WO2020156147A1

WO2020156147A1 - 充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统

Info

Publication number: WO2020156147A1
Application number: PCT/CN2020/072021
Authority: WO
Inventors: 苏文力
Original assignee: 炬星科技（深圳）有限公司
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2020-08-06
Also published as: JP2021509001A; CN209434507U; JP6913250B2

Abstract

本发明公开了一种充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统，该结构（110）包括支撑座（111）、柔性台板（112）以及设置在柔性台板（112）上的承插面板（113），柔性台板（112）通过若干周向均匀分布的弹性件安装在支撑座（111）上，柔性台板（112）在与承插方向垂直的周向形成弹性位移量；承插面板（113）上设置有承插座（1132），承插座（1132）上设置有若干母头通孔（1133）。该结构通过设置柔性台板（112），利用弹性件在垂直承插方向的平面上形成360度周向稳定限定，通过柔性台板（112）可以加大对接误差的容余量，降低了自动对位的难度，使得自动充电系统的实用性、适应性显著提高。

Description

充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统。

背景技术

随着信息技术地不断发展，基于各种功能和各种应用场景的机器人在社会生产各个领域得到越来越广泛地应用，移动机器人作为集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的自主系统，在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，特别是在自动搬运、仓储物流和生产车间等场所的自主搬运和分拣，得到了快速地发展。

移动机器人一般包括能源系统、机械结构和感应系统组成，感应系统是指可移动的机器人上由传感器、主控器、执行器以及其他配件组成的感应系统；机械结构包括用于承载安装该感应系统的底盘、行走机构和用于防护的壳体；能源系统主要是动力电池、电池管理系统以及充电器件，通常情况下，移动机器人充电方式一般采用通过人工操作的方式给机器人进行充电。人工充电模式不仅耗费人力而且自动化程度低，不利于移动机器人自主化持续性工作。为了实现机器人的自动充电，一般通过设置诸如充电桩的供电设备，通过自动对接装置使得移动机器人与供电设备的供电端实现自动对位连接，从而实现自动化地充电操作。

利用充电桩实现自动充电最为重要的环节就是需要解决移动机器人的充电插头与充电桩承接板进行准确对接的问题，现有的对接结构多种多样，如采用圆锥体结构与圆锥形腔体进行对位配合，虽然能够较好地实现自动对位连接，但是会带来充电接触片位置安装困难，充电接触片之间接触不稳定从而使得充电接触片严重发热带来危险等系列缺陷；又如采用CCD图形定位识别，结合三轴移动平台来实现准确对位，这样自动对位装置的结构复杂，成本高昂。因此，需要对现有的自动对位装置进行进一步优化。

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统，旨在解决现有自动充电的移动机器人不能够与充电桩进行简单、准确对位识别的技术问题。

技术解决方案

为实现上述目的，根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种充电承插连接结构，包括支撑座、柔性台板以及设置在所述柔性台板上的承插面板，所述柔性台板通过若干周向均匀分布的弹性件安装在所述支撑座上，所述柔性台板在与承插方向垂直的周向形成弹性位移量；所述承插面板上设置有承插座，所述承插座上设置有若干母头通孔。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种自动充电桩，所述充电桩至少包括安装箱体、设置在所述安装箱体内的PCB功能主板和与所述PCB功能主板电性连接的电源转换模组、充电监控模组及网络通讯模组；所述安装箱体上设置上述充电承插连接结构，所述母头通孔内对应设置有弹性接触片组，所述弹性接触片组通过充电导线与所述电源转换模组的输出端连接。

根据本发明实施例的第三个方面，提供了一种移动机器人，包括驱动电池组件、感应执行系统、机架壳体和移动轮组，所述感应执行系统和所述驱动电池组件安装在所述机架壳体内的容置空间，所述感应执行系统至少包括传感器模组、GPU控制器以及与所述机架壳体底部的所述移动轮组连接的执行驱动组件；所述机架壳体一端还设置有与上述充电承插连接结构对应配合的充电接口结构，所述充电接口结构上设置有与所述承插座对应配合的承插槽，所述承插槽对应所述母头通孔设置有充电公头，所述充电公头与所述驱动电池组件连接。

根据本发明实施例的第四个方面，提供了一种机器人自动充电系统，所述充电系统至少包括定位识别传感器组件、安装有上述充电承插结构的自动充电桩，以及所述机器人对应所述充电承插结构设置的充电接口结构，所述充电接口结构上设置有与所述承插座对应配合的承插槽，所述承插槽对应所述母头通孔设置有充电公头，所述充电公头与所述驱动电池组件连接。

有益效果

根据以上技术方案，可知本发明实施例的充电承插连接结构、充电桩、机器人及其自动充电系统，通过设置柔性台板，利用弹性件在垂直承插方向的平面上形成360度周向稳定限定，由于弹性件的作用，柔性台板在360度周向均能够进行微小位移，当承插对接时，当自动充电桩由于地面高地不平等影响，以及移动机器人自动对位识别传感器组件本身存在的定位公差，使得承插座和承插槽难以对接成功时，通过柔性台板可以加大对接误差的容余量，从而大大地降低了自动对位的难度，从而使得自动充电系统的实用性、适应性显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的第一种充电承插连接结构主视图；

图2为本发明实施例的第一种充电承插连接结构俯视图；

图3为本发明实施例的第一种充电承插连接结构三维视图；

图4为本发明实施例的第一种充电承插连接结构三维分解视图一；

图5为本发明实施例的第一种充电承插连接结构三维分解视图二；

图6为本发明实施例的第二种充电承插连接结构主视图；

图7为本发明实施例的第三种充电承插连接结构主视图；

图8为本发明实施例的自动充电桩主视结构图；

图9为本发明实施例的移动机器人主视结构图；

图10为本发明实施例的充电接口结构三维视图一；

图11为本发明实施例的充电接口结构三维视图二；

图12为本发明实施例的机器人自动充电系统结构示意图；

图中，100-自动充电桩，110-充电承插连接结构，120-安装箱体，130-电源转换模组，140-充电监控模组，150-网络通讯模组，160- PCB功能主板；200-移动机器人，210-充电接口结构，220-机架壳体，230-驱动电池组件，240-感应执行系统，250-移动轮组；241-传感器模组241、242-GPU控制器242，243-执行驱动组件。

111-支撑座，1111-连接板，1112-竖直安装板，1113-安装孔，1114-固定端子；

112-柔性台板，1121-拉伸弹性件，1122-限位支撑柱，1123-拉伸扣，1124-弹性支撑柱，1125-固定连接件，1126-压缩弹性件，

113-承插面板，1131-面板壳体，1132-承插座，1133-母头通孔，1134-数据线通孔，1135-弹性接触片组，1136-数据接触母端子，1137-接触片安装座，1138-母端子安装片，1139-过线孔；

211-承接面板，212-承插槽，213-充电公头，214-数据公头，215-数据公头安装片，216-面板支柱，217-面板螺钉孔。

本发明的实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1-5所示，本发明实施例提供了一种充电承插连接结构110，包括支撑座111、柔性台板112以及设置在所述柔性台板112上的承插面板113，所述柔性台板112通过若干周向均匀分布的弹性件安装在所述支撑座111上，所述柔性台板112在与承插方向垂直的周向形成弹性位移量；所述承插面板113上设置有承插座1132，所述承插座1132上设置有若干母头通孔1133。

具体的，所述支撑座111包括连接板1111以及与所述连接板1111相互垂直的竖直安装板1112，所述连接板1111上均匀设置有若干安装孔1113，所述竖直安装板1112上通过若干周向均匀分布的弹性件安装所述柔性台板112，所述柔性台板112在竖直面形成弹性位移量。连接板1111用于将支撑座111固定在充电桩的安装箱体120，通过安装孔1113与安装箱体120对应的螺钉孔配合，支撑座111实现在安装箱体120对应工位的安装。

具体的，如图2所示，所述弹性件是拉伸弹性件1121，所述拉伸弹性件1121的一端与设置在所述柔性台板112上的拉伸扣1123连接，另一端与设置在所述竖直安装板1112的固定端子1114连接；至少四个所述拉伸弹性件1121在竖直面上均匀分布。多个拉伸弹性件1121对柔性台板112在竖直面的360度方向形成均匀拉力，使得柔性台板112在竖直面上没有外力时相对于竖直安装板1112始终保持稳定的相对位置。

可选的，拉伸弹性件1121可以是拉伸弹簧、皮筋、弹性绳索、弹性金属簧片等能够形成拉伸收缩力的弹性结构件。固定端子1114可以是螺纹、焊接、插接或者与竖直安装板1112一体冲压钣金加工等多种方式安装或者设置在竖直安装板1112上，对应拉伸弹性件1121可以设置一挂环、挂扣、挂钩、固定端头等连接结构。拉伸扣1123可以是一体冲压钣金加工在柔性台板112上的突出部，或者螺纹、焊接、插接等方式安装在柔性台板112上的连接结构。

可选的，如图6所示，所述弹性件是压缩弹性件1126，所述压缩弹性件1126一端通过固定连接座安装在所述竖直安装板1112上，另一端通过另一固定连接座安装在所述柔性台板112，至少四个所述压缩弹性件1126在竖直面上均匀分布。与拉伸弹性件1121类似，多个压缩弹性件1126对柔性台板112在竖直面的360度方向形成均匀压力，使得柔性台板112在竖直面上没有外力时相对于竖直安装板1112始终保持稳定的相对位置。

可选的，压缩弹性件1126可以是压缩弹簧、弹性硅胶柱等多种能够形成压力张力的弹性结构。固定连接座可以是竖直安装板1112和柔性台板112上一体冲压形成的凸起部，也可以是螺纹、焊接、插接或者铆接在竖直安装板1112和柔性台板112连接结构件。

可选的，如图7所示，所述弹性件是弹性支撑柱1124，若干所述弹性支撑柱1124的两端通过一固定连接座沿着水平方向分别固定在所述竖直安装板1112和所述柔性台板112之间。弹性支撑柱1124沿着水平方向和竖直方向均能够实现微小位移，在没有外力时，相对于竖直安装板1112也可以保持稳定的相对位置。弹性支撑柱1124可以是弹簧、弹性硅胶等多种能够伸缩、弯曲的弹性结构件。固定连接座可以是竖直安装板1112和柔性台板112上一体冲压形成的凸起部，也可以是螺纹、焊接、插接或者铆接在竖直安装板1112和柔性台板112连接结构件。

进一步的，所述弹性件是拉伸弹性件1121或者压缩弹性件1126，至少四个所述拉伸弹性件1121或者所述压缩弹性件1126在竖直面上均匀分布；在所述柔性台板112和所述竖直安装板1112之间设置有若干限位支撑柱1122；所述限位支撑柱1122一端固定在所述竖直安装板1112，另一端与所述柔性台板112滑动接触，或者所述限位支撑柱1122一端固定在所述柔性台板112，另一端与所述竖直安装板1112滑动接触。拉伸弹性件1121或者压缩弹性件1126对柔性台板112在竖直面的360度方向形成拉力或者压力支撑，在水平方向上柔性台板112可以通过延伸结构件与竖直安装板1112抵接，或者通过设置限位支撑柱1122形成水平方向的支撑力。

可选的，限位支撑柱1122的自由端设置有滚珠，利用滚珠实现滑动接触。进一步的，所述滚珠通过弹簧安装在所述限位支撑柱1122内，使得在充电对接时，缓冲部分承插方向的冲击力。

进一步的，所述承插面板113包括罩设所述柔性台板112的面板壳体1131和一体成型在所述面板壳体1131上的所述承插座1132，所述承插座1132的前端设置所述母头通孔1133，所述母头通孔1133内对应设置有弹性接触片组1135，所述弹性接触片组1135分别与对应的充电导线连接；在所述母头通孔1133一侧还设置有数据线通孔1134，在所述数据线通孔1134内对应设置有数据接触母端子1136。

具体的，承插座1132的前端上设置有三个母头通孔1133，三个母头通孔1133呈品字形分布或者三角形分布，三个母头通孔1133内均设置有弹性接触片组1135，所述弹性接触片组1135通过一接触片安装座1137固定在所述承插座1132内。三个母头通孔1133在交流充电时可以对应为火线、零线以及地线，直流充电时可以将其中一母头通孔1133作为导向孔。

承插座1132的前端在三个母头通孔1133的下侧设置有两个数据线通孔1134，对应每一数据线通孔1134设置有数据接触母端子1136，所述数据接触母端子1136通过一母端子安装片1138设置在所述承插座1132内，位于所述接触片安装座1137下侧。

可选的，在所述面板壳体1131一侧设置有用于放置充电导线和数据线的过线孔1139。

实施例2

如图8所示，本发明实施例还提供了一种自动充电桩100，所述充电桩至少包括安装箱体120、设置在所述安装箱体120内的PCB功能主板和与所述PCB功能主板电性连接的电源转换模组130、充电监控模组140及网络通讯模组150；所述安装箱体120上设置实施例1的充电承插连接结构110，所述母头通孔1133内对应设置有弹性接触片组1135，所述弹性接触片组1135通过充电导线与所述电源转换模组130的输出端连接。

具体的，充电承插连接结构110的支撑座111一般安装在安装箱体120的周向侧壁外部，或者根据使用场景将支撑座111安装在安装箱体120的上下两端。相应地，移动机器人200的充电接口结构210也将对应改变设置在移动机器人200的侧部或者上下两端；从而使得自动充电桩100和移动机器人200之间有相互对应的对接工位。

其中，充电承插连接结构110的数据接触母端子1136将移动机器人200上的驱动电池组件230特别是电池管理系统的相关参数通过数据线上传到自动充电桩100，自动充电桩100能够实时地监测电池充电的情况，如电压、电流以及电量等数据，自动充电桩100根据这些数据调整输出电压和输出电流，并在电池充电完成后自动切断充电电源，保护移动机器人200的电池。

实施例3

如图9所示，本发明实施例提供了一种移动机器人200，包括驱动电池组件230、感应执行系统240、机架壳体220和移动轮组250，所述感应执行系统240和所述驱动电池组件230安装在所述机架壳体220内的容置空间，所述感应执行系统240至少包括传感器模组241、GPU控制器242以及与所述机架壳体220底部的所述移动轮组250连接的执行驱动组件243；所述机架壳体220一端还设置有与实施例1的充电承插连接结构110对应配合的充电接口结构210，所述充电接口结构210上设置有与所述承插座1132对应配合的承插槽212，所述承插槽212对应所述母头通孔1133设置有充电公头213，所述充电公头213与所述驱动电池组件230连接。

如图10、11所示，所述充电接口结构210包括承接面板211，设置在承接面板211上与承插座1132对应配合的承插槽212，在承插槽212内对应母头通孔1133设置的充电公头213，以及对应数据线通孔1134设置有数据公头214。数据公头214通过数据公头安装片215固定在所述承插槽212的背面，数据公头214与数据接触母端子1136配合，将机器人的驱动电池组件230的数据传输到自动充电桩100。充电公头213与弹性接触片组1135对应配合，充电公头213可以是圆形、方向等截面的金属导体柱，弹性接触片组1135是两片具有一定弹性的金属片对称设置，金属导体柱设置在金属片之间通过弹性保持紧密接触，或者将一片弹性金属片折弯加工形成两端接触结构，优先为铜片。

可选的，承接面板211的背面均匀设置有若干面板支柱216，在承接面板211的边缘均匀设置有面板螺钉孔217，通过面板支柱216和面板螺钉孔217将承接面板211支撑固定安装在电池壳上，使得承插槽212与承插方向保持一致。

具体的，承插槽212的的槽体宽度从槽口到槽底依次减小，对应承插座1132的截面从端面到底部依次增大。例如，承插槽212可以为梯形槽或者其他任何槽体宽度从槽口到槽底依次减小的结构，承插座1132反之亦然。承插槽212的内壁可以设置光滑。梯形槽的内部各个面的两两衔接处呈弧线形状。承插槽212优先为采用梯形槽以及类似形状，这样的截面形状相比圆形或者锥形具有很好的定位作用，只有在承插槽212和承插座1132之间方向正确时，才能够实现对位连接，避免了反插以及由于转动造成接触不良等情况。

实施例4

如图12所示，本发明实施例还提供了一种机器人自动充电系统，所述充电系统至少包括定位识别传感器组件、安装有实施例1中充电承插结构的自动充电桩100，以及所述机器人对应所述充电承插结构设置的充电接口结构210，所述充电接口结构210上设置有与所述承插座1132对应配合的承插槽212，所述承插槽212对应所述母头通孔1133设置有充电公头213，所述充电公头213与所述机器人内的驱动电池组件230连接。

具体的定位识别传感器组件用于识别自动充电桩100的位置，自动充电桩100与移动机器人200之间可以通过无线通信方式进行数据交互，如WiFi、蓝牙等，当移动机器人200电量不足需要充电时，通过WiFi、蓝牙等方式搜寻自动充电桩100位置，从而到达自动充电桩100附近；或者通过在移动机器人200预设自动充电桩100位置，移动机器人200根据预设路径到达自动充电桩100附近；当移动机器人200位于自动充电桩100附近时，可以采用CCD图形识别、红外感应、雷达引导、激光引导等多种方式进入到正确的承插方向，从而进行快速对插。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

工业实用性

本发明实施例的充电承插连接结构、自动充电桩及机器人自动充电系统，通过设置柔性台板，利用弹性件在垂直承插方向的平面上形成360度周向稳定限定，由于弹性件的作用，柔性台板在360度周向均能够进行微小位移，当承插对接时，当自动充电桩由于地面高地不平等影响，以及移动机器人自动对位识别传感器组件本身存在的定位公差，使得承插座和承插槽难以对接成功时，通过柔性台板可以加大对接误差的容余量，从而大大地降低了自动对位的难度，从而使得自动充电系统的实用性、适应性显著提高。因此，具有工业实用性。

Claims

一种充电承插连接结构（110），所述结构（110）包括支撑座（111）、柔性台板（112）以及设置在所述柔性台板（112）上的承插面板（113），所述柔性台板（112）通过若干周向均匀分布的弹性件安装在所述支撑座（111）上，所述柔性台板（112）在与承插方向垂直的周向形成弹性位移量；所述承插面板（113）上设置有承插座（1132），所述承插座（1132）上设置有若干母头通孔（1133）。
根据权利要求1所述的充电承插连接结构，其中，所述支撑座（111）包括连接板（1111）以及与所述连接板（1111）相互垂直的竖直安装板（1112），所述连接板（1111）上均匀设置有若干安装孔（1113），所述竖直安装板（1112）上通过若干周向均匀分布的弹性件安装所述柔性台板（112），所述柔性台板（112）在竖直面形成弹性位移量。
根据权利要求2所述的充电承插连接结构，其中，所述弹性件是拉伸弹性件（1121），所述拉伸弹性件（1121）的一端与设置在所述柔性台板（112）上的拉伸扣（1123）连接，另一端与设置在所述竖直安装板（1112）的固定端子（1114）连接；至少四个所述拉伸弹性件（1121）在竖直面上均匀分布。
根据权利要求2所述的充电承插连接结构，其中，所述弹性件是压缩弹性件（1126），所述压缩弹性件（1126）一端通过固定连接座（1125）安装在所述竖直安装板（1112）上，另一端通过另一固定连接座（1125）安装在所述柔性台板（112），至少四个所述压缩弹性件（1126）在竖直面上均匀分布。
根据权利要求2所述的充电承插连接结构，其中，所述弹性件是拉伸弹性件（1121）或者压缩弹性件（1126），至少四个所述拉伸弹性件（1121）或者所述压缩弹性件（1126）在竖直面上均匀分布；在所述柔性台板（112）和所述竖直安装板（1112）之间设置有若干限位支撑柱（1122）；所述限位支撑柱（1122）一端固定在所述竖直安装板（1112），另一端与所述柔性台板（112）滑动接触，或者所述限位支撑柱（1122）一端固定在所述柔性台板（112），另一端与所述竖直安装板（1112）滑动接触。
根据权利要求2所述的充电承插连接结构，其中，所述弹性件是弹性支撑柱（1124），若干所述弹性支撑柱（1124）的两端通过一固定连接座（1125）沿着水平方向分别固定在所述竖直安装板（1112）和所述柔性台板（112）之间。
根据权利要求2所述的充电承插连接结构，其中，所述承插面板（113）包括罩设所述柔性台板（112）的面板壳体（1131）和一体成型在所述面板壳体（1131）上的所述承插座（1132），所述承插座（1132）的前端设置所述母头通孔（1133），所述母头通孔（1133）内对应设置有弹性接触片组（1135），所述弹性接触片组（1135）分别与对应的充电导线连接；在所述母头通孔（1133）一侧还设置有数据线通孔（1134），在所述数据线通孔（1134）内对应设置有数据接触母端子（1136）。
一种自动充电桩（100），所述充电桩（100）至少包括安装箱体（120）、设置在所述安装箱体（120）内的PCB功能主板（160）和与所述PCB功能主板（160）电性连接的电源转换模组（130）、充电监控模组（140）及网络通讯模组（150）；所述安装箱体（120）上设置如权利要求1-7任意一项的充电承插连接结构（110），母头通孔（1133）内对应设置有弹性接触片组（1135），所述弹性接触片组（1135）通过充电导线与所述电源转换模组（130）的输出端连接。
一种移动机器人（200），所述移动机器人（200）包括驱动电池组件（230）、感应执行系统（240）、机架壳体（220）和移动轮组（250），所述感应执行系统（240）和所述驱动电池组件（230）安装在所述机架壳体（220）内的容置空间，所述感应执行系统（240）至少包括传感器模组（241）、GPU控制器（242）以及与所述机架壳体（220）底部的所述移动轮组（250）连接的执行驱动组件（243）；所述机架壳体（220）一端还设置有与如权利要求1-7任意一项的充电承插连接结构（110）对应配合的充电接口结构（210），所述充电接口结构（210）上设置有与承插座（1132）对应配合的承插槽（212），所述承插槽（212）对应母头通孔（1133）设置有充电公头（213），所述充电公头（213）与所述驱动电池组件（230）连接。
一种机器人自动充电系统，所述充电系统至少包括定位识别传感器组件（260）、安装有如权利要求1-7任意一项的充电承插连接结构（110）的自动充电桩（100），以及所述机器人（200）对应所述充电承插结构（110）设置的充电接口结构（210），所述充电接口结构（210）上设置有与所述承插座（1132）对应配合的承插槽（212），所述承插槽（212）对应所述母头通孔（1133）设置有充电公头（213），所述充电公头（213）与所述机器人（200）内的驱动电池组件（230）连接。