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 一種巡檢機器人自主充電對接裝置

 
【授權公告號:CN212649156U;申請權利人: 河北工業大學; 發明設計人: 劉璇; 金玉康; 梁博超; 劉悅; 張小俊; 楊秉駿;】
摘要:
 
本實用新型一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接頭組件和公接頭組件,母接頭組件安裝在巡檢機器人上,公接頭組件安裝在充電樁上;所述母接頭組件包括母接頭、充電插頭和絲杠模組,公接頭組件包括公接頭、同步帶模組和彈簧;充電插頭在絲杠模組的作用下能伸出巡檢機器人的外殼并穿過母接頭的插口,插入公接頭的插孔中;公接頭通過多個彈簧安裝在同步帶模組的滑塊上;在彈簧的作用下,能夠實現母接頭和公接頭在三維方向上的斜向對接;同步帶模組的電機在對接過程中不工作,用于充電完成后公接頭的歸位。該裝置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。 
 
主權項:
 
1.一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接頭組件和公接頭組件,母接頭組件安裝在巡檢機器人上,公接頭組件安裝在充電樁上;其特征在于,所述母接頭組件包括母接頭、充電插頭和絲杠模組,公接頭組件包括公接頭、同步帶模組和彈簧;充電插頭在絲杠模組的作用下能伸出巡檢機器人的外殼并穿過母接頭的插口,插入公接頭的插孔中;公接頭通過多個彈簧安裝在同步帶模組的滑塊上;在彈簧的作用下,能夠實現母接頭和公接頭在三維方向上的斜向對接;同步帶模組的電機在對接過程中不工作,用于充電完成后公接頭的歸位。 
 
要求:
 
1.一種巡檢機器人自主充電對接裝置,包括母接頭組件和公接頭組件,母接頭組件安裝在巡檢機器人上,公接頭組件安裝在充電樁上;其特征在于,所述母接頭組件包括母接頭、充電插頭和絲杠模組,公接頭組件包括公接頭、同步帶模組和彈簧;充電插頭在絲杠模組的作用下能伸出巡檢機器人的外殼并穿過母接頭的插口,插入公接頭的插孔中;公接頭通過多個彈簧安裝在同步帶模組的滑塊上;在彈簧的作用下,能夠實現母接頭和公接頭在三維方向上的斜向對接;同步帶模組的電機在對接過程中不工作,用于充電完成后公接頭的歸位。
 
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臺型的凹槽,公接頭的側面設有與凹槽相配合的凸臺。
 
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為15cm*15cm,深度為10cm;公接頭凸臺的細端尺寸為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,橡膠層的厚度為3mm。
 
技術領域
 
本實用新型涉及巡檢機器人自主充電技術領域,具體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為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準對插,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準,因此實現公、母接頭在三維方向上的斜向對接顯得尤為重要。
 
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°范圍內的斜向對接。
 
實用新型內容
 
針對現有技術的不足,本實用新型擬解決的技術問題是,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,包括母接頭組件和公接頭組件,母接頭組件安裝在巡檢機器人上,公接頭組件安裝在充電樁上;其特征在于,
 
所述母接頭組件包括母接頭、充電插頭和絲杠模組,公接頭組件包括公接頭、同步帶模組和彈簧;充電插頭在絲杠模組的作用下能伸出巡檢機器人的外殼并穿過母接頭的插口,插入公接頭的插孔中;公接頭通過多個彈簧安裝在同步帶模組的滑塊上;在彈簧的作用下,能夠實現母接頭和公接頭在三維方向上的斜向對接;同步帶模組的電機在對接過程中不工作,用于充電完成后公接頭的歸位。
 
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臺型的凹槽,公接頭的側面設有與凹槽相配合的凸臺。
 
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為15cm*15cm,深度為10cm;公接頭凸臺的細端尺寸為5cm*5cm。
 
所述母接頭的凹槽內包覆有一層橡膠層,橡膠層的厚度為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產生摩擦作用,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復運動,因為絲杠模組的絲杠電機不工作后,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.在對接過程中同步帶模組的驅動電機不工作,同步帶模組的滑塊受到外力后仍然能夠自由滑動,因此對接過程中促使公接頭的位置可以微調,實現兩個接頭的插接;由于在每一個對接過程中,公接頭都是微調位置,因此充電完成后同步帶模組的驅動電機帶動公接頭歸位,防止定位誤差造成累計,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,使得當公接頭的凸臺未能順利進入母接頭的凹槽,公接頭凸臺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后,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后,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,實現充電插頭的精準對插,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,為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為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為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為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為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為本實用新型的母接頭組件與公接頭組件對接完成后的結構示意圖;
 
一種巡檢機器人自主充電對接裝置
圖6為本實用新型的母接頭組件與公接頭組件斜向對接后的結構示意圖;
 
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-公接頭;2.2-二號激光測距傳感器;2.3-同步帶型模組;2.4-彈簧;
 
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,并不用于限定權利要求的保護范圍。
 
本實用新型提出了一種巡檢機器人自主充電對接裝置(簡稱裝置,參見圖1-6),包括母接頭組件1和公接頭組件2,母接頭組件1全部安裝在巡檢機器人上,公接頭組件2安裝在充電樁上;
 
所述母接頭組件1包括母接頭1.1、一號激光測距傳感器1.2、避障模塊1.3、底板1.4、充電插頭1.6、絲杠電機1.7、絲杠1.8和滑塊1.9;所述公接頭組件2包括公接頭2.1、二號激光測距傳感器2.2、同步帶模組2.3和彈簧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,并穿過母接頭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產生偏差,導致公接頭2.1與巡檢機器人發生碰撞;
 
所述同步帶模組2.3安裝在充電樁上,公接頭2.1通過多個彈簧2.4安裝在同步帶模組2.3的滑塊上;同步帶模組2.3在對接過程中不工作,用于充電完成后公接頭2.1的歸位,避免造成累積定位誤差;公接頭2.1靠近母接頭組件1的一側設有與母接頭1.1的凹槽相配合的凸臺,公接頭2.1的中部設有貫穿整個公接頭2.1的插口2.1.1,充電插頭1.6的插針穿過插口2.1.1插入充電樁的充電接口中;同時在彈簧2.3的作用下,能夠實現母接頭1.1和公接頭2.1在三維方向上的斜向對接,即當巡檢機器人定位存在較小偏差,導致母接頭1.1未能在正對公接頭2.1的方向靠近公接頭2.1時,兩個接頭也能完全對接;二號激光測距傳感器2.2安裝在公接頭2.1上,用于檢測充電完成后巡檢機器人離開過程中巡檢機器人與公接頭2.1之間的距離,確保巡檢機器人超過設定距離后,同步帶模組2.3才工作,帶動公接頭2.1在同步帶模組2.3的同步帶上滑動,實現公接頭2.1的歸位。
 
所述母接頭1.1的凹槽呈棱錐臺型,棱錐臺的粗端位于母接頭1.1側面,棱錐臺的細端朝向母接頭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的厚度為3mm。
 
所述母接頭1.1凹槽的粗端尺寸為15cm*15cm,深度為10cm;公接頭2.1凸臺的細端尺寸為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為棱錐凸臺型,公接頭為棱錐凹槽型。
 
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的型號均為ATK-VL53L0X;絲杠電機1.7的型號為GX210;避障模塊1.3的型號為E18-D80NK。
 
本實用新型的工作原理和工作流程是:
 
首先巡檢機器人對充電樁進行定位,巡檢機器人運動至充電樁附近,并調整機器人機身的位置,使母接頭1.1的凹槽與公接頭2.1的凸臺相對;然后巡檢機器人朝著靠近公接頭2.1的方向運動,使母接頭1.1的凹槽與公接頭2.1的凸臺依靠摩擦進行配合,如圖5所示;對接過程中同步帶模組2.3的驅動電機不工作,完全依靠兩個接頭摩擦配合微調公接頭2.1的位置;當一號激光測距傳感器1.2檢測到的距離小于5mm時,巡檢機器人停止運動,此時在絲杠1.8和滑塊1.9的共同作用下,將充電插頭1.6從巡檢機器人的外殼推出(不充電時充電插頭1.6位于巡檢機器人的外殼內),使充電插頭1.6的插針穿過母接頭1.1的插孔1.1.1和公接頭2.1的插口2.1.1,并插入充電樁的充電接口中進行充電。
 
當充電完成后,巡檢機器人朝著遠離充電樁的方向運動,充電插頭1.6在絲杠1.8和滑塊1.9的共同作用下反向運動,并收回至巡檢機器人的外殼內;當二號激光測距傳感器2.2檢測到巡檢機器人已經離開設定距離后,同步帶模組2.3的驅動電機工作,帶動同步帶轉動,使同步帶模組2.3的滑塊滑動,實現公接頭2.1的歸位。
 
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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