CZ307121B6 - Konektor pro dobíjení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká konektoru pro dobíjení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů. Jedná se o napájení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů pomocí kvalitního kontaktu i v případě nepřesného najetí a nevyžadující téměř žádnou zasouvací sílu

Dosavadní stav techniky

Připojení je určeno zejména pro roboty s velikostí okolo 100 mm, u kterých zatím není samočinné dobíjení zpravidla nijak řešeno. Dosud se vyměňují baterie, nebo připojuje konektor obsluha.

O kategorii větší robot o velikosti 300 mm, například Roomba, používá metodu zasouvání kontaktů, připomínajících tykadla, do trychtýřovitého konektoru; kontakty jsou tenké a pružné. Pro toto řešení je ale třeba příliš velká síla a také o něco větší přesnost navádění.

Jiné konkurenční řešení předpokládá najetí na dotyk odpružených kontaktů. To je opět možné díky dostatečné síle těchto větších robotů, protože robot musí trvale působit silou proti konektoru.

Řešení s napájení trolejí či kontaktními ploškami, jako u autodráhy, ale vzhůru nohama, je použitelné jen u robotů, které mají stálou výšku a jen neodpružené kolové podvozky, nikoli například kráčející roboty. Použití sběračů ve tvaru štětečků tímto způsobem, ale není známo.

Ideální by byl bezdrátový přenos na vysoké frekvenci, ale ten vyžaduje komplikovanou elektroniku. Celá vlastní nabíječka by musela být nesena robotem, a u tak malých robotů není rezerva nosnosti k dispozici. Kontaktní řešení naproti tomu umožňuje nabíječku na pevné části zařízení, nebo dokonce propojenou pouze kabelem. Lze také použít běžnou nabíječku, ze které se vyvedou nabíjecí vývody na navržený konektor.

V US 20100026239 Al je popsán způsob nabíjení robotického vysavače. Kontakty jsou na horní straně robota, a k nim se vyklápí kontakty nabíječky. Toto řešení není vhodné pro kráčející roboty, protože vyžaduje známou výšku. Navíc obsahuje další pohyblivé díly, jako je západka, která se musí po zajetí otočit. K tomu je třeba další pohon. Toto řešení vyžaduje přesné najetí.

V US 20070021869 Al se řeší přesné najetí do polohy kamerovým systémem. Toto řešení buď nezmenšuje zasouvací sílu, nebo robot musí po dojetí po celou dobu tlačit do konektoru, aby neztratil kontakt, což kráčející robot nemůže.

US 6525509 B1 využívá kontaktu pružinkou odshora. Toto řešení je nepoužitelné pro kráčející roboty, protože nemají stálou výšku.

V US 20060132611 Al je popsáno složitější řešení vyžadující dodržení postupu přiblížení s dodatečným otáčením kontaktní části, kontakt je vyřešen tak, že robot zatlačí na páčku a tím si vysune kontakty. Tento postup zde nahrazuje přesnost, protože jinak by tento způsob vyžadoval zvlášť přesné najetí do dobíječi polohy.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny konektorem pro dobíjení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že pohybující se

- 1 CZ 307121 B6 mechanizmus je opatřen kontaktní částí tvořenou oblými kontaktními elektrodami a pevná část je tvořena dvojicí elektrod, svírajících navzájem úhel 10 až 30°, které jsou na své vnitřní straně opatřeny hřebínkovitě uspořádanými tenkými pružnými kovovými a/nebo grafitovými drátky a/nebo volným shlukem grafitových a/nebo kovových vláken.

Plochy kontaktních elektrod mohou být válcové, přičemž osa válce je v kolmém směru na rovinu dvojice elektrod pevné části. Dvojice elektrod je s výhodou umístěna na otočné desce, jejíž osa je ve vertikálním směru.

Obráceným řešením, oproti známým řešením, kdy robot je opatřen oblými plochami, a zajíždí mezi dvě elektrody, svírající malý úhel, je umožněno do značné míry samonavádění. Aby se i při malých zasouvacích silách udržel elektrický kontakt, je každá z pevných elektrod opatřena řadou krátkých tenkých drátků, které do jisté míry zapraží. I když robot vždy po zastavení udělá malý pohyb zpět - vlastnost robota, pro kterého je zařízení určeno, nedojde k přerušení kontaktu.

Řešení vyžaduje poměrně čisté kontakty, ale pokud oblé plošky na robotovi jsou pocínovány, dochází k samočisticímu efektu, kdy tenká vrstva kysličníku, přirozeně vznikající vlivem vzdušné vlhkosti i na cínu a mědi, je pohybem drátků po ploše v potřebném místě odstraňována. Možné, ale drahé řešení je použít stříbření či zlacení.

Použité řešení vyhovuje pro nízká napětí a malé proudy. Použitá baterie vyžaduje napájení do 4,2 V a cca 100 mA. Při napětích přes cca 100 V by mohlo dojít k jiskření a poškození kontaktních drátků. Při velkých proudech by mohlo dojít k jejich zahřívání a ztrátě pružnosti.

Pevnou část konektoru lze snadno vyrobit zalisováním drátků do ohnutého plechu, amatérská výroba je možná za použití svěráku a mosazného plechu, ohnutého do žlábku, případně následným domáčknutím vhodnými kleštěmi.

Přívod je vhodné zalisovat při vytváření elektrody s hřebínkem drátků, v jednom kroku tím, že jako část drátků se použije přímo přívodní vodič.

Na konektor nepůsobí prakticky žádné síly, obě napájecí části lze po vyrobení prostě přilepit na vhodnou podložku. Vhodným a možným řešením je přišroubování konců pevných elektrod na vhodnou nevodivou podložku.

Výhodou řešení je, že nevyžaduje příliš přesnou polohu zajíždějícího robota a tím není náročná na jeho řízení, a je tedy vhodná i pro typy robotů, které nelze přesně ovládat. Uspořádáním oblých elektrod na robotovi, které vytvářejí v tomto případě části válcové plochy, kde každá z elektrod zaujímá vždy jen asi 100 úhlových stupňů, je zajištěno, že při chybném najetí nemůže dojít ke zkratování elektrod. Při poloze více jak 90° otočené se o pevné elektrody opírají nevodivé části válcové plochy.

Pokud hrozí, že robot zajede pozpátku, je vhodné mezi elektrody robota, tj. pohyblivá část konektoru, a akumulátor připojit diody v Graetzově zapojení. Po této úpravě, pokud má konektor nějaký kontakt, dojde vždy k nabíjení akumulátoru - odstraní se nebezpečí přepólování. Je ale třeba upravit nabíječku, protože skutečné napětí na akumulátoru bude o cca I V nižší- 2 diody v sérii se zdrojem.

Objasněni výkresů

Konektor pro dobíjení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů, podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno základní provedení v půdorysu. Na obr. 2 je v půdorysu znázorněno schematicky zapojení s elektrodami na otočném kotouči. Na obr. 3 je znázorněno řešení

-2CZ 307121 B6 z obr. 2 s nabíjejícím se robotem. Na obr. 4 je znázorněno řešení v nárysu před najetím robota a na obr. 5 po jeho najetí do nabíjecí polohy.

Příklady uskutečnění vynálezu

Konektor pro dobíjení pohybujících se robotů obsahuje kontaktní část 4 tvořenou mírně oblými kontaktními elektrodami s konektory 5, umístěnými na robotovi a pevná část je tvořena dvojicí elektrod 2 s připojovacími body f, svírajícími navzájem úhel 10 až 30°. Dvojice elektrod 2 je na ío své vnitřní straně opatřena hřebínkovitě uspořádanými tenkými pružnými kovovými a/nebo grafitovými drátky 3 a/nebo volným shlukem grafitových a/nebo kovových vláken. Plochy elektrod kontaktní části 4 jsou válcové, přičemž osa válce je v kolmém směru na rovinu dvojice elektrod 2 pevné části.

V dalším provedení je dvojice elektrod 2 umístěna na otočné desce 8, jejíž osa 7 je ve vertikálním směru. S připojovacími body 1 je dvojice elektrod 2 spojena pomocí ohebných vodičů 6.

Na obr. 1 představuje dvojice elektrod 2 pevnou část, do které robot zajíždí ve směru šipky. Kontaktní část 4 je pak součástí robota. Na velikosti úhlu dvojice elektrod 2 příliš nezáleží, optimální 20 je ale 10 až 20 stupňů. Pro robota je výhodné, pokud kontaktní část 4 tvoří spolu s nevodivou částí válcový povrch, tj. pravidelný rotační válec.

Na obr. 2 je dvojice elektrod 2 připevněna na otočnou desku 8. Při ne zcela přesném zajetí robota do konektoru se konektor pootočí a kontakt zůstane zachován. Toto modifikované provedení je 25 tolerantní k nepřesnému místu a pozici najetí a k aktuální výšce robota. U levnějších provedení kráčející robot za chůze mění svou výšku. Možné natočení pevné části konektoru je třeba omezit. Předpokládá se zpětná vazba podle kamery. Tj. řízení robota počítačem.

Na obr. 4 řez A-A znázorňuje výškovou toleranci, která je vyžadována u kráčejících robotů.

Hřebínek z drátků 3 pevné elektrody může být vytvořen vložením částí lankového vodiče, který se používá na pohyblivé přívody, do profilu, který vznikne ohnutím plechu do profilu U a poměrem stran dle obr. a zalisováním. Vhodný materiál plechuje mosaz nebo pozinkovaný plech. Jiné možné řešení je podélné rozříznutí mosazné trubičky a opět slisování. Plechový profil má výho35 du, že se nechá k otočné části pevného konektoru snadno přišroubovat pomocí vyvrtání otvorů atd. Při zalisování drátků je třeba zalisovat i vývod.

Průmyslová využitelnost

Konektor je určen především jako rozšiřující součást hračky - chodícího minirobota, je tedy určený zejména pro využití těchto hraček jako výukových pomůcek pro výuku robotiky. Umožňuje v některých případech použít levnější, tj. nižší kategorii robotů pro autonomní práci, než tomu je při současném řešení. Obecně je použitelný i v případech, kdy je vyžadována minimální zasouva45 cí síla a není možné zajistit dostatečně přesnou polohu zasunutí, což připadá opět v úvahu u pohyblivých částí různých mechanismů, jako je například osvětlení, které je součástí pohyblivá část vrat a podobně.

Claims (3)

1. Konektor pro dobíjení pohybujících se mechanizmů, zejména robotů, vyznačující se tím, že pohybující se mechanizmus je opatřen kontaktní částí (4) tvořenou oblými kontaktními elektrodami a pevná část je tvořena dvojicí elektrod (2), svírajících navzájem úhel 10 až 30°, které jsou na své vnitřní straně opatřeny hřebínkovitě uspořádanými tenkými pružnými kovovými a/nebo grafitovými drátky (3) a/nebo volným shlukem grafitových a/nebo kovových vláken.

2. Konektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že plochy elektrod kontaktní části (4) jsou válcové, přičemž osa válce je v kolmém směru na rovinu dvojice elektrod (2) pevné části.

3. Konektor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dvojice elektrod (2) je umístěna na otočné desce (8), jejíž osa (7) je ve vertikálním směru.