一种船用无线充电系统的制作方法

1.本发明涉及船舶工程技术领域，具体而言，尤其涉及一种船用无线充电系统。


背景技术：

2.传统船舶靠港时大多数依靠柴油机等船舶辅机的持续运转来提供船舶所需的电能，在供电过程中会产生大量的氧化物，直接排放到空气中，很容易对港口附近空气造成严重污染。采取插座与插销连接方式的船舶岸电供电方式又存在安全性差、维修难度大、人工操作复杂、高压变频困难等问题。
3.随着充电技术的发展，无线充电技术以其污染物质排放少、节约化石能源、安全性高等优异性能和在解决传统供电方式存在问题方面的突出优势逐渐地进入人们的视野。
4.对靠港船舶进行无线充电之前准备过程较为繁琐，大致如下：
5.1.将无线充电发射板移动至船舶接收板附近；
6.2.若要实现充电板与船接收板的完全贴合，还需要在空间中克服海平面波动及船舶自身停靠位置等因素的影响。
7.由于船舶停靠环境及位置不同，离岸还有一定距离，若由人工完成此过程，不仅会增加成本，且存在一系列安全隐患。因海浪波动会使无线充电板接收端产生不规则运动，使现有机械臂无法满足船舶停靠此种特殊环境下无线充电接收端和发射端的完全对接要求。


技术实现要素：

8.根据上述提出的船舶无线充电设备电源对接苦难的技术问题，而提供一种船用无线充电系统。本发明通过位置调节机构和姿态调节机构的配合实现无线充电发射板与接收板的完全对接，克服了由于船舶停靠及海浪波动等因素对无线充电接收板位置影响的问题。
9.本发明采用的技术手段如下：
10.一种船用无线充电系统，包括：设置在岸上的位姿调节系统、设置在所述位姿调节系统末端的无线充电板发射板以及设置在船上的无线充电板接收板；
11.其中所述位姿调节系统包括用于调节所述无线充电板发射板的位置的机械臂结构以及连接在所述机械臂结构末端用于调节无线充电板发射板姿态的姿态调节机构；
12.所述姿态调节机构包括偏转调节部以及旋转调节部，所述偏转调节部一方面通过刚性连接件与所述机械臂结构连接，另一方面通过旋转轴承连接旋转调节部，所述旋转调节部连接无线充电板发射板；
13.系统使用时，通过机械臂结构对所述无线充电板发射板的上、下、左、右位置进行调节，通过姿态调节机构对所述无线充电板发射板偏转、旋转角度进行调节。
14.进一步地，所述偏转调节部包括第一末端偏转板和第二末端偏转板，所述第一末端偏转板和第二末端偏转板通过上、下两个铰接机构连接；
15.所述第二末端偏转板下部连接刚性连接件，上部并列设置有两块偏转支撑板，任
意所述偏转支撑板均连接一个偏转伸缩杆的末端，所述偏转伸缩杆的首端均连接第一末端偏转板；
16.所述第一末端偏转板在两个旋转伸缩杆的配合作用下进行左右偏转。
17.进一步地，所述第一末端偏转板的下方设置有一个连接部，所述连接部用于连接旋转伸缩杆的末端。
18.进一步地，所述旋转调节部包括末端旋转板以及旋转伸缩杆，所述末端旋转板一方面通过螺栓与推力轴承与第一末端偏转板连接，另一方面通过刚性元件与所述无线充电板发射板固定连接；
19.所述旋转伸缩杆的首端与设置于末端旋转板下方位置的连接部连接；
20.使用时，通过旋转伸缩杆以及轴承的配合，使所述第一末端偏转板和末端旋转板之间产生相对旋转位移。
21.进一步地，所述机械臂结构包括：
22.机械臂底座滑轨；
23.机械臂底座，所述机械臂底座下部设置有滑轮，使其能够沿所述机械臂底座滑轨往复运动；
24.机械臂主体，所述机械臂主体包括依次连接的第一机械臂、第二机械臂以及第三机械臂，其中所述第一机械臂固定在所述机械臂底座上，所述第三机械臂的末端姿态调节机构；
25.使用时，通过调节机械臂底座在滑轨上的位置、第一机械臂与第二机械臂间的俯仰角、第二机械臂与第三机械臂间的俯仰角、第三机械臂与姿态调节机构的俯仰角无线充电板发射板的工作位置。
26.进一步地，所述机械臂底座包括：
27.基座底板，所述基座底板一侧设置有可伸缩定位杆；
28.基座转盘，所述基座转盘通过转动轴承与所述基座底板活动连接，使所述基座转盘能够在基座底板上旋转，所述基座转盘边缘设置有定位片，所述定位片与定位杆配合锁定基座转盘；
29.所述基座转盘上设置有与所述第一机械臂实现定位连接的安装架。
30.进一步地，所述机械臂底座还包括可伸缩的第一支撑杆，所述第一支撑杆的一端连接在基座转盘上、另一端连接第二机械臂，所述第一支撑杆用于调节第二机械臂相对于第一机械臂的俯仰角度。
31.进一步地，所述第一机械臂包括：
32.一对并列设置的第一机械侧臂，所述第一机械侧臂与所述机械臂底座固定连接，所述第一侧臂上端通过转轴与所述第二机械臂铰接；
33.第一支撑板，所述第一支撑板固定连接于两第一侧臂之间。
34.进一步地，所述第二机械臂包括：
35.一对并列设置的第二机械侧臂，所述第二机械侧臂与所述第一机械侧臂铰接；
36.第二支撑板，所述第二支撑板固定连接于两第二侧臂之间；
37.第二支撑杆基板；
38.可伸缩的第二支撑杆，所述第二支撑杆的末端连接第二支撑杆基板、首端端连接
第三机械臂，所述第二支撑杆用于调节第三机械臂相对于第二机械臂的俯仰角度。
39.进一步地，所述第三机械臂包括：
40.一对并列设置的第三机械侧臂，所述第三机械侧臂与所述第二机械侧臂铰接；
41.第三支撑板，所述第三支撑板固定连接于两第三侧臂之间；
42.第三支撑杆基板；
43.可伸缩的第三支撑杆，所述第三支撑杆的末端连接第三支撑杆基板、首端连接姿态调节机构，所述第三支撑杆用于姿态调节机构相对于第三机械臂的俯仰角度。
44.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
45.1.本发明整体采用的框架结构在能达到强度要求的同时减轻重量，克服了由于船舶停靠及海浪波动等因素对无线充电接收板位置影响的问题，可以实现无线充电发射板与接收板的自动完全对接；
46.2.本发明的机械臂部分采用侧板、支撑板等可拆卸连接构成，加工成本低，当侧板、支撑板或基座板等某些部分出现损坏时，能够快速制作新零件，最大限度的缩减了维修维护时间；
47.3.本发明采用7自由度的调节方式，保证了该机械臂能够到达理论设计空间中的任意位置，且这7个自由度均可由独立电机控制，使其灵活性大大增强；
48.4.本发明结构简单，设计新颖，构思巧妙，造型独特，功能强大，成本低、易于控制，可灵活地运用于各种有无线充电需求的领域。
附图说明
49.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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
50.图1为本发明中位姿调节系统结构示意图。
51.图2为本发明中位姿调节系统偏转调节部结构示意图。
52.图3为本发明中位姿调节系统旋转调节部结构示意图。
53.图中：1、滑轨；201、基座底板；202、基座转盘；203定位杆；204、转动轴承；205、第一支撑杆；206、安装架；301、第一机械侧臂；302、第一支撑板；303、第一轴部垫片；304、第一转动轴；305、第一卡圈；306、第一转动轴承；401、第二机械侧臂；402、第二支撑板；403、第二支撑杆；404、第一支撑杆顶板；405、第一支撑杆连接板；406、第二轴部垫片；407、第二转动轴；408、第二轴承座；409、第二轴套；501、第三机械侧臂；502、第三支撑板；503、第三支撑杆；504、第二支撑杆顶座；505、第三轴部垫片；601、第二末端偏转板；602、旋转支撑板；603、旋转伸缩杆；7、第一末端偏转板；701、覆盖卡圈；702、包裹卡圈；703、连接转轴；704、转轴轴承；705、连接板；706、旋转伸缩杆连接座；707、滑动伸缩杆尾部连接座；708、滑动伸缩杆；709、盖板卡圈；710、长螺栓；711、端盖板；712、推力轴承；713、推力轴承垫片；714、轴承外卡圈；715、圆网轴承；716、圆网轴承垫片；717、推力轴承内卡圈；718、圆网轴承内卡圈；719、第二末端偏转板；8、末端旋转板；801、无线充电板；802、滑动伸缩杆头部连接座。
具体实施方式
54.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
55.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
56.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
57.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
59.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
60.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
61.如图1
‑
3所示，本发明公开了一种用于无线充电的船用机械臂系统，主要包括：机械臂底座滑轨1、机械臂底座以及机械臂主体。其中，机械臂底座下部设置有滑轮，使其能够
沿机械臂底座滑轨1往复运动。机械臂主体包括依次连接的第一机械臂、第二机械臂以及第三机械臂，其中第一机械臂固定在机械臂底座上，所述第三机械臂的末端通过旋转机构与无线充电板801连接。使用时，通过调节机械臂底座在滑轨上的位置、第一机械臂与第二机械臂间的俯仰角、第二机械臂与第三机械臂间的俯仰角、第三机械臂与旋转结构的俯仰角以及旋转机构偏转角的方式，控制无线充电板的工作位置。
62.作为本发明较佳的实施方式，机械臂底座包括：基座底板201和基座转盘202，基座底板201一侧设置有可伸缩定位杆203。基座转盘202通过转动轴承204与基座底板201活动连接，使基座转盘202能够在基座底板201上旋转。基座转盘202边缘设置有定位片，与定位杆203配合锁定基座转盘202。基座转盘202上设置有与第一机械臂实现定位连接的安装架206。
63.进一步优选地地，机械臂底座还包括可伸缩的第一支撑杆205，第一支撑杆205的一端连接在基座旋转板202上、另一端连接第二机械臂，用于调节第二机械臂相对于第一机械臂的俯仰角度。
64.作为本发明较佳的实施方式，第一机械臂包括：一对并列设置的第一机械侧臂301，第一机械侧臂301与机械臂底座固定连接，第一侧臂301上端通过第一转动轴304与所述第二机械臂铰接；第一支撑板302，固定连接于两第一侧臂301之间。
65.第二机械臂包括：一对并列设置的第二机械侧臂401，第二机械侧臂401与第一机械侧臂301铰接；第二支撑板402，第二支撑板402固定连接于两第二侧臂401之间；第一支撑杆顶板404，第一支撑杆顶板404设置在第二支撑板402下方；可伸缩的第二支撑杆403，第二支撑杆403的一端连接第二支撑杆基板、另一端连接第三机械臂的第二支撑杆顶板504，第二支撑杆403用于调节第三机械臂相对于第二机械臂的俯仰角度。
66.第三机械臂包括：一对并列设置的第三机械侧臂501，第三机械侧臂501与第二机械侧臂401铰接；第三支撑板502，第三支撑板502固定连接于两第三侧臂501之间；第二支撑杆顶板504，第二支撑杆顶板504设置在第三支撑板502下方；可伸缩的第三支撑杆503，第三支撑杆503的一端连接第三支撑杆基板、另一端连接旋转机构，第三支撑杆用于调节旋转机构相对于第三机械臂的俯仰角度。
67.作为本发明较佳的实施方式，旋转机构包括：连接组件，连接组件一方面用于连接第三机械臂与第三机械臂，另一方面通过伸缩杆与转轴配合调节末端偏转板的偏转角度；第一末端偏转板7，第一末端偏转板7通过圆形轴承与末端旋转板8活动连接，随着圆形轴承转动，第一末端偏转板7与末端旋转板8之间产生旋转位移；末端旋转板8，末端旋转板8固定连接无线充电板801。
68.进一步地，连接组件包括：连接件601，连接件601固定连接于第二末端偏转板719上，用于与第三机械臂固定连接；旋转支撑板602，旋转支撑板602上设置有旋转伸缩杆603，旋转伸缩杆603的活动端与第一末端偏转板7相连。第一末端偏转板7上设置有上、下两组铰接机构，分别与第二末端偏转板719铰接。
69.下面结合附图对本发明的方案做进一步说明。
70.本实施例仲恺了一种用于无线充电的机械臂，主要包括无线充电板801、末端旋转板8、第一末端偏转板7、第二末端偏转板719、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、机械臂基座以及机械臂基座滑轨1。基座转盘轴承204通过螺栓将机械臂基座底板201与基座转盘
202连接，基座转盘202通过左右两侧安装架206与第一机械臂固定，第一机械臂与第二机械臂通过转轴及第一转动轴承306连接，第二机械臂与第三机械臂通过转轴407及第二转动轴承408连接，各机械臂均具有机械侧臂(301/401/501)，在左、右机械侧臂中间设置有支撑板(302、402、502)连接以保证强度。第三机械臂通过刚性第二末端偏转板719与第一末端偏转板7连接，第一末端偏转板7与旋转支撑板602通过特定尺寸刚性连接板、连接转轴703及转轴轴承704铰接，末端旋转板8与第一末端偏转板7通过长螺栓710及轴承712、715连接为整体，末端旋转板8最终与无线充电板801固定连接。另外，机械臂基座安装有滑轮，可使其在轨道1上滑动。
71.进一步地，末端旋转板通过圆网轴承715、推力轴承712及端盖板711用长螺栓710连接成一体。充分考虑到两板之间旋转阻力、板间距及轴承尺寸，制作了轴承垫片713、716；考虑到轴承的径向、轴向移动，制作了轴承内卡圈718、外卡圈714；通过六个长螺栓710将端盖板711、末端旋转板8、第一末端偏转板7三板连接为一体。电动伸缩杆708尾部经过精确计算安装于第一末端偏转板7下方特定位置，头部安装于末端旋转板下方802，实现了两板之间的旋转运动；末端旋转板7设有多个开孔以减少机械臂头部重量。末端偏转板通过特定尺寸的刚性元件705等与连接组件铰接，二者之间有两组转动副，且每个转动副使用转动轴承704与推力轴承，不仅保证了机械强度，也降低了旋转阻力，同时也提高了旋转效率及精度；同样地，考虑到轴承径向及轴向移动，制作了包裹式卡圈702、覆盖式卡圈701两种卡圈来防止轴承错位。在第二末端偏转板719上安装两个旋转支撑板602与电动旋转伸缩杆719尾部连接，电动伸缩杆头部底座安装在第一末端偏转板7上，实现了末端部分的左右偏转。末端偏转板下方安装可伸缩的第三支撑杆503头部，尾部安装于第三机械臂两侧臂501之间，实现前后偏转。
72.进一步地，所述机械臂部分都包括转动轴407等、转动轴承306等、机械臂侧臂301、401、501，机械臂支撑板302、402、502，法兰型双轴承座408等，电动伸缩杆503、403、303等及其基座板404、504等，轴部垫片505、406、303，卡圈305、408等；机械臂主体结构由机械臂左右侧板组成，中间支撑板用螺栓与侧板连接，侧板之间装有电动伸缩杆基座板，基座板由强度较高刚性元件制作，保证结构强度的同时使得机械臂可绕轴转动；每个转动轴处两侧安装有转动轴承306及法兰型轴承座408，法兰型轴承座随轴同转，且装有角度传感器。每个法兰型轴承外侧装有外卡圈305，两个推力球轴承内装有内卡圈，用来其限制径向移动。此外，第一机械臂和第二机械臂转动轴配有轴套，与长螺栓及连接螺帽配合拉紧左右侧板，将滚珠轴承、法兰型轴承座与机械臂左右侧板紧紧贴合；每个机械臂转轴处加有与自身尺寸相匹配的垫片505、406、303等，这都大大提高了结构强度。
73.进一步地，所述机械臂基座包括机械臂安装支架206、基座底板201、基座转盘203、底座转盘轴承204、第一电动支撑杆205及其基座板、滑轮、轨道1。机械臂部分通过安装支架用螺栓安装于基座转盘203；底座上、下板用螺栓分别固定于转盘轴承上、下面；经过精确计算为底座上、下板设计特定尺寸伸长板用于安装电动伸缩杆基座，如此实现机械臂旋转功能；底座下板安装有滑轮，可使机械臂可沿轨道滑动。
74.本发明的工作过程为：机械臂各部分分别由各个电动伸缩杆控制。首先，定位杆杆203控制整个机械臂的旋转，第一支撑杆205控制第二机械臂的俯仰，第二支撑杆403控制第三机械臂的俯仰，三者通过相互配合将无线充电发射板送至接收板附近；第三支撑杆503控
制无线充电发射板前后偏转，微型电动旋转伸缩杆603等控制发射板左右偏转，微型滑动伸缩杆708控制发射板的旋转，四者相互配合，结合接收板实际位置，通过旋转及偏转精确调整发射板位置，所有电动伸缩杆共同配合，最终实现无线充电发射板与接收板的完全对接。
75.末端部分主要功能为通过各板的旋转和偏转实现无线充电发射板与接收板的完全对接，微型滑动伸缩杆708头部安装于末端旋转板下方基座802上，尾部安装于第一末端偏转板7下方刚性元件707，如此可通过微型电动伸缩杆708来控制发射板旋转，微型电动伸缩杆603等头部对称安装于连接机构特定位置，尾部对称安装在固定于末端偏转板上的基座板，如此可控制末端偏转板左右偏转进而实现发射板的左右偏转，末端旋转板与连接机构中间安装有一个圆网轴承715和两个推力球轴承718和719以保证旋转过程顺利进行。
76.进一步地，第三机械臂的工作过程可分为两部分，一部分控制了末端部分——即无线充电发射板801的前后偏转；另一部分是第三机械臂的俯仰。电动伸缩杆503头部与安装于第二末端偏转板601下方的基座，尾部与安装于第三机械臂左右侧板中间基座板上，通过伸缩杆的伸缩实现末端部分的前后偏转。第三机械臂的俯仰通过电动伸缩杆403伸缩来实现，伸缩杆403头部安装于第三机械臂左右侧板中间基座板504上，尾部安装于第二机械臂左右侧板中间基座板404上，当电动伸缩杆403运动时，第三机械臂绕转轴完成俯仰动作。
77.机械臂ii的工作过程与机械臂iii俯仰过程基本一致，通过电动伸缩杆205的运动来实现俯仰，在此不作赘述。
78.进一步地，机械臂底座主要用于实现整体机械臂的旋转、平移运动。工作时，定位伸缩杆203头部安装于底座上板202，尾部安装于底座下板201，底座上板与下板通过螺栓分别固定在转盘轴承204上下两侧，定位伸缩杆203运动时可带动底座上板旋转，如此满足整体机械臂旋转要求。底座下板安装有滑轮，滑轮在导轨1上滑动可以实现机械臂整体位置平移。
79.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。