金郅涵 繆 翼

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司張家港市供電分公司，江蘇蘇州215600）

0 引言

移動機器人是一種具有自行組織、自主運行、自主規(guī)劃能力的智能機器人，由于其良好的機動性、靈活性，移動機器人已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了各個行業(yè)。移動機器人采用電池供電，且電池容量有限，當(dāng)其運行一段時間電量降低到一定程度后，需要尋找充電樁及時進(jìn)行充電?，F(xiàn)有機器人充電樁多設(shè)立在地面以上的充電室內(nèi)，整體占地面積大，形象呆板，尤其是對于園林、景區(qū)等土地資源緊張，強調(diào)風(fēng)景和諧、美觀的場合不太適用。

本文介紹了一種地埋式自動升降充電樁，很好地解決了上述問題，不僅可實現(xiàn)移動機器人的能源補給，保護充電樁本體，還能節(jié)約土地資源、美化環(huán)境，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

1 園林機器人概述

根據(jù)地形和設(shè)備實際情況，本項目園林機器人采用磁軌導(dǎo)航、射頻識別定位方法實現(xiàn)其按照規(guī)定路徑的自主移動及定位?？?。磁軌鋪設(shè)在景觀園林的人行道兩邊或園林內(nèi)部，不會影響車輛和人員的正常通行，機器人只在工作時間沿著敷設(shè)的軌道移動，非工作時間和充電時間停留在固定艙位。在每個?？奎c布置RFID識別模塊，機器人根據(jù)任務(wù)需要可以在任意?？奎c停靠使用，當(dāng)需要充電時，機器人沿著定軌自主找到距離最近的充電樁充電。

2 地埋式充電樁的設(shè)計

2.1 充電樁結(jié)構(gòu)設(shè)計

地埋式充電樁主要由地下坑道、電動平移蓋板、充電樁本體、支撐臺、螺桿升降機構(gòu)、蝸桿傳動機構(gòu)、升降驅(qū)動電機、主控模塊及無線模塊組成，整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。地下坑道與電動平移蓋板配合，容納充電樁本體及升降裝備，為整套系統(tǒng)遮風(fēng)擋雨；支撐臺固定于螺桿升降機構(gòu)頂部，用于托載充電樁本體；主控模塊及無線模塊固定于地下坑道靠近頂端的內(nèi)壁上；升降驅(qū)動電機是整個電動升降系統(tǒng)的驅(qū)動裝置，通過蝸桿傳動機構(gòu)與螺桿升降機構(gòu)相聯(lián)。

圖1（b）中，蝸桿傳動機構(gòu)上表面設(shè)有紅外測距傳感器，用于檢測升降機構(gòu)外筒豎直方向的直線位移，控制充電樁本體上升到合適高度。蝸桿傳動機構(gòu)上表面亦設(shè)有限位開關(guān)，當(dāng)機器人充完電，升降機構(gòu)外筒下降到初始位置時，控制模塊發(fā)出指令，使電動平移蓋板關(guān)閉。

螺桿升降機構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，機構(gòu)主要包括螺桿、螺母及與螺母裝配在一體的外筒，將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，使得螺桿轉(zhuǎn)動時，與螺母成為一體的外筒在豎直方向作升降運動。

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 螺桿升降機構(gòu)剖面圖

2.2 充電樁智能控制原理

地埋式充電樁的電路原理如圖3所示，其中，主控模塊是整個充電樁智能控制的核心，與無線模塊進(jìn)行雙向交流，接收反映蓋板及升降系統(tǒng)位置的限位開關(guān)及紅外測距傳感器的信號，控制電動平移蓋板及螺桿升降機構(gòu)電機的動作。

圖3 地埋式充電樁電路原理圖

充電樁附近設(shè)有RFID標(biāo)簽，當(dāng)機器人需要充電、檢測到該標(biāo)簽后，發(fā)射無線信號與地埋式充電樁進(jìn)行無線通信，充電樁的無線模塊接收到信號并將其發(fā)送給主控模塊，主控模塊控制電動平移蓋板內(nèi)部電機動作打開蓋板。蓋板打開到位后，電動平移蓋板全開位置限位開關(guān)被觸發(fā)，該信號傳送給主控模塊，主控模塊給升降驅(qū)動電機的控制端一個動作信號，電機驅(qū)動螺桿升降機構(gòu)動作，帶動充電樁本體上升。當(dāng)紅外測距傳感器檢測到充電樁本體上升到合適高度后，發(fā)送信號給主控模塊，進(jìn)而主控模塊輸出信號給升降驅(qū)動電機的控制端，使電機停止轉(zhuǎn)動；與此同時，主控模塊通過無線模塊與機器人通信，使其開始進(jìn)行對接、充電。充電完成后，機器人充電機構(gòu)脫離充電座，整套系統(tǒng)進(jìn)行與上升過程相反的感應(yīng)控制，使螺桿升降機構(gòu)帶動充電樁本體隱藏到地面以下。

地埋式充電樁的智能控制流程如圖4所示。

圖4 地埋式充電樁智能控制流程圖

3 結(jié)語

本文提出了一種應(yīng)用于移動機器人充電的地埋式充電樁，充電樁設(shè)置在電動升降系統(tǒng)上，通過電動平移蓋板及升降系統(tǒng)的有序配合，可實現(xiàn)根據(jù)機器人的充電需求自動出現(xiàn)與消隱。該設(shè)計不僅可實現(xiàn)移動機器人的能源補給，保護充電樁本體，延長其使用壽命，還能節(jié)約園區(qū)土地資源，美化園區(qū)。將其與儲能式機器人配合應(yīng)用在智慧城市、能源小鎮(zhèn)、景觀園林、大型超市、商場中，將大大方便人們的生活與娛樂，因而具有良好的推廣應(yīng)用價值。