本发明专利技术公布了一种用于室内安保机器人的电池自动更换装置，包括支撑机构、电源模块、通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块，传感单元包括红外测距模块、电子罗盘模块和红外探测电路模块，通信控制单元由微控制器分别与存储器和无线收发模块连接构成，执行模块包括助定位机构、推拉机构、装卸机构、充电机构和电池置换机构。本发明专利技术在传统充电座的基础上，增加了主动更换电池的功能，使这一充电座更智能化，实用性更强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及安保机器人的电池跟换装置，特别涉及需要长时间连续工作的移动安保机器人的电池跟换装置。
技术介绍
家用安保机器人在室内无人的情况下，能够进行自主巡逻，主人可随时从电脑或手机客户端远程观察家中情况。当机器人巡逻发现室内有异常情况时，第一时间记录并上传到网络客户端，同时通过其他手段进行报警。目前的家用安保机器人基本能完成自主行走、主动巡视、自动避障和路径规划以及多途径报警功能，但影响安保机器人的发展而需亟待解决的一个问题是——机器人因电量有限，致使正常工作时间过短，无法满足长时间连续移动监控工作的需要。传统的延长机器人工作时间有以下两种方法第一，加大电池电压，可是高容量电池的大体积和大重量都会降低机器人活动的灵活性，而且增大了机器人的能耗，该方法收效甚微；第二，采取机器人自主充电法，当机器人电力不足时，寻找充电器自主充电。然而在长时间的充电过程中，机器人仍不能执行安保工作，其正常工作时间还是大打折扣，问题得不到根本解决。本专利技术提出了一种新方法来解决这个问题设计一种新型的可自动更换电池的充电座，当机器人电力不足返回充电座时，充电座卸下机器人低电量电池放入充电座进行充电，以备后用；然后给机器人更换上饱和电池，让其继续正常工作， 一举两得。对比之下，这种方法明显优于前两者，延长了安保机器人持续工作时间，保证了安保机器人活动的灵活性，发挥了机器人的最大工作效能。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的缺陷克服家用安保机器人自带电池供电时间有限，导致机器人持续工作时间短的问题，提供一种用于室内安保机器人的电池自动更换直ο本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术一种用于室内安保机器人的电池自动更换装置，包括支撑机构、电源模块、通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块，传感单元包括红外测距模块、电子罗盘模块和红外探测电路模块，通信控制单元由微控制器分别与存储器和无线收发模块连接构成，执行模块包括助定位机构、推拉机构、装卸机构、充电机构和电池置换机构，电源模块为通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块供电，红外测距模块和电子罗盘模块采集待充电机器人实时的位置信息，红外探测电路模块采集待充电机器人实时的充电情况；通信控制单元发送控制指令至执行模块和接收传感单元采集的信息；支撑机构支撑整个自动更换装置，且承载系统工作时向外作用的机械力；助定位机构用来辅助机器人在充电座正前方的定位，其双臂钩住机器人；推拉机构和装卸机构配合工作，前者负责将饱和电池送至机器人身上或者将低电量电池送至充电座的电池盒卡槽上，后者是唯一与机器人有直接接触的机构，负责从机器人身上或者充电座上卸载、安装电池，这两个机构在一次工作过程中被四次启动；电池置换机构负责将机器人正前方的低电量电池置换为饱和电池，等待装卸机构执行回放电池的工作。所述助定位机构由左钩臂、右钩臂、轴承、右齿轮、左齿轮、盘齿轮、连轴杆、助定位驱动舵机和驱动齿轮组组成，驱动齿轮组在舵机的带动下旋转；盘齿轮与从驱动齿轮被同轴固定在连轴杆上，其在从驱动齿轮的带动下旋转；右齿轮与盘齿轮啮合转动；左齿轮在右齿轮的作用下也转动；而左右齿轮分别固定在左钩臂和右钩臂上，左右钩臂也会旋转，伸出电池盒卡槽与机器人对接；两只钩臂同时旋转拉住机器人，使机器人正对着自动更换装置。所述推拉机构由推拉丝杆、推拉螺母、悬梁轴、推拉齿轮组和推拉驱动电机组成， 电机驱动齿轮转动；齿轮固定在丝杆上，丝杆也发生转动；螺母一侧被悬梁轴固定不能自由转动，螺母的内螺纹与丝杆的外螺纹咬合，螺母沿着丝杆前进即旋转运动转化成直线运动。所述装卸机构由抓柄、抓柄转盘、装卸驱动舵机和舵机架组成，抓柄固定于抓柄转盘上，抓柄转盘与装卸驱动舵机旋转连接，装卸驱动舵机固定于舵机架上。所述电池置换机构由置换丝杠、减速齿轮组、减速电机、置换螺母、支撑座和支撑轴组成，减速电机和齿轮组组合成电池置换机构的驱动机构；长度不小于电池盒卡槽宽度的三倍的置换丝杠，在齿轮组的带动下等速转动；带有内螺纹的螺母发生左右移动，推动支撑座和电池盒卡槽左右滑动。所述充电机构由绝缘电池盒卡槽、两片电极、两只簧片组成，两个电池盒卡槽分别放置一个饱和电池盒和一个待充电的低电量电池盒，电池盒外壳成半框形左右两面上的长弧形窗口用来绑定电池盒；两片簧片具有弹性和导电性。本专利技术具有如下有益效果(1)本专利技术在传统充电座的基础上，增加了主动更换电池的功能，使这一充电座更智能化，实用性更强。(2)本专利技术设计的机器人电池盒，轻便的质量提高了机器人的灵活度，减小了充电座的负载，特殊的结构简化了固定电池盒的问题。(3)本专利技术通过丝杆、减速直流电机和齿轮组的组合，把电机输出的圆周运动转变成直线运动，缩短了更换电池时间；齿轮组的减速比能获得较大的载重能力，适当地降低了丝杆的转动速度，增加了系统的稳定性和可靠性。(4)本专利技术增加的助定位功能使得该充电座多功能化，同时可以弥补机器人定位偏离的问题，而且该定位机构可以自主控制转动角度，在不同区域内扭正机器人并拉回。(5)本专利技术采用盘齿与舵机的齿轮组结合获得大扭矩，盘齿带动助定位齿轮组同时转动，实现双钩臂同时张开或收回，减小了误差。(6)本专利技术提供了一组备用电池，可以及时给电量不足的机器人更换电池，而且最大化节约了充电座空间。(7)本专利技术所设计的装卸机构高度可以针对不同的机器人自主灵活调节，扩大了充电座的适用范围。(8)本专利技术所设计的双弹片式电池盒卡槽，减小了拖拉电池盒的阻力，也使电池盒卡槽电极与电池盒电极充分接触，保障了充电功能；同时这一设计降低了充电座的电池盒4与机器人电池盒高度匹配的要求。附图说明图1是本专利技术实施例的结构框图。图2是本专利技术实施例的装配图。图3是本专利技术实施例的助定位机构装配图。图4是本专利技术实施例的推拉机构装配图。图5是本专利技术实施例的推拉机构和装卸机构装配图。图6是本专利技术实施例的装卸机构工作原理图。图7是本专利技术实施例的电池置换机构装配图。图8是本专利技术实施例的电池盒卡槽结构图。图9是本专利技术的系统总体框图。具体实施例方式参照图1，该充电座由电源模块、通信控制单元、传感单元、支撑机构、驱动机构、助定位机构、推拉机构、装卸机构、充电机构和电池置换机构组成。各分支机构工作分配如下 电源模块为充电座的各单元提供工作电源；传感器单元用于收集待充电机器人实时的位置信息与充电情况；通信控制单元用于发送和接收信息，控制充电座的助定位机构和机器人之间动作的配合；支撑机构(图2-1与图2-2所示)支撑整个系统，且承载系统工作时向外作用的机械力；助定位机构(图3)用来辅助机器人在充电座正前方的定位，其双臂钩住机器人，既可以防止机器人的偏向，又可以在整个更换电池过程中固定机器人，防止其前后滑动；推拉机构(图4)和装卸机构(图5)配合工作，前者负责将饱和电池送至机器人身上或者将低电量电池送至充电座的电池盒卡槽上(图9 )，后者是唯一与机器人有直接接触的机构， 负责从机器人身上或者充电座上卸载、安装电池，这两个机构在一次工作过程中被四次启动；电池置换机构(图8)负责将机器人正前方的低电量电池置换为饱和电池，等待装卸机构执行回放电池的工作。该充电座的自动装卸电池功能可以帮助家用安保机器人无限延长工作时间，克服电池电量过小导致的工作间断、电池过重引起的机本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于室内安保机器人的电池自动更换装置，其特征在于包括支撑机构、电源模块、通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块，传感单元包括红外测距模块、电子罗盘模块和红外探测电路模块，通信控制单元由微控制器分别与存储器和无线收发模块连接构成，执行模块包括助定位机构、推拉机构、装卸机构、充电机构和电池置换机构，电源模块为通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块供电，红外测距模块和电子罗盘模块采集待充电机器人实时的位置信息，红外探测电路模块采集待充电机器人实时的充电情况；通信控制单元发送控制指令至执行模块和接收传感单元采集的信息；支撑机构支撑整个自动更换装置，且承载系统工作时向外作用的机械力；助定位机构用来辅助机器人在充电座正前方的定位，其双臂钩住机器人；推拉机构和装卸机构配合工作，前者负责将饱和电池送至机器人身上或者将低电量电池送至充电座的电池盒卡槽上，后者是唯一与机器人有直接接触的机构，负责从机器人身上或者充电座上卸载、安装电池，这两个机构在一次工作过程中被四次启动；电池置换机构负责将机器人正前方的低电量电池置换为饱和电池，等待装卸机构执行回放电池的工作。
【技术特征摘要】
1.一种用于室内安保机器人的电池自动更换装置，其特征在于包括支撑机构、电源模块、通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块，传感单元包括红外测距模块、电子罗盘模块和红外探测电路模块，通信控制单元由微控制器分别与存储器和无线收发模块连接构成，执行模块包括助定位机构、推拉机构、装卸机构、充电机构和电池置换机构，电源模块为通信控制单元、传感单元、驱动模块和执行模块供电，红外测距模块和电子罗盘模块采集待充电机器人实时的位置信息，红外探测电路模块采集待充电机器人实时的充电情况；通信控制单元发送控制指令至执行模块和接收传感单元采集的信息；支撑机构支撑整个自动更换装置，且承载系统工作时向外作用的机械力；助定位机构用来辅助机器人在充电座正前方的定位，其双臂钩住机器人；推拉机构和装卸机构配合工作，前者负责将饱和电池送至机器人身上或者将低电量电池送至充电座的电池盒卡槽上，后者是唯一与机器人有直接接触的机构，负责从机器人身上或者充电座上卸载、安装电池，这两个机构在一次工作过程中被四次启动；电池置换机构负责将机器人正前方的低电量电池置换为饱和电池，等待装卸机构执行回放电池的工作。2.根据权利要求1所述的一种用于室内安保机器人的电池自动更换装置，其特征在于所述助定位机构由左钩臂(3-1)、右钩臂(3-2 )、轴承(3-3 )、右齿轮(3-5 )、左齿轮(3_4)、盘齿轮(3-6)、连轴杆(3-7)、助定位驱动舵机(3-8)和驱动齿轮组(3-9)组成，驱动齿轮组在舵机的带动下旋转；盘齿轮与从驱动齿轮被同轴固定在连轴杆上，其在从驱动齿轮的带动下旋转；右齿轮与盘齿轮啮合转动；左齿轮在右齿轮的作用下也转动；而左右齿轮分别固定在左钩臂和右钩臂上，左右钩臂也会旋转，伸出电...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋光明，孟田华，王辉，牛艳鹏，张军，张继梅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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