一种可调节的柔性对接充电装置及其对接方法与流程

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1.本发明属于移动机器人自主充电充技术领域，具体涉及一种可调节的柔性对接充电装置及其对接方法。


背景技术：

2.移动机器人自主充电技术作为机器人续航的必要保证，是机器人应用领域的一大技术点，受制于导航定位传感器和机械精度，自主充电的对接装置需要包容由此带来的误差。当前多采取电极片式充电对接，依靠电极片尺寸冗余解决导航误差问题，但实际应用中仍会存在因车体位姿倾斜，电极接触面不贴合，需重新调整位姿的情况，导致充电对接效率低下，可靠性差。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种可调节的柔性对接充电装置及其对接方法，支持在机器人底盘位姿和导航定位存在一定误差的情况下，保证电极对接紧密贴合，避免多次调整底盘位姿，提高对接效率和可靠性。
4.在一个实施例中，本发明提供了一种可调节的柔性对接充电装置，包括：
5.柔性对接头，包括在电极对接时伸缩浮动的柔性伸缩电极；
6.位置调节组件，与所述柔性对接头连接，用以对所述柔性对接头的纵向、横向和高度三个方向上的位置进行调整。
7.本发明利用柔性对接头可实现充电对接电极的自适应浮动调整，提高充电对接效率和对接可靠性；本发明利用位置调节组件在纵向、横向和高度三个方向上的移动调节性能可实现机器人一次定位即可满足充电对接要求，弥补机器人姿态倾斜误差，简化充电对接逻辑；本发明支持在机器人底盘位姿和导航定位存在一定误差的情况下，保证电极对接紧密贴合，避免多次调整底盘位姿，提高对接效率和可靠性，解决了移动机器人自主充电对接中过于依赖导航定位精度、电极刚性接触可靠性差、位姿调整逻辑复杂对接效率低下的问题。
8.在一个实施例中，在所述柔性伸缩电极包括：
9.伸缩弹性元件；
10.两对接电极块，在内部伸缩弹性元件的支撑下，在正面受压时前后伸缩浮动，并待压缩至预定位置时，处于充电对接完成状态。
11.在一个实施例中，所述柔性伸缩电极还包括：
12.电极安装座，具有装载两对接电极块的通槽；
13.安装背板，固定连接在所述电极安装座上远离两接收电极块的一端部上；
14.限位轴，配合所述安装背板以用于限制所述伸缩弹性元件轴向运动，其一端固定连接在相对应的各个对接电极块上远离接收电极块的一端部上而另一端活动地朝着所述安装背板延伸；以及
15.其中，所述伸缩弹性元件安装在两对接电极块上远离各自接收电极块的一端部上。
16.在一个实施例中，所述电极安装座在靠近两接收电极块的一端部上安装有对接检测元件；
17.所述伸缩弹性元件收缩至所述预定位置时，触发所述对接检测元件，电源与两对接电极块接通，两对接电极块与两接收电极块正向面接触。
18.在一个实施例中，所述柔性对接头还包括铰接旋转机构，在电极对接时旋转摆动自适应。
19.在一个实施例中，所述铰接旋转机构包含旋转轴和浮动弹性元件，当电极对接角度存在偏差时，所述柔性对接头绕旋转轴转自适应，使得电极接触面贴合并在浮动弹性元件的作用下保持该状态。
20.在一个实施例中，所述铰接旋转机构还包括：
21.导向支架，通过所述旋转轴与所述安装背板水平转动连接；以及
22.所述浮动弹性元件设置在所述导向支架和所述安装背板之间；
23.在两对接电极块受力倾斜时，所述安装背板沿着所述旋转轴水平转动，在这过程中，所述浮动弹性元件伸缩浮动。
24.在一个实施例中，所述位置调节组件包括纵向调节组件、横向调节组件和高度调节组件，三者分别驱动所述柔性对接头在纵向、横向、高度方向上移动。
25.在一个实施例中，所述横向调节组件通过驱动所述纵向调节组件在横向上移动，而所述纵向调节组件与所述柔性对接头固定连接，通过采取这样的方式，达到所述柔性对接头在横向上移动的目的。
26.在一个实施例中，所述纵向调节组件包括：
27.纵向基座；
28.纵向移动组件，纵向移动连接在所述纵向基座上且与所述柔性对接头固定连接；
29.纵向传动机构；
30.纵向驱动组件，通过所述纵向传动机构与所述纵向移动组件连接，其通过驱动所述纵向传动机构使得所述纵向移动组件在所述纵向基座上纵向来回移动，通过采取这样的方式，达到所述柔性对接头在纵向上移动的目的。
31.在一个实施例中，所述纵向基座具有位于两侧且相互平行的两个纵向直线导轨；
32.所述纵向移动组件包括两个纵向滑块和一个对接头支撑板，各个纵向滑块分别滑动连接在各个所对应的所述纵向基座的纵向直线导轨上，对接头支撑板固定连接在所述两个纵向滑块的顶部上且在其顶部固定连接所述柔性对接头；
33.所述纵向驱动组件安装在所述纵向基座上且通过所述纵向传动机构与所述对接头支撑板连接，其通过驱动所述纵向传动机构并联动所述对接头支撑板，使得所述两个纵向滑块在所述两个纵向直线导轨上纵向来回滑动，通过采取这样的方式，达到所述柔性对接头在纵向上移动的目的。
34.在一个实施例中，所述纵向传动机构包括：
35.丝杆，平行于所述纵向滑块在所述纵向基座上的纵向滑动轨迹；
36.联轴器，将所述丝杆与所述纵向驱动组件固定连接，以此，将所述纵向驱动组件的
旋转运动传递至所述丝杆；以及
37.螺母，套装在所述丝杆上且在顶部与所述对接头支撑板固定连接。
38.在一个实施例中，所述纵向直线导轨的正负纵向的极限位置上各设置有纵向检测元件。
39.在一个实施例中，所述横向调节组件包括：
40.横向基座；
41.横向移动组件，横向移动连接在所述横向基座上且与所述纵向调节组件固定连接；
42.横向传动机构；
43.横向驱动组件，与所述横向移动组件固定连接并通过所述横向传动机构与所述横向基座连接，其通过驱动所述横向传动机构，使得所述横向移动组件在所述横向基座上横向来回移动，相应地，所述纵向调节组件也同时横向来回移动，通过采取这样的方式，达到所述柔性对接头在横向上移动的目的。
44.在一个实施例中，所述横向基座具有位于其两侧的两个横向直线导轨；
45.所述横向移动组件包括两组横向滑块、固定在各组横向滑块的顶部上的横向支撑板以及型材框架，所述各组横向滑块滑动连接在所述横向基座的横向直线导轨上，所述型材框架将所述横向支撑板与所述纵向调节组件固定连接；
46.所述横向驱动组件固定连接在所述横向支撑板上且通过所述横向传动机构与所述横向基座连接，并且，其通过驱动所述横向传动机构，使得所述两组横向滑块在所述两个横向直线导轨上横向来回滑动，通过采取这样的方式，达到所述柔性对接头在横向上移动的目的。
47.在一个实施例中，所述横向传动机构包括：
48.齿条，平行于所述横向滑块在所述横向基座上的横向移动轨迹且固定连接在所述横向基座上；
49.主动齿轮，安装在所述横向驱动组件的输出轴上且与所述齿条啮合。
50.在一个实施例中，所述横向直线导轨的正负横向的极限位置上各设置有横向检测元件。
51.在一个实施例中，所述高度调节组件采用在所述横向调节组件的边角位置各布置一个用于调节对应位置高度的脚杯底座。
52.在一个实施例中，提供了一种可调节的柔性对接充电装置的对接方法，包括如下步骤：
53.步骤一，通过位置调节组件调节柔性对接充电装置高度，直到柔性对接头中柔性伸缩电极的对接电极块与移动机器人本体上相对应的接收电极块在高度方向上对齐；
54.步骤二，将移动机器人行驶至柔性对接充电装置的正纵向位置，以达到充电预设点；
55.步骤三，识别柔性对接头在横向上的位置是否在准确对接范围内；若其横向上的位置在准确对接范围内，则执行步骤四；若其横向上的位置不在准确对接范围内，通过位置调节组件带动柔性对接头在横向上移动，一旦判断其在横向上的位置达到准确对接的范围内，停止位置调节组件作业，并开始执行步骤四；
56.步骤四，通过位置调节组件带动柔性对接头在正纵向上移动，靠近并自适应浮动贴紧移动机器人的接收电极块，柔性对接头中柔性伸缩电极在电极对接时伸缩浮动并在挤压向内收缩至极限位置后，位置调节组件停止作业，对接成功。
57.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明：
58.通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本发明的教导，其中：
59.图1为本发明一实施例中柔性对接充电装置的整体结构示意图；
60.图2为本发明一实施例中柔性对接头的侧面剖视图；
61.图3为本发明一实施例中纵向调节组件的结构示意图；
62.图4为本发明一实施例中横向调节组件的结构示意图；
63.图5为本发明一实施例中充电对接应用举例示意图；
64.图6为本发明一实施例中充电对接方法流程图；
65.图7为本发明一实施例中充电对接倾斜位姿举例示意图；
66.为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中相同的元件。
具体实施方式：
67.为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
68.在本发明公开了一种可调节的柔性对接充电装置，适用于移动机器人31采取电极片式进行自主充电。
69.图1示出了本发明在一实施例中公开的一种可调节的柔性对接充电装置，包括：柔性对接头1。
70.柔性对接头1包括在电极对接时伸缩浮动的柔性伸缩电极；
71.位置调节组件与柔性对接头1连接，用以对柔性对接头1的纵向、横向和高度三个方向上的位置进行调整。
72.本实施例中的可调节的柔性对接充电装置利用柔性对接头1可实现充电对接电极的自适应浮动调整，提高充电对接效率和对接可靠性；其利用位置调节组件在纵向、横向和高度三个方向上的移动调节性能可实现机器人一次定位即可满足充电对接要求，弥补机器人姿态倾斜误差，简化充电对接逻辑；本实施例中的可调节的柔性对接充电装置支持在机器人底盘位姿和导航定位存在一定误差的情况下，保证电极对接紧密贴合，避免多次调整底盘位姿，提高对接效率和可靠性，解决了移动机器人31自主充电对接中过于依赖导航定位精度、电极刚性接触可靠性差、位姿调整逻辑复杂对接效率低下的问题。
73.如图2所示，在一个实施例中，在柔性伸缩电极包括：伸缩弹性元件6，该伸缩弹性
元件6包括但不限于弹簧、弹片、阻尼器等。
74.两对接电极块4在内部伸缩弹性元件6的支撑下，在正面受压时前后伸缩浮动，并待压缩至预定位置时，处于充电对接完成状态。
75.如图2所示，在一个实施例中，柔性伸缩电极还包括：电极安装座33，该接收电极安装座33大致呈长方体状，且竖直放置。在其他实施例中，接收电极安装座33以是其他形状，例如，该接收电极安装座33大致呈正方体状。
76.电极安装座33具有装载两对接电极块4的通槽，该通槽数量为两个均由电极安装座33的左侧壁向右侧壁贯通形成，通槽的横截面呈长方形，该两个通槽相互平行、上下间隔布置且内部分别放置两对接电极块4，对接电极块4的左侧壁凸出通槽的左槽口。
77.安装背板34固定连接在电极安装座33上远离两接收电极块29的一端部(即电极安装座33的右端部)上；
78.限位轴35配合安装背板34以用于限制伸缩弹性元件6轴向运动，其一端固定连接在相对应的各个对接电极块4上远离接收电极块29的一端部(即对接电极块4的右端部)上而另一端活动地朝着安装背板34延伸；以及
79.其中，伸缩弹性元件6安装在两对接电极块4上远离各自接收电极块29的一端部(即对接电极块4的右端部)上。伸缩弹性元件6可以采用弹簧，而限位轴35穿过该伸缩弹性元件6，并依靠安装背板34和对接电极块4形成对限位轴35的活动限制，进而达到对伸缩弹性元件6的运动限制。具体地，在柔性对接头1中，对接电极块4在伸缩弹性元件6的支持下沿通槽布置，在受到负纵向(-x轴方向)的压力是向内压缩。
80.如图2所示，在一实施例中，电极安装座33在靠近两接收电极块29的一端部(即电极安装座33的左端部)上安装有对接检测元件5。
81.对接检测元件5布置在对接电极块4附近，当对接电极块4向内压缩到预定位置，此时伸缩弹性元件6收缩至预定位置时，触发对接检测元件5，上报到位信息，电源与两对接电极块4接通，两对接电极块4与两接收电极块29正向面接触。
82.如图2所示，在一个实施例中，柔性对接头1还包括铰接旋转机构，在电极对接时旋转摆动自适应。
83.如图2所示，在一个实施例中，铰接旋转机构包含旋转轴7和浮动弹性元件8，当电极对接角度存在偏差时，柔性对接头1绕旋转轴7转自适应，保证电极接触面贴合，并在浮动弹性元件8的作用下保持。
84.如图2所示，在一个实施例中，铰接旋转机构还包括：导向支架9。
85.导向支架9通过旋转轴7与安装背板34水平转动连接(具体地，在安装背板34的背部邻近上下端位置处共固定连接有两个带有转动孔的第一轴座，在导向支架9的正部邻近上下端位置处共固定连接有两个带有转动孔的第二轴座，其中，两个第一轴座与两个第二轴座位置相对应但相邻两个第一轴座和第二轴座上下错开，旋转轴7的上下端各穿过第一轴座、第二轴座)；以及
86.浮动弹性元件8设置在导向支架9和安装背板34之间(具体地，浮动弹性元件8的一端与安装背板34的背部固定连接而另一端与导向支架9的正部固定连接)。
87.在正负极电极块受力倾斜时，安装背板34沿着旋转轴7水平转动，在这过程中，浮动弹性元件8伸缩浮动。浮动弹性元件8可以采用弹簧、弹片和阻尼器等。
88.如图1所示，在一个实施例中，位置调节组件包括纵向调节组件2、横向调节组件3和高度调节组件，三者分别驱动柔性对接头1在纵向、横向、高度方向上移动，以此，由位置调节组件完成对柔性对接头1的空间位置调节。
89.如图1所示，在一个实施例中，横向调节组件3通过驱动纵向调节组件2在横向上移动，而纵向调节组件2与柔性对接头1固定连接，通过采取这样的方式，达到柔性对接头1在横向上移动的目的。
90.如图3所示，在一个实施例中，纵向调节组件2包括：纵向基座32，纵向基座32即在x轴方向上延伸的基座，大致呈长方体状。
91.纵向移动组件纵向移动连接在纵向基座32上且与柔性对接头1固定连接，该纵向移动组件即在纵向基座32的x轴方向上移动的组件。
92.纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15通过纵向传动机构与纵向移动组件连接，其通过驱动纵向传动机构使得纵向移动组件在纵向基座32上纵向来回移动，通过采取这样的方式，达到柔性对接头1在纵向上移动的目的。该纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15为纵向移动组件在纵向基座32上移动提供动力。
93.如图3所示，在一个实施例中，纵向基座32具有位于两侧且相互平行的两个纵向直线导轨10；纵向直线导轨10在纵向基座32上沿着x轴方向延伸。
94.纵向移动组件包括两个纵向滑块13和一个对接头支撑板14，各个纵向滑块13分别滑动连接在各个所对应的纵向基座32的纵向直线导轨10上，对接头支撑板14固定连接在两个纵向滑块13的顶部上且在其顶部采用如螺钉连接的方式固定连接柔性对接头1；
95.纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15安装在纵向基座32上且通过纵向传动机构与对接头支撑板14连接，其通过驱动纵向传动机构并联动对接头支撑板14，使得两个纵向滑块13在两个纵向直线导轨10上纵向来回滑动，通过采取这样的方式，达到柔性对接头1在纵向上移动的目的。
96.如图3所示，在一个实施例中，纵向传动机构包括：丝杆11。
97.丝杆11平行于纵向滑块13在纵向基座32上的纵向滑动轨迹；
98.联轴器17将丝杆11与纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15固定连接，具体地，联轴器17的一端与丝杆11固定连接而另一端与纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15的输出轴固定连接，以此，将纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15的旋转运动传递至丝杆11；以及螺母16套装在丝杆11上且在顶部与对接头支撑板14固定连接。
99.纵向滑块13可沿纵向直线导轨10做直线运动，当丝杆11做旋转运动时，螺母16在纵向滑块13的支撑下，带动对接头支撑板14沿丝杆11做直线运动，同时柔性对接头1与对接头支撑板14之间通过螺钉连接，从而达到在x轴的方向上调节柔性对接头1位置的目的。
100.如图3所示，在一个实施例中，纵向直线导轨10的正负纵向的极限位置上各设置有纵向检测元件(伸缩检测元件)12。
101.在纵向直线导轨10两端，纵向运动的 x和-x方向的极限位置处各安装有一个纵向检测元件(伸缩检测元件)12，纵向调节组件2执行充电对接作业时，若对接成功，接收到来自对接检测元件5上报的信息，则停止纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15的驱动动作，若持续未接收到来自对接检测元件5上报的对接成功的信息，则柔性对接头1持续向 x方向前伸，直到纵向滑块13到达 x极限位置，纵向检测元件(伸缩检测元件)12被触发并上报到位信
息，纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15反向运转，收回柔性对接头1，直到纵向滑块13到达-x极限位置，在该位置上的纵向检测元件(伸缩检测元件)12被触发并上报到位信息，纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15停止驱动，代表充电对接未完成，柔性对接头1回归初始位置。
102.如图4所示，在一个实施例中，横向调节组件3包括：横向基座26，横向基座26即在y轴方向上延伸的基座。
103.横向移动组件横向移动连接在横向基座26上且与纵向调节组件2固定连接；
104.横向驱动组件23与横向移动组件固定连接并通过横向传动机构与横向基座26连接，其通过驱动横向传动机构，使得横向移动组件在横向基座26上横向来回移动，相应地，纵向调节组件2也同时横向来回移动，通过采取这样的方式，达到柔性对接头1在横向上移动的目的。
105.如图4所示，在一个实施例中，横向基座26具有位于其两侧的两个平行横向直线导轨19；横向直线导轨19在横向基座26上沿着y轴方向延伸
106.横向移动组件包括两组横向滑块20、固定在各组横向滑块20的顶部上的横向支撑板21以及型材框架22，其中，型材框架22由杆件构建而成的长方体框架，各组横向滑块20滑动连接在横向基座26的横向直线导轨19上，型材框架22将横向支撑板21与纵向调节组件2固定连接；该横向驱动组件23为横向移动组件在横向基座26上移动提供动力。
107.横向驱动组件23固定连接在横向支撑板21上且通过横向传动机构与横向基座26连接，并且，其通过驱动横向传动机构，使得两组横向滑块20在两个横向直线导轨19上横向来回滑动，通过采取这样的方式，达到柔性对接头1在横向上移动的目的。
108.如图4所示，在一个实施例中，横向传动机构包括：齿条25。
109.齿条25平行于横向滑块20在横向基座26上的横向移动轨迹且固定连接在横向基座26上；
110.主动齿轮24安装在横向驱动组件23的输出轴上且与齿条25啮合。横向驱动组件23如采用电机。
111.当横向驱动组件23开始工作，带动主动齿轮24旋转，通过主动齿轮24与齿条25的啮合关系带动横向支撑板21沿横向直线导轨19在y轴方向上移动。同时纵向调节组件2通过型材框架22与横向支撑板21连接，从而达到在y轴的方向上调节柔性对接头1位置的目的。
112.如图4所示，在一个实施例中，横向直线导轨19的正负横向的极限位置上各设置有横向检测元件18。
113.在横向直线导轨19的两端，横向移动的 y和-y方向的极限位置处各安装有一个横向检测元件18，当横向移动滑块运动至极限位置时触发横向检测元件18，上报到位信息，改变横向驱动组件23的驱动方向，从而带动纵向调节组件2和柔性对接头1在 y和-y方向往复运动，供接收端识别和判断柔性对接头1的位置，并在合适位置发信号停止横向驱动组件23的驱动作业。
114.如图4所示，在一个实施例中，高度调节组件采用在横向调节组件3的边角位置各布置一个用于调节对应位置高度的脚杯底座27。
115.每个脚杯底座27均可在一定范围内调节对应位置的高度，实现整个柔性对接充电装置在z轴方向上的调整自由度，在布置充电桩装置时通过调整脚杯底座27后固定。
116.如图5—6所示，在一实施例中，提供了一种可调节的柔性对接充电装置的对接方
法，包括如下步骤：
117.步骤一，将该柔性对接充电装置安装至指定位置，通过位置调节组件(例如脚杯底座27)调节柔性对接充电装置高度，直到柔性对接头1中柔性伸缩电极的对接电极块4与移动机器人31本体上相对应的接收电极块29在高度方向(z轴方向)上对齐；
118.步骤二，将移动机器人31行驶至柔性对接充电装置的正纵向( x轴方向)位置，以达到充电预设点；
119.步骤三，移动机器人31通过自身的定位采集传感器30识别柔性对接头1在y轴方向的位置是否在可准确对接范围内，若位置准确，则执行步骤四；若不在准确位置，则发送指令，启动横向驱动组件23，通过控制主动齿轮24和齿条25的啮合带动柔性对接头1在y轴方向移动，并在触发横向检测元件18时更换驱动方向，期间定位采集传感器30实时检测柔性对接头1在y轴方向的位置，一旦判断到达准确位置，则发送指令停止横向驱动组件23作业，开始执行步骤四，当 y和-y方向的横向检测元件18各被触发一次后柔性对接头1仍为到达准确位置，说明移动机器人31在y轴方向上的导航误差过大，判断为异常情况，需调整移动机器人31位置，重新执行步骤二；
120.步骤四：发送指令启动纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15带动联轴器17驱动丝杆11旋转，通过丝杆11与螺母16的啮合带动柔性对接头1向 x轴方向移动，靠近并自适应浮动贴紧接收电极组件28，对接电极块4受到接收电极块29的挤压向内收缩，当对接电极块4收缩到极限位置后，对接检测元件5被触发，上报到位状态，纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15停止作业，对接成功，开始充电。若直到 x轴方向的纵向检测元件(伸缩检测元件)12被触发也没有接收到来自对接检测元件5上报的到位信息，则说明移动机器人31在x轴方向上的导航误差过大，判断为异常情况，需调整移动机器人31位置，重新执行步骤二，此时纵向驱动组件(伸缩驱动组件)15反向驱动，柔性对接头1回缩，直到触发-x方向的纵向检测元件(伸缩检测元件)12时停止驱动，柔性对接头1在原位等待下一次对接指令。
121.另外，如图7所示，当因移动机器人31导航精度或其他原因导致柔性对接头1与接收电极组件28之间存在角度偏转时，柔性对接头1在与接收电极组件28接触受到挤压时，可绕旋转轴7自适应旋转，保证柔性对接头1的对接电极块4与接收电极组件28的接收电极块29接触面贴合紧密，浮动弹性元件8可为其提供缓冲和保持力。
122.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。