构300启动，将待用电池41移出，待用电池41刚好被安装在电池仓2内，机器人完成电池更换。电池4在电池箱100内充电，待充满电后作为下一待用电池，形成对电池的循环充电使用，以满足机器人长时间的工作需求。当然，电池箱100内还可以设置多个电池仓二202，以使多个机器人依次更换电池，满足多个机器人的工作需求，提高机器人更换电池的效率。

当采用自动更换电池的电池箱100时，本实施例的机器人可以不采用备用电池9，同样无需对机械臂8、机械手7进行相应的控制，在更换电池的过程中仅需保持相应的位姿即可，降低了电池更换的成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自更换电池的机器人，其特征在于，其包括：

本体(1)，本体(1)上开设有凹槽(101)；

开关(6)，其安装在凹槽(101)内；

电池仓(2)，其设置在本体(1)上；电池仓(2)用于安装电池(4)，以提供机器人作业所需的电能；

伸缩组件(3)，其安装在电池仓(2)内，用于将电池(4)移出电池仓(2)；

机械臂(8)，其固定端安装在本体(1)上；机械臂(8)的移动端能在一个靠近本体(1)的移动范围内任意移动；

至少一个机械手(7)，其安装在所述移动端上；机械手(7)用于启动开关(6)并夹持电池(4)；以及

备用电池(9)，其用于在将电池(4)移出电池仓(2)时对机器人供电。

2.根据权利要求1所述的自更换电池的机器人，其特征在于，所述伸缩组件(3)包括电动伸缩杆(31)和驱动块(32)；电动伸缩杆(31)的一端固定连接在电池仓(2)内；驱动块(32)安装在电动伸缩杆(31)的另一端。

3.根据权利要求2所述的自更换电池的机器人，其特征在于，驱动块(32)采用磁性材料，电池(4)靠近驱动块(32)的一侧采用与驱动块(32)相匹配的磁性材料。

4.根据权利要求1所述的自更换电池的机器人，其特征在于，所述电池仓(2)的开口处安装有电动仓门(5)；电动仓门(5)在开关(6)启动时打开。

5.根据权利要求1所述的自更换电池的机器人，其特征在于，所述机械手(7)上设置有定位块(72)；定位块(72)与凹槽(101)相匹配，用于启动开关(6)，并确认机械手(7)与电池仓(2)的相对位置。

6.根据权利要求5所述的自更换电池的机器人，其特征在于，定位块(72)设置为锁芯，凹槽(101)内安装与所述锁芯匹配的锁孔。

7.根据权利要求5所述的自更换电池的机器人，其特征在于，所述机械手(7)上开设有用于滑动连接定位块(72)的滑槽(73)；滑槽(73)内安装有驱动组件(71)；驱动组件(71)用于驱动定位块(72)移动，以使定位块(72)刚好卡接入凹槽(101)内。

8.根据权利要求7所述的自更换电池的机器人，其特征在于，备用电池(9)与电池仓(2)的输出端电连接；电池仓(2)中装入电池(4)后对备用电池(9)充电。

9.根据权利要求1所述的自更换电池的机器人，其特征在于，电池仓(2)与备用电池(9)之间还连接一个充电保护器(10)；充电保护器(10)用于在备用电池(9)电量充足时断开电池仓(2)与备用电池(9)的连接状态。

10.根据权利要求1所述的自更换电池的机器人，其特征在于，备用电池(9)和电池仓(2)之间还连接一个磁性开关(11)；磁性开关(11)在电池(4)对机器人供电时断开备用电池(9)与机器人之间的连通状态。