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 一種巡檢機器人自主充電對接裝置

 
【授权公告号:CN212649156U;申请权利人: 河北工业大学; 发明设计人: 刘璇; 金玉康; 梁博超; 刘悦; 张小俊; 杨秉骏;】
摘要:
 
本实用新型一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接头组件和公接头组件,母接头组件安装在巡检机器人上,公接头组件安装在充电桩上;所述母接头组件包括母接头、充电插头和丝杠模组,公接头组件包括公接头、同步帶模组和弹簧;充电插头在丝杠模组的作用下能伸出巡检机器人的外壳并穿过母接头的插口,插入公接头的插孔中;公接头通过多个弹簧安装在同步帶模组的滑块上;在弹簧的作用下,能够实现母接头和公接头在三维方向上的斜向对接;同步帶模组的电机在对接过程中不工作,用于充电完成后公接头的归位。该装置在巡检机器人定位存在较小偏差的情况下,母接头未能正对公接头的方向运动时,两个接头也能完全对接。 
 
主權項:
 
1.一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接头组件和公接头组件,母接头组件安装在巡检机器人上,公接头组件安装在充电桩上;其特征在于,所述母接头组件包括母接头、充电插头和丝杠模组,公接头组件包括公接头、同步帶模组和弹簧;充电插头在丝杠模组的作用下能伸出巡检机器人的外壳并穿过母接头的插口,插入公接头的插孔中;公接头通过多个弹簧安装在同步帶模组的滑块上;在弹簧的作用下,能够实现母接头和公接头在三维方向上的斜向对接;同步帶模组的电机在对接过程中不工作,用于充电完成后公接头的归位。 
 
要求:
 
1.一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接头组件和公接头组件,母接头组件安装在巡检机器人上,公接头组件安装在充电桩上;其特征在于,所述母接头组件包括母接头、充电插头和丝杠模组,公接头组件包括公接头、同步帶模组和弹簧;充电插头在丝杠模组的作用下能伸出巡检机器人的外壳并穿过母接头的插口,插入公接头的插孔中;公接头通过多个弹簧安装在同步帶模组的滑块上;在弹簧的作用下,能够实现母接头和公接头在三维方向上的斜向对接;同步帶模组的电机在对接过程中不工作,用于充电完成后公接头的归位。
 
2.根據權利要求1所述的巡檢機器人自主充電對接裝置,其特征在于,所述母接頭固定絲杠模組的端部;充電插頭固定在絲杠模組的滑塊上,充電插頭同時被包裹在巡檢機器人的外殼內,不充電時充電插頭位于巡檢機器人的外殼內;母接頭組件還包括一號激光測距傳感器和避障模塊,一號激光測距傳感器固定在母接頭上,在母接頭朝向公接頭的側面上設有避障模塊;公接頭組件還包括二號激光測距傳感器,二號激光測距傳感器安裝在公接頭的頂面上。
 
3.根據權利要求1所述的巡檢機器人自主充電對接裝置,其特征在于,所述母接頭的一側設有呈棱錐台型的凹槽,公接頭的側面設有與凹槽相配合的凸台。
 
4.根據權利要求3所述的巡檢機器人自主充電對接裝置,其特征在于,所述凹槽的粗端位于母接頭側面,凹槽的細端向母接頭內部延伸。
 
5.根據權利要求3所述的巡檢機器人自主充電對接裝置,其特征在于,所述母接頭凹槽的粗端尺寸爲15cm*15cm,深度爲10cm;公接頭凸台的細端尺寸爲5cm*5cm。
 
6.根據權利要求3所述的巡檢機器人自主充電對接裝置,其特征在于,所述母接頭的凹槽內包覆有一層橡膠層,橡膠層的厚度爲3mm。
 
技術領域
 
本实用新型涉及巡检机器人自主充电技術領域,具体是一種巡檢機器人自主充電對接裝置。
 
背景技術
 
巡檢機器人自主充電方式一般分爲接觸式和非接觸感應式。接觸式充電是充電設備與電池之間通過部件連接,對電池進行充電;非接觸感應式充電,即無線充電,基于電磁感應原理,通過耦合方式進行電能的傳遞。
 
無線充電技術發展成果顯著,但是無線充電設備造價昂貴,成本較高,維修和維護都非常困難,而且大部分無線充電設備的充電功率不高,因此目前大部分巡檢機器人主要采用接觸式充電,完成能量的補給。由于在充電過程中巡檢機器人完全自主與充電樁對接,即使巡檢機器人的定位精度很高,母接頭和公接頭也會存在微小的定位誤差,不能實現到充電插頭的精准對插,致使充電插頭磨損。此外巡檢機器人由于車身傾斜、地面不平等因素都會造成母接頭與公接頭在水平以及豎直方向上定位不准,因此實現公、母接頭在三維方向上的斜向對接顯得尤爲重要。
 
文獻《變電站巡檢機器人自動充電技術研究》中公開了一種充電對接結構,只能實現公接頭與母接頭在水平面上180°範圍內的斜向對接。
 
實用新型內容
 
针对现有技术的不足,本实用新型拟解决的技术问题是,提供一種巡檢機器人自主充電對接裝置。
 
本實用新型解決所述技術問題的技術方案是:
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接头组件和公接头组件,母接头组件安装在巡检机器人上,公接头组件安装在充电桩上;其特征在于,
 
所述母接头组件包括母接头、充电插头和丝杠模组,公接头组件包括公接头、同步帶模组和弹簧;充电插头在丝杠模组的作用下能伸出巡检机器人的外壳并穿过母接头的插口,插入公接头的插孔中;公接头通过多个弹簧安装在同步帶模组的滑块上;在弹簧的作用下,能够实现母接头和公接头在三维方向上的斜向对接;同步帶模组的电机在对接过程中不工作,用于充电完成后公接头的归位。
 
所述母接頭固定絲杠模組的端部;充電插頭固定在絲杠模組的滑塊上,充電插頭同時被包裹在巡檢機器人的外殼內,不充電時充電插頭位于巡檢機器人的外殼內;母接頭組件還包括一號激光測距傳感器和避障模塊,一號激光測距傳感器固定在母接頭上,在母接頭朝向公接頭的側面上設有避障模塊;公接頭組件還包括二號激光測距傳感器,二號激光測距傳感器安裝在公接頭的頂面上。
 
所述母接頭的一側設有呈棱錐台型的凹槽,公接頭的側面設有與凹槽相配合的凸台。
 
所述凹槽的粗端位于母接頭側面,凹槽的細端向母接頭內部延伸。
 
所述母接頭凹槽的粗端尺寸爲15cm*15cm,深度爲10cm;公接頭凸台的細端尺寸爲5cm*5cm。
 
所述母接頭的凹槽內包覆有一層橡膠層,橡膠層的厚度爲3mm。
 
與現有技術相比,本實用新型的有益效果是:
 
1.本實用新型在彈簧的作用下,再結合母接頭和公接頭對接時會在接觸面産生摩擦作用,能夠實現母接頭和公接頭在三維方向上的斜向對接,即在巡檢機器人定位存在較小偏差的情況下,母接頭未能正對公接頭的方向運動時,兩個接頭也能完全對接。
 
2.本實用新型采用絲杠模組實現充電插頭的往複運動,因爲絲杠模組的絲杠電機不工作後,滑塊在絲杠上處于鎖死狀態,無法運動,能夠防止巡檢機器人運動過程中,由于顛簸導致充電插頭劇烈震動,造成損壞;絲杠模組的力矩大,能夠提供足夠的力去推動充電插頭的插針插入充電樁的充電接口中。
 
3.在对接过程中同步帶模组的驱动电机不工作,同步帶模组的滑块受到外力后仍然能够自由滑动,因此对接过程中促使公接头的位置可以微调,实现两个接头的插接;由于在每一个对接过程中,公接头都是微调位置,因此充电完成后同步帶模组的驱动电机带动公接头归位,防止定位误差造成累计,增加了可靠性。
 
4.本實用新型在母接頭凹槽的兩側均設有避障模塊,防止定位錯誤,使得當公接頭的凸台未能順利進入母接頭的凹槽,公接頭凸台的端面卡在母接頭凹槽的兩側,造成碰撞;不充電時,充電插頭均位于巡檢機器人的外殼內,可防止潮濕短路等情況發生;母接頭凹槽的底部設有激光測距傳感器,能夠防止巡檢機器人與充電樁對接完成後,巡檢機器人未能察覺到對接過程已完成,繼續運動造成部件損壞。
 
5.本實用新型在兩個接頭對接完成後,充電插頭才從巡檢機器人的外殼內伸出插入充電樁的充電接口中,實現充電插頭的精准對插,降低由于誤差造成的充電插頭損耗。
 
6.由于兩個接頭完全通過摩擦進行配合,爲了降低摩擦對接對接頭造成的損耗,因此在母接頭的凹槽內設有橡膠層,增強耐用性。
 
附圖說明
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖1爲本實用新型的整體結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖2爲本實用新型的公接頭組件的結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖3爲本實用新型的母接頭組件的結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖4爲本實用新型的母接頭的結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖5爲本實用新型的母接頭組件與公接頭組件對接完成後的結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖6爲本實用新型的母接頭組件與公接頭組件斜向對接後的結構示意圖;
 
圖中:1-母接頭組件;2-公接頭組件;
 
1.1-母接頭;1.2-一號激光測距傳感器;1.3-避障模塊;1.4-底板;1.5-橡膠層;1.6-充電插頭;1.7-絲杠電機;1.8-絲杠;1.9-滑塊;
 
2.1-公接头;2.2-二号激光测距传感器;2.3-同步帶型模组;2.4-弹簧;
 
1.1.1-插孔;2.1.1-插口。
 
具體實施方式
 
下面將結合本具體附圖對本實用新型的技術方案進行清楚完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例,而不是全部的實施例,並不用于限定權利要求的保護範圍。
 
本实用新型提出了一種巡檢機器人自主充電對接裝置(简称装置,参见图1-6),包括母接头组件1和公接头组件2,母接头组件1全部安装在巡检机器人上,公接头组件2安装在充电桩上;
 
所述母接头组件1包括母接头1.1、一号激光测距传感器1.2、避障模块1.3、底板1.4、充电插头1.6、丝杠电机1.7、丝杠1.8和滑块1.9;所述公接头组件2包括公接头2.1、二号激光测距传感器2.2、同步帶模组2.3和弹簧2.4;
 
所述底板1.4和絲杠電機1.7均安裝在巡檢機器人上,母接頭1.1固定在底板1.4靠近充電樁的一端;母接頭1.1上設有方便與公接頭2.1對接的凹槽,母接頭1.1的中部設有貫穿凹槽的插孔1.1.1,用于充電插頭1.6的插針通過;絲杠電機1.7的輸出端通過聯軸器與絲杠1.8的一端固連,絲杠1.8的另一端與底板1.4的端部轉動連接;滑塊1.9滑動安裝在絲杠1.8上,充電插頭1.6固定在滑塊1.9上,充電插頭1.6同時被包裹在巡檢機器人的外殼內;在滑塊1.9的作用下,充電插頭1.6在絲杠1.8上滑動,使充電插頭1.6伸出巡檢機器人的外殼,並穿過母接頭1.1的插孔1.1.1以及公接頭2.1插入充電樁的充電接口中;不充電時,充電插頭1.6位于巡檢機器人的外殼內,防止下雨導致短路;一號激光測距傳感器1.2固定在母接頭1.1的凹槽內,用于檢測母接頭1.1與公接頭2.1對接過程中的間距,當間距小于5mm時表示兩個接頭對接結束,此時巡檢機器人立即停止運動,防止巡檢機器人過度運動,損傷部件;在母接頭1.1的凹槽的兩側分別設有避障模塊1.3,防止對接過程中由于巡檢機器人定位産生偏差,導致公接頭2.1與巡檢機器人發生碰撞;
 
所述同步帶模组2.3安装在充电桩上,公接头2.1通过多个弹簧2.4安装在同步帶模组2.3的滑块上;同步帶模组2.3在对接过程中不工作,用于充电完成后公接头2.1的归位,避免造成累积定位误差;公接头2.1靠近母接头组件1的一侧设有与母接头1.1的凹槽相配合的凸台,公接头2.1的中部设有贯穿整个公接头2.1的插口2.1.1,充电插头1.6的插针穿过插口2.1.1插入充电桩的充电接口中;同时在弹簧2.3的作用下,能够实现母接头1.1和公接头2.1在三维方向上的斜向对接,即当巡检机器人定位存在较小偏差,导致母接头1.1未能在正对公接头2.1的方向靠近公接头2.1时,两个接头也能完全对接;二号激光测距传感器2.2安装在公接头2.1上,用于检测充电完成后巡检机器人离开过程中巡检机器人与公接头2.1之间的距离,确保巡检机器人超过设定距离后,同步帶模组2.3才工作,带动公接头2.1在同步帶模组2.3的同步帶上滑动,实现公接头2.1的归位。
 
所述母接頭1.1的凹槽呈棱錐台型,棱錐台的粗端位于母接頭1.1側面,棱錐台的細端朝向母接頭1.1內部延伸,容許的對接精度誤差更大;母接頭1.1的凹槽內包覆有一層橡膠層1.5,以減小對接過程中母接頭1.1與公接頭2.1摩擦導致的損耗,橡膠層1.5的厚度爲3mm。
 
所述母接頭1.1凹槽的粗端尺寸爲15cm*15cm,深度爲10cm;公接頭2.1凸台的細端尺寸爲5cm*5cm,保證在10cm級定位誤差內,母接頭1.1與公接頭2.1能夠順利完成對接。
 
本實用新型中也可以使母接頭爲棱錐凸台型,公接頭爲棱錐凹槽型。
 
本實施例的一號激光測距傳感器1.2和二號激光測距傳感器2.2的型號均爲ATK-VL53L0X;絲杠電機1.7的型號爲GX210;避障模塊1.3的型號爲E18-D80NK。
 
本實用新型的工作原理和工作流程是:
 
首先巡检机器人对充电桩进行定位,巡检机器人运动至充电桩附近,并调整机器人机身的位置,使母接头1.1的凹槽与公接头2.1的凸台相对;然后巡检机器人朝着靠近公接头2.1的方向运动,使母接头1.1的凹槽与公接头2.1的凸台依靠摩擦进行配合,如图5所示;对接过程中同步帶模组2.3的驱动电机不工作,完全依靠两个接头摩擦配合微调公接头2.1的位置;当一号激光测距传感器1.2检测到的距离小于5mm时,巡检机器人停止运动,此时在丝杠1.8和滑块1.9的共同作用下,将充电插头1.6从巡检机器人的外壳推出(不充电时充电插头1.6位于巡检机器人的外壳内),使充电插头1.6的插针穿过母接头1.1的插孔1.1.1和公接头2.1的插口2.1.1,并插入充电桩的充电接口中进行充电。
 
当充电完成后,巡检机器人朝着远离充电桩的方向运动,充电插头1.6在丝杠1.8和滑块1.9的共同作用下反向运动,并收回至巡检机器人的外壳内;当二号激光测距传感器2.2检测到巡检机器人已经离开设定距离后,同步帶模组2.3的驱动电机工作,带动同步帶转动,使同步帶模组2.3的滑块滑动,实现公接头2.1的归位。
 
當實際對接過程中,由于巡檢機器人定位存在誤差,使得母接頭1.1和公接頭2.1在水平方向仍然存在一定的角度偏差,機器人的車胎高度或機身高度變化,使兩個接頭在豎直方向也存在一定的誤差,因此依靠彈簧2.4能夠實現兩個接頭在三維方向上的斜插,如圖6所示。
 
本實用新型未述及之處適用于現有技術。
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