用于移动机器人的有线通讯装置和系统

摘要

本发明公开了一种用于移动机器人的有线通讯装置，包括后安装支架、前安装支架和母头连接座，所述后安装支架和前安装支架在相对的面上均设置有连接轴，两所述连接轴上过盈设置有弹性悬臂，所述前安装支架上设置有探针头，所述母头连接座上设置有与探针头匹配的探针片，所述前安装支架和母头连接座上分别设置有与探针头和探针片相对位置一致且磁性相反的磁性件。一种用于移动机器人的有线通讯系统，包括有线通讯装置、充电桩和机器人。其能够实现移动端和固定端的高精度自动对接，耐久性好，使用寿命高，解决了保密通讯下的自动生产需求。

权利要求

1.一种用于移动机器人的有线通讯装置，其特征在于：包括后安装支架、前安装支架和母头连接座，所述后安装支架和前安装支架在相对的面上均设置有连接轴，两所述连接轴上过盈设置有弹性悬臂；所述前安装支架上设置有探针头，所述母头连接座上设置有与所述探针头匹配的探针片；所述前安装支架上设置有第一磁性件，所述母头连接座上设置有第二磁性件，所述第一磁性件与第二磁性件的磁性相反，且所述第一磁性件与所述探针头的相对位置和所述第二磁性件与探针片的相对位置一致；

还包括导向杆，所述导向杆的两端分别滑动设置在所述后安装支架和前安装支架上，所述导向杆与所述弹性悬臂共轴设置；

所述弹性悬臂设置为弹簧，所述弹簧的两端分别过盈套设在两个连接轴上，所述连接轴内开设有销孔，所述销孔内设置有销钉，所述销钉的外径小于销孔和弹簧的内径，所述销钉滑动设置在销孔内；

所述销钉的小头端穿过前安装支架上的连接轴，且大头端留于对接侧，所述前安装支架上固定设置卡片，所述卡片抵接所述销钉的大头端，所述销钉的小头端在穿出所述后安装支架的连接轴后与螺母或者卡簧连接；

还包括弹性浮动模块，所述弹性浮动模块包括大摇摆头、小摇摆头和连接支架，所述大摇摆头和小摇摆头同轴铰接在固定端，所述后安装支架设置在连接支架上，所述母头连接座设置在移动端。

2.如权利要求1所述的用于移动机器人的有线通讯装置，其特征在于：所述销钉的外径设置为弹簧内径的三分之一至二分之一。

3.如权利要求1所述的用于移动机器人的有线通讯装置，其特征在于：所述前安装支架上设置有公头连接座，所述公头连接座上开设探针头孔，所述探针头孔内设置探针座，所述探针座内由内而外依次设置探针弹件和探针头。

4.如权利要求1所述的用于移动机器人的有线通讯装置，其特征在于：所述探针头设置为黄铜探针头，且所述黄铜探针头采用镀金或者镀镍工艺处理表面；所述探针片设置为黄铜探针片，所述黄铜探针片采用镀金或者镀镍工艺处理表面。

说明书

用于移动机器人的有线通讯装置和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及移动机器人的有线通讯技术领域，具体涉及一种用于移动机器人的有线通讯装置，还涉及一种用于移动机器人的有线通讯系统。

背景技术

[0002] 近年来，随着智能制造技术的不断丰富和发展，越来越多的生产应用逐步替换为自动化和无人化生产。基于激光SLAM导航技术的移动机器人IGV(Intelligent Guided Vehicle)在应用环境中在无需铺设磁钉、二维码等辅助导航设备的情况下实现自主导航定位，自动规划路径和自动避障，成为跨工艺生产转运的主要应用载体。移动机器人IGV能实现物料点对点间的自动运输任务，其主要依靠WiFi通讯，利用无线路由接入生产局域网，完成机器人任务的调度。随着5G通讯技术的发展，高带宽、低时延的特性使机器人的响应更快速，应用更为便捷，让机器的电缆“尾巴”成为历史。得益于灵活的通讯，智能的调度，简便的操作，移动机器人IGV逐步成为车间智能搬运的主力军，成为智能工厂的重要组成。

[0003] 在军工和部分大型制造型企业，为保证生产数据的安全性，无线网络信息传输不被允许，机器人只能使用近场红外通讯或有线网络数据传输。

[0004] 红外通讯只能适用近距离传输，距离较远时，无法应用。同时，红外传输属于光通讯传输，易受外部干扰，灰尘、异物遮挡会影响传输的精度。红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。

[0005] 授权公告号为CN108608442B的专利：一种移动机器人无线转有线的通信装置及方法，介绍了一种机器人无线转有线的通讯装置，提出在基于惯性导航机器人上安装通信金属片，与相对地面固定的通讯设备中的金属探针接触，完成通讯数据的传输。该方式简单易实施，双排探针，具有备保效果。该专利虽然有提及通讯设备固定端和移动端均选用柔性材料固定，能够提高对接的灵活性，但该方案容差性较低，会导致对接出现随机性，无法保证对接使用的准确性；同时，柔性材料缺少刚度，随着使用次数的增多，柔性材料塑性变形，降低对接准确性，直至失效，无法对接。综上，上述方案缺乏对接准确性和使用耐久性。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于移动机器人的有线通讯装置和系统，通过合理的结构设计能够实现移动端和固定端的高精度自动对接，耐久性好，使用寿命高，解决了保密通讯下的自动生产需求。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于移动机器人的有线通讯装置，包括后安装支架、前安装支架和母头连接座，所述后安装支架和前安装支架在相对的面上均设置有连接轴，两所述连接轴上过盈设置有弹性悬臂；所述前安装支架上设置有探针头，所述母头连接座上设置有与所述探针头匹配的探针片；所述前安装支架上设置有第一磁性件，所述母头连接座上设置有第二磁性件，所述第一磁性件与第二磁性件的磁性相反，且所述第一磁性件与所述探针头的相对位置和所述第二磁性件与探针片的相对位置一致。

[0008] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括导向杆，所述导向杆的两端分别滑动设置在所述后安装支架和前安装支架上，所述导向杆与所述弹性悬臂共轴设置。

[0009] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述弹性悬臂设置为弹簧，所述弹簧的两端分别过盈套设在两个连接轴上，所述连接轴内开设有销孔，所述销孔内设置有销钉，所述销钉的外径小于销孔和弹簧的内径，所述销钉滑动设置在销孔内。

[0010] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述销钉的外径设置为弹簧内径的三分之一至二分之一。

[0011] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述销钉的小头端穿过前安装支架上的连接轴，且大头端留于对接侧，所述前安装支架上固定设置卡片，所述卡片抵接所述销钉的大头端，所述销钉的小头端在穿出所述后安装支架的连接轴后与螺母或者卡簧连接。

[0012] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述前安装支架上设置有公头连接座，所述公头连接座上开设探针头孔，所述探针头孔内设置探针座，所述探针座内由内而外依次设置探针弹件和探针头。

[0013] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述探针头设置为黄铜探针头，且所述黄铜探针头采用镀金或者镀镍工艺处理表面；所述探针片设置为黄铜探针片，所述黄铜探针片采用镀金或者镀镍工艺处理表面。

[0014] 本发明一个较佳实施例中，进一步包括弹性浮动模块，所述弹性浮动模块包括大摇摆头、小摇摆头和连接支架，所述大摇摆头和小摇摆头同轴铰接在固定端，所述后安装支架设置在连接支架上，所述母头连接座设置在移动端。

[0015] 一种用于移动机器人的有线通讯装置，包括弹性浮动模块、探针头和探针片，所述弹性浮动模块包括大摇摆头、小摇摆头和连接支架，所述大摇摆头和小摇摆头同轴铰接在固定端，所述探针头设置在连接支架上，所述探针片设置在移动端。

[0016] 一种用于移动机器人的有线通讯系统，包括上述有线通讯装置，以及充电桩和机器人。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] 本发明的用于移动机器人的有线通讯装置和系统，能够实现通讯和充电等功能，当机器人完成当前任务或需要充电时，机器人进入充电桩，同时有线通讯装置自动对接，完成基于TCP/IP协议的信息通讯。解决了军工、制造业、数据机房等有通讯保密要求的自动生产需求，配合移动机器人SLAM离线自主导航技术，通过机器人和充电桩有线通讯模块的连接，实现移动机器人与WMS、MES等上层系统的自动对接，进而完成整个生产线的互联互通。对接时准确，耐久性好，使用寿命高。

附图说明

[0019] 图1为本发明优选实施例中用于移动机器人的有线通讯装置的整装示意图；

[0020] 图2为本发明优选实施例中公头模块的整装示意图；

[0021] 图3为本发明优选实施例中公头模块的水平剖视示意图；

[0022] 图4为本发明优选实施例中公头模块的局部爆炸示意图；

[0023] 图5为本发明优选实施例中母头模块的爆炸示意图；

[0024] 图6为本发明优选实施例中母头模块的局部爆炸示意图；

[0025] 图7为本发明优选实施例中弹性浮动模块的整装示意图；

[0026] 图8为本发明优选实施例中用于移动机器人的有线通讯系统的整装示意图；

[0027] 图9为本发明优选实施例中充电桩的整装示意图；

[0028] 图10为本发明优选实施例中机器人的整装示意图；

[0029] 图11为本发明优选实施例中用于移动机器人的有线通讯系统的动作原理示意图。

[0030] 图中标号说明：

[0031] 1‑公头模块，10‑导向罩，11‑后安装支架，110‑连接轴一，12‑前安装支架，120‑连接轴二，121‑卡片，13‑公头连接座，130‑探针头，131‑探针头孔，132‑探针座，133‑探针弹件，134‑公头PCB，14‑公头连接线，15‑弹性悬臂，16‑导向杆，160‑销钉头，17‑第一磁性件。

[0032] 2‑母头模块，20‑母头安装座，200‑卡座，201‑螺钉，202‑固定孔，21‑母头连接座，210‑探针片，211‑探针片孔，212‑母头PCB，22‑母头连接线，23‑第二磁性件。

[0033] 3‑弹性浮动模块，30‑大摇摆头，301‑摇摆槽，31‑小摇摆头，310‑伸缩件，311‑插座，32‑连接支架。

[0034] 4‑充电桩，40‑网线，41‑电源线。

[0035] 5‑机器人，50‑罩壳，51‑声纳，52‑充电口。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0037] 实施例1

[0038] 本实施例公开一种用于移动机器人的有线通讯装置，参照图1～6所示，包括后安装支架11、前安装支架12和母头连接座21。所述后安装支架11和所述前安装支架12在相对的面上均设置有连接轴。两连接轴上过盈设置有弹性悬臂15。所述前安装支架12上设置有探针头130。所述母头连接座21上设置有与所述探针头130匹配的探针片210。所述前安装支架12上设置有第一磁性件17，所述母头连接座21上设置有第二磁性件23，所述第一磁性件17与第二磁性件23的磁性相反，且所述第一磁性件17与所述探针头130的相对位置和所述第二磁性件23与探针片210的相对位置一致。以上优化的结构设计，在使用时，可以将后安装支架11和母头连接座21分别设置在移动端和固定端，或分别设置在移动端和移动端。由于所述前安装支架12与后安装支架11之间是弹性设置的，使得所述探针头130在对接时可自由浮动。所述前安装支架12和母头连接座21接近时，两个磁性件相互吸引；且在两个磁性件之间的磁吸力导引下探针头130无障碍的直插入到探针片210内，减小了对接容差性和对接难度，降低了重复对接精度误差、地面平整度差异、设备安装偏差等因素对对接的影响，且保证了对接后的稳定连接，可靠性强，使用寿命高。

[0039] 具体而言，所述探针头130所在端的结构构成公头模块1。所述探针片210所在端的结构构成母头模块2。所述公头模块1固定于充电桩4上。所述母头模块2固定于机器人5上。所述连接轴包括直径相同的接轴一110和连接轴二120。所述弹性悬臂15的两端分别套设在连接轴一110和连接轴二120上。所述前安装支架12上设置有公头连接座13。所述公头连接座13上设置有公头PCB134和公头连接线14。所述探针头130和公头连接线14均连接于公头PCB134上。所述母头模块2包括母头安装座20。所述母头连接座21通过螺钉201设置在母头安装座20上。所述母头连接座21上开设有探针片孔211。所述探针片210埋设在探针片孔211内。所述母头连接座21上设置有母头PCB212和母头连接线22。所述探针片210和母头连接线
22均连接于母头PCB212上。所述探针头130的外径小于探针片210的内径。所述公头连接线
14和母头连接线22分别连接外部的信号源端或者电源端。磁性件包括位于前安装支架12上的第一磁性件17和位于母头连接座21上的第二磁性件23。所述第一磁性件17与所述探针头
130的相对位置和所述第二磁性件23与探针片210的相对位置一致，其包括所述第一磁性件
17的中心到探针头130的中心的距离和方位，与第二磁性件23的中心到探针头130的中心的距离和方位一致。优选的，所述第一磁性件17和第二磁性件23均具有两个。两个第一磁性件
17分别位于所述公头连接座13的两侧，两个第二磁性件23分别位于母头连接座21的两侧。
所述母头连接座21可以由耐磨尼龙材料加工而成。

[0040] 在另外一些实施例中，对探针片210部分浮动设计，或对探针头130部分和探针片210部分同时浮动设置均在本发明的保护范围内，这里不再累述。

[0041] 为了提高弹性悬臂15的耐用性，避免弹性悬臂15长期使用后塑性变形，本实施例技术方案中，在所述后安装支架11和前安装支架12上滑动设置导向杆16。所述导向杆16与弹性悬臂15共轴设置。共轴设置能够最大程度的减小所述导向杆16对探针头130浮动的限制。

[0042] 具体的，所述弹性悬臂15设置为弹簧。弹簧的两端分别过盈套设在两个连接轴上。所述连接轴内开设有销孔。销钉的外径小于销孔和弹簧的内径。销钉滑动设置在销孔内，确保弹簧的摆动幅度。优选的，销钉的外径设置为弹簧内径的三分之一至二分之一。

[0043] 作为本发明的进一步改进，所述销钉的小头端穿过所述前安装支架12上的连接轴，且大头端留于对接侧。所述前安装支架12上固定设置卡片121。所述卡片121抵接在销钉的大头端。所述销钉的小头端在穿出后安装支架11的连接轴后与螺母或卡簧连接。其能够在前安装支架12被压缩时，仅使销钉向后安装支架11侧穿出，而不从对接侧穿出，保护了对接侧零部件的安全，且往复滑动时不会脱落。

[0044] 为了进一步提高探针头130的浮动性，本实施例技术方案中，所述公头连接座13上开设探针头孔131。所述探针头孔131内设置探针座132。所述探针座132内由内而外依次设置探针弹件133和探针头130。其能够提高探针头130的使用寿命。优选的，所述探针头130可以为圆柱状；其外径也可以由外而内逐渐增大，以起到导向的作用。

[0045] 在一些优选的实施例中，所述探针头130的外径为1.0mm。所述探针弹件133的行程为1.5mm，最大承受力为1.5N。所述探针片210的直径为2.5mm。所述探针头130和探针片210分别具有呈矩形排列的四个。所述探针片210在水平X轴方向孔距为12mm，在竖直Y轴方向孔距为6mm。所述探针头130与探针片210一一对应。当然，所述探针头130和探针片210的尺寸和排布可以根据需要设计，只需要一一对应即可。四组探针头130和探针片210能够分别实现Tranceive Data+、Tranceive Data‑、Receive Data+、Receive Data‑等功能。

[0046] 在一些优选的实施例中，所述探针头130设置为黄铜探针头，且所述黄铜探针头采用镀金或者镀镍工艺处理表面；所述探针片210设置为黄铜探针片，所述黄铜探针片采用镀金或者镀镍工艺处理表面；所述探针座132设置为黄铜探针座，且所述黄铜探针座采用镀金或者镀镍工艺处理表面。黄铜具有较强的耐磨性能，且质软，由黄铜制成的探针头、探针片、探针座具有很好的导电对接特性和耐久性。采用镀金或者镀镍工艺处理表面能够降低表面的化学活性，在潮湿的环境下不会起变化，且能够提高接触可靠性，避免由于接触失效造成连接故障。

[0047] 为了提高安全性，所述后安装支架11上设置导向罩10。所述导向罩10包覆在弹性悬臂15的周圈。所述导向罩10的前侧开设导向口。

[0048] 实施例2

[0049] 本实施例公开一种用于移动机器人的有线通讯装置，参照图1和图7所示，包括弹性浮动模块3、探针头130和探针片210。所述弹性浮动模块3包括大摇摆头30、小摇摆头31和连接支架32。所述大摇摆头30和小摇摆头31同轴铰接在固定端。所述探针头130设置在连接支架32上。所述探针片210设置在移动端。当移动端移动到固定端时，如果移动端是转弯进入，首先小摇摆头31能够在移动端的作用下跟随旋转，完成初步对接，随后大摇摆头30跟随旋转，完成最后的对接，两段对接能够适用更大的角度。配合连接支架32，使探针头130和探针片210对接时具有浮动性。尤其适用于大型的、对接误差较大的对接场合。

[0050] 所述大摇摆头30上设置有摇摆槽301。所述小摇摆头31上设置有凸块。所述凸块位于所述摇摆槽301内。通过所述凸块和摇摆槽的配合能够限制摇摆的角度。其中，所述摇摆槽301可以是扇形的。

[0051] 所述小摇摆头31的两侧设置有伸缩件310，其末端设置有插座311。移动端在进入小摇摆头31时，伸缩件310能够先为大摇摆头30提供旋转的动力，插座311可以通入强电，同时完成通讯和充电，且弱电强电分离。

[0052] 实施例3

[0053] 本实施例公开一种用于移动机器人的有线通讯装置，参照图1～7所示，包括实施例1中的公头模块1、母头模块2和弹性浮动模块3。所述弹性浮动模块3包括大摇摆头30、小摇摆头31和连接支架32。所述大摇摆头30和小摇摆头31同轴铰接在固定端。所述公头模块1设置在连接支架32上，即将后安装支架11设置在连接支架32上。所述母头模块2设置在移动端，即将母头连接座21设置在移动端。当移动端移动到固定端时，如果移动端是转弯进入，首先小摇摆头31能够在移动端的作用下跟随旋转，完成初步对接，随后大摇摆头30跟随旋转，完成最后的对接，两段对接能够适用更大的角度。配合连接支架32，使探针头130和探针片210对接时具有浮动性。尤其适用于大型的、对接误差较大的对接场合。

[0054] 所述大摇摆头30上设置有摇摆槽301。所述小摇摆头31上设置有凸块。所述凸块位于摇摆槽301内。通过所述凸块和摇摆槽的配合，能够限制摇摆的角度。其中，所述摇摆槽301可以是扇形的。

[0055] 所述小摇摆头31的两侧设置有伸缩件310，其末端设置有插座311。移动端在进入小摇摆头31时，伸缩件310能够先为大摇摆头30提供旋转的动力，插座311可以通入强电，同时完成通讯和充电，且弱电强电分离。

[0056] 实施例4

[0057] 本实施例公开一种用于移动机器人的有线通讯系统，参照图1～11所示，包括实施例3中的有线通讯装置、充电桩4和机器人5。

[0058] 所述充电桩4延伸出底板。所述弹性浮动模块3设置在底板上。所述充电桩4上设置有网线40和电源线41。所述机器人5上设置有罩壳50。所述罩壳50上设置有声纳51和与插座311匹配的充电口52。所述罩壳50可以位于机器人5的后端。

[0059] 参照图11所示，当机器人5以一定的角度对接时，通过机器人充电口52的导向调节，所述充电桩4上的弹性浮动模块3能够先跟随旋转，使公头模块1正对机器人5，这样提高公头模块1和母头模块2的对接位置的精准性。当机器人5后退到指定位置时，机器人5上的母头模块2和充电桩的公头模块1通过磁性件相吸，连接对应探针头130和探针片310，随后可以开始传输信息或充电。

[0060] 工作原理：

[0061] 根据实际项目需求，将本发明应用于实际车间生产，工作原理如下所述：

[0062] 移动的机器人5首先通过激光扫描，完成工作环境地图绘制，无任务执行时，机器人5自动驶入充电桩4待命，待命时机器人5可一边充电，一边做有线通讯连接。充电桩4上的公头模块1可以通过网线连接到机器人管理系统(Robot Manager System,简称RMS)，RMS向上可接入MES系统，通过接收MES任务，完成机器人5的任务调度。当有任务指令时，RMS通过网线和有线通讯装置连接，将任务指令传输到机器人5的控制器。机器人5离开充电桩4后断开有线连接，在离线模式下，根据已建立的运行地图，自主前往指定位置执行任务，任务完成后，机器人返回充电桩，进入待命状态。如果机器人5采用后退式充电，充电口52在机器人5后侧下方，机器人5的母头模块2安装在其末端，能够方便机器人5靠近充电桩4时与通讯设备对接。机器人4的母头模块2通过安装孔固定在机器人5的后罩壳上，母头模块2通过网线连接到机器人控制器。

[0063] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。