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摘要：目前市面上的定位机器人充电结构多是利用充电桩配合机器人底部设置的充电触点依靠导航系统的指引准确移动到充电触点上方进行电性连通充电，但是这种方式连接可靠性较弱，在返程与充电桩对接时，定位校准速度慢，而且容易冲撞到充电桩造成损害。本文对定位机器人充电装置进行结构优化，保证定位机器人与充电桩充电时底部压合触点的连接可靠度，对机器人返程时的定位进行辅助校准，保证充电对接时的精确度。
关键词：定位机器人;充电装置;结构优化
随着数字化时代的来临，科技技术不断发展，定位机器人也越来越智能化，并在生活和工业生产中承担着非常重要的角色，比如餐车机器人、巡检机器人、搬运机器人等，因此，定位机器人具有非常广阔的应用价值，2016年，工信部、国家发改委颁布的《机器人产业发展规划（2016-2020年）》文件中指出，机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点。无论是在制造环境下应用的工业机器人，还是在非制造环境下应用的服务机器人，其研发及产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。大力发展机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人民生活水平具有重要意义。
目前多种定位技术都可以解决定位机器人精准定位的需求，比如超声波导航、光反射导航、GPS等，与此同时关于定位机器人的充电问题同样值得关注，充电装置通过不断发送信号，定位机器人通过接收器接收信号达到返航充电的目的，目前常用的有紅外线、蓝牙、雷达等技术。部分定位机器人有时需在有辐射、恶劣的环境中工作，因此对定位机器人充电装置的安全性和稳定性提出了更高的要求。
充电技术最早是运用于新能源汽车行业，新能源汽车因其节能环保，能用电能代替石油，受到人们的推崇，让新能源汽车成为今后的趋势，正是受到新能源汽车充电的启发，越来越多的机器人也开始配备与之匹配的充电装置为其提供充电服务。现阶段的智能定位机器人基本都具备自动返程进行充电的功能，而定位机器人常见的充电结构多是利用充电桩配合机器人底部设置的充电触点依靠导航系统的指引准确移动到充电触点上方进行电性连通充电，这种电性连通方式主要是利用定位机器人自身重量来保证其底部触点与充电桩触点的压合，其连接可靠性较弱，在长期使用磨损后容易出现电性连通不实的情况，同时在返程与充电桩对接时，定位校准速度慢，而且容易冲撞到充电桩造成损害。
以市面上两类定位机器人的典型充电装置为例，其一：用于定位机器人的充电座，充电座上设有第一配合部，定位机器人自身具有第二配合部，第一配合部与第二配合部配合后，使得定位机器人依靠惯性从充电座的第一位置向第二位置方向运动，定位机器人的动能被逐渐消减，该充电座在于定位机器人进行电性压合连通充电时，充电压合连接处的紧实可靠度较差，在长期使用磨损后容易出现电性连通不紧实的情况。其二：用于定位机器人充电桩自动夹持装置，该装置主要由充电桩基座、导电体、活动爪、连杆、伸缩杆、直线电机、固定螺丝、接口板、定位机器人车体、旋转销组成，该装置其针对的是侧向充电连接结构，并不适用在底部触点压合连接上。
为了改善上述情况，特采用装置结构优化处理，对定位校准充电装置提供了一种能够通过侧延架和滑轮相配合对定位机器人进行导向，同时通过上压板和底插板相配合对定位机器人进行夹持，避免定位机器人电性连接不实的充电装置。
1 定位机器人充电装置结构优化
定位机器人定位校准充电装置结构改进如下：定位机器人充电装置立体结构图如图1所示，将定位机器人定位校准充电装置由提把、虚拟屏、固定座、固定贴板、充电桩主体、防撞条、底插板、滑轮、侧延架、充电触片、上压板、减震弹簧、电动伸缩杆、连接凸块、防滑槽、橡胶触球和弧形杆组成。固定座由直板和侧板组成。
上压板的一侧可滑动的置于滑动槽的内部，上压板立体结构图如图3所示。连接凸块置于上压板的一侧中部，电动伸缩杆的一端和连接凸块相连接，电动伸缩杆的另一端和滑动槽的槽壁固定连接，上压板的另一侧向远离充电桩主体的方向延伸，上压板为半圆板，上压板的另一侧中部开有半圆槽，多个橡胶触球置于上压板的底部，多个橡胶触球沿半圆槽的外圈等角度分布，上压板上等距开有多个防滑槽，两个侧延架的一端分别置于充电桩主体的两端上，两个侧延架的另一端远离向充电桩主体的方向延伸，两个所述侧延架之间的间距从侧延架的一端向另一端的方向先逐渐变大，再逐渐变小，最后逐渐变大，多个滑轮等距置于侧延架的另一端上，且位于侧延架的底部，弧形杆的一端上置于侧延架的一端上，弧形杆的另一端和充电桩主体相连接，充电桩主体的内部置有控制板，控制板上置有无线信号收发器、信号转换器、数据处理装置、控制器，无线信号收发器通过数据传输线和信号转换器信号连接，信号转换器通过数据传输线和数据处理装置信号连接，数据处理装置通过数据传输线和控制器信号连接，控制器通过数据传输线和电动伸缩杆连接。
除此之外，无线信号接收器和定位机器人的导航系统进行信号连接，形成信息交互;无线信号收发器和定位机器人的导航系统信号连接，信号转换器能够接收无线信号收发器的信号，并且进行信号转换;数据处理装置和信号转换器进行信息交互，数据处理装置内存储有计算机可读存储介质;该计算机可读存储介质被执行时实现以下步骤：对接收到外部信号进行数据处理，并且将处理的信息传递给微型电机，给电动伸缩杆发送执行指令;信号转换器为目前通用的将电信号转化成数字信号转换器。
数据处理装置由处理组件和存储器组成。处理组件控制数据处理装置的整体操作;处理组件可以包括一个或至少两个处理器来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤存储器被配置为存储各种类型的数据以支持数据处理装置的操作。存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存 储器，磁盘或光盘。控制器和数据处理装置进行信息交互，且能够控制电动伸缩杆进行转动。 控制器可以被一个或至少两个应用专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子组件实现，用于执行数据处理装置的指令。使用时，无线信号收发器和定位机器人的导航系统信号连接，形成信息交互，当定位机器人通过导航系统进行返回充电时，充电桩主体两端的侧延架能够为定位机器人提供导向，同时提高回返位置的精准度，同时侧延架和充电桩主体上的防撞条能够有效避免定位机器人与充电桩构件碰撞时产生的伤害，此外，充电桩主体和固定座之间的减震弹簧能够对定位机器人的冲击力进行二次缓冲，避免定位机器人对充电桩的冲撞伤害，而当定位机器人调整完位置后与充电触片准确对接进行充电时，定位机器人内部的导航系统发送信号给进行模数转换，然后将数字信号传递给数据处理装置，数据处理装置根据内部存储的计算机可度存储介质进行数据处理，通过控制器控制电动伸缩杆启动，电动伸缩杆伸长，使得电动伸缩杆底部的上压板准确压抵在定位机器人充电连接部位的上侧，对其产生下压推力，底插板对定位机器人进行支撑，从而能够对定位机器人进行夹持，保证充电触片与定位机器人的对接紧实。
2 结构优化效果
定位机器人固定贴板上置有吸盘的设计，能够将固定座贴附在固定在墙壁处避免产生晃动;充电桩主体的顶部置有提把的设计，便于对充电装置进行手提移动，使用便捷;充电桩主体的另一侧上置有防撞条的设计，能够对定位机器人的冲击力进行缓冲，避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;定位机器人充电装置底插板的宽度向底插板另一侧的方向逐渐减小的设计，能够便于底插板插入定位机器人的底部，以此配合上压板对定位机器人进行夹持，避免定位机器人松动;加上上压板上等距开有多个防滑槽的设计，能够增大上压板与定位机器人之间的摩擦力，避免定位机器人松脱;
充电装置上侧延架之间的间距从侧延架的一端向另一端的方向先逐渐变大，再逐渐变小，最后逐渐变大的设计，能够使得当定位机器人通过侧延架向充电桩主体移动时，两个侧延架能够先对定位机器人进行包裹导向，然后对定位机器人进行卡死固定;多个橡胶触球沿半圆槽的外圈等角度分布的设计，能够进一步增大橡胶触球和定位机器人之间的电性连接面积;而弧形杆的设计，能够进一步增大侧延架和充电桩主体之间的连接稳定性，避免侧延架变形;侧延架配合滑轮对定位机器人进行导向的设计，能够对定位机器人返程时的定位进行辅助校准，保证充电对接时的精确度;
电动伸缩杆配合上压板对定位机器人进行下壓，同时配合底插板对定位机器人进行夹持的设计，能够保证定位机器人与充电桩充电时底部压合触点的连接可靠度，避免以长期使用磨损产生的电性连接不实的情况;
充电装置固定座配合减震弹簧对定位机器人的冲击力进行减振缓冲的设计，能够避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;达到能够通过侧延架和滑轮相配合对定位机器人进行导向，同时通过上压板和底插板相配合对定位机器人进行夹持，避免定位机器人电性连接不实的目的。
总的来说，结构调整优化后，能够保证定位机器人与充电桩充电时底部压合触点的连接可靠度，避免以长期使用磨损产生的电性连接不实的情况;能够对定位机器人返程时的定位进行辅助校准，保证充电对接时的精确度;能够有效避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;充电桩能够固定，并且对定位机器人的冲撞进行缓冲，提高其使用可靠性。
3 结论
如今，随着人工智能的到来，机器人行业在这些年发展迅速，从而也衍生出了很多先进的新技术，目前为止，机器人的充电装置运用还是比较少的，更多的是用于新能源汽车领域，本文对定位机器人结构进行了优化，但作为有线充电，有些弊端避免不了，无线电充电可以有效的解决有线充电的短板，但是目前无线充电仍在研究发展中，有些企业已经研发出了利用低频磁共振式等技术的无线充电技术，大部分都应用于小功率充电，对于大功率、大容量的机器人，无线充电技术目前还达不到，不过随着技术的不断改进，相信这个问题也会迎刃而解，从而成为最佳的充电方式。
总之，充电技术还在发展中，机器人的定位精度也在不断改进中，机器人精度的提升也有助于充电桩对接头的设计的减小，甚至可以做到没有，加强复杂环境的适应性，因此需要我们不断研究探索。
参考文献：
[1] 黎阳生. 变电站巡检机器人自主充电装置及对接控制研究[D].重庆大学，2013.
[2] 钟天慈，徐磊，赵学伟，周正，胡晨阳，颜梦玲.面向林用机器人的无线充电装置研究[J].山西电子技术，2019（04）：93-96.
[3] 刘卓明，柳斐，郑倩倩，徐平，马承志，杨玺，郭素梅，王少荣.轮式移动机器人自主充电电源自动对接装置研究与设计[J].机电工程技术，2014，43（04）：30-34.
[4] 施金晓，邰能灵，徐新星，朱汉曦，罗磊，唐跃中，陆昱，黄维华.变配电站远程机器人巡视系统研究[J].电力科学与技术学报，2017，32（01）：23-28.
[5] 岑强，姚春清，马静雅.煤矿综采工作面巡检机器人充电装置控制系统设计[J/OL].煤炭科学技术，2021-05-09：1-8.
[6] 杨墨，隋天日，曹涛，范强.变电站巡检机器人自动充电系统[J].制造业自动化，2013，35（03）：47-49+53.
作者简介：胡丞熙（1987— ），女，汉族，江苏常州人，本科，电气工程及其自动化专业，讲师，研究方向：电气控制、智能制造。
关键词：定位机器人;充电装置;结构优化
随着数字化时代的来临，科技技术不断发展，定位机器人也越来越智能化，并在生活和工业生产中承担着非常重要的角色，比如餐车机器人、巡检机器人、搬运机器人等，因此，定位机器人具有非常广阔的应用价值，2016年，工信部、国家发改委颁布的《机器人产业发展规划（2016-2020年）》文件中指出，机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点。无论是在制造环境下应用的工业机器人，还是在非制造环境下应用的服务机器人，其研发及产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。大力发展机器人产业，对于打造中国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人民生活水平具有重要意义。
目前多种定位技术都可以解决定位机器人精准定位的需求，比如超声波导航、光反射导航、GPS等，与此同时关于定位机器人的充电问题同样值得关注，充电装置通过不断发送信号，定位机器人通过接收器接收信号达到返航充电的目的，目前常用的有紅外线、蓝牙、雷达等技术。部分定位机器人有时需在有辐射、恶劣的环境中工作，因此对定位机器人充电装置的安全性和稳定性提出了更高的要求。
充电技术最早是运用于新能源汽车行业，新能源汽车因其节能环保，能用电能代替石油，受到人们的推崇，让新能源汽车成为今后的趋势，正是受到新能源汽车充电的启发，越来越多的机器人也开始配备与之匹配的充电装置为其提供充电服务。现阶段的智能定位机器人基本都具备自动返程进行充电的功能，而定位机器人常见的充电结构多是利用充电桩配合机器人底部设置的充电触点依靠导航系统的指引准确移动到充电触点上方进行电性连通充电，这种电性连通方式主要是利用定位机器人自身重量来保证其底部触点与充电桩触点的压合，其连接可靠性较弱，在长期使用磨损后容易出现电性连通不实的情况，同时在返程与充电桩对接时，定位校准速度慢，而且容易冲撞到充电桩造成损害。
以市面上两类定位机器人的典型充电装置为例，其一：用于定位机器人的充电座，充电座上设有第一配合部，定位机器人自身具有第二配合部，第一配合部与第二配合部配合后，使得定位机器人依靠惯性从充电座的第一位置向第二位置方向运动，定位机器人的动能被逐渐消减，该充电座在于定位机器人进行电性压合连通充电时，充电压合连接处的紧实可靠度较差，在长期使用磨损后容易出现电性连通不紧实的情况。其二：用于定位机器人充电桩自动夹持装置，该装置主要由充电桩基座、导电体、活动爪、连杆、伸缩杆、直线电机、固定螺丝、接口板、定位机器人车体、旋转销组成，该装置其针对的是侧向充电连接结构，并不适用在底部触点压合连接上。
为了改善上述情况，特采用装置结构优化处理，对定位校准充电装置提供了一种能够通过侧延架和滑轮相配合对定位机器人进行导向，同时通过上压板和底插板相配合对定位机器人进行夹持，避免定位机器人电性连接不实的充电装置。
1 定位机器人充电装置结构优化
定位机器人定位校准充电装置结构改进如下：定位机器人充电装置立体结构图如图1所示，将定位机器人定位校准充电装置由提把、虚拟屏、固定座、固定贴板、充电桩主体、防撞条、底插板、滑轮、侧延架、充电触片、上压板、减震弹簧、电动伸缩杆、连接凸块、防滑槽、橡胶触球和弧形杆组成。固定座由直板和侧板组成。
上压板的一侧可滑动的置于滑动槽的内部，上压板立体结构图如图3所示。连接凸块置于上压板的一侧中部，电动伸缩杆的一端和连接凸块相连接，电动伸缩杆的另一端和滑动槽的槽壁固定连接，上压板的另一侧向远离充电桩主体的方向延伸，上压板为半圆板，上压板的另一侧中部开有半圆槽，多个橡胶触球置于上压板的底部，多个橡胶触球沿半圆槽的外圈等角度分布，上压板上等距开有多个防滑槽，两个侧延架的一端分别置于充电桩主体的两端上，两个侧延架的另一端远离向充电桩主体的方向延伸，两个所述侧延架之间的间距从侧延架的一端向另一端的方向先逐渐变大，再逐渐变小，最后逐渐变大，多个滑轮等距置于侧延架的另一端上，且位于侧延架的底部，弧形杆的一端上置于侧延架的一端上，弧形杆的另一端和充电桩主体相连接，充电桩主体的内部置有控制板，控制板上置有无线信号收发器、信号转换器、数据处理装置、控制器，无线信号收发器通过数据传输线和信号转换器信号连接，信号转换器通过数据传输线和数据处理装置信号连接，数据处理装置通过数据传输线和控制器信号连接，控制器通过数据传输线和电动伸缩杆连接。
除此之外，无线信号接收器和定位机器人的导航系统进行信号连接，形成信息交互;无线信号收发器和定位机器人的导航系统信号连接，信号转换器能够接收无线信号收发器的信号，并且进行信号转换;数据处理装置和信号转换器进行信息交互，数据处理装置内存储有计算机可读存储介质;该计算机可读存储介质被执行时实现以下步骤：对接收到外部信号进行数据处理，并且将处理的信息传递给微型电机，给电动伸缩杆发送执行指令;信号转换器为目前通用的将电信号转化成数字信号转换器。
数据处理装置由处理组件和存储器组成。处理组件控制数据处理装置的整体操作;处理组件可以包括一个或至少两个处理器来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤存储器被配置为存储各种类型的数据以支持数据处理装置的操作。存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存 储器，磁盘或光盘。控制器和数据处理装置进行信息交互，且能够控制电动伸缩杆进行转动。 控制器可以被一个或至少两个应用专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子组件实现，用于执行数据处理装置的指令。使用时，无线信号收发器和定位机器人的导航系统信号连接，形成信息交互，当定位机器人通过导航系统进行返回充电时，充电桩主体两端的侧延架能够为定位机器人提供导向，同时提高回返位置的精准度，同时侧延架和充电桩主体上的防撞条能够有效避免定位机器人与充电桩构件碰撞时产生的伤害，此外，充电桩主体和固定座之间的减震弹簧能够对定位机器人的冲击力进行二次缓冲，避免定位机器人对充电桩的冲撞伤害，而当定位机器人调整完位置后与充电触片准确对接进行充电时，定位机器人内部的导航系统发送信号给进行模数转换，然后将数字信号传递给数据处理装置，数据处理装置根据内部存储的计算机可度存储介质进行数据处理，通过控制器控制电动伸缩杆启动，电动伸缩杆伸长，使得电动伸缩杆底部的上压板准确压抵在定位机器人充电连接部位的上侧，对其产生下压推力，底插板对定位机器人进行支撑，从而能够对定位机器人进行夹持，保证充电触片与定位机器人的对接紧实。
2 结构优化效果
定位机器人固定贴板上置有吸盘的设计，能够将固定座贴附在固定在墙壁处避免产生晃动;充电桩主体的顶部置有提把的设计，便于对充电装置进行手提移动，使用便捷;充电桩主体的另一侧上置有防撞条的设计，能够对定位机器人的冲击力进行缓冲，避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;定位机器人充电装置底插板的宽度向底插板另一侧的方向逐渐减小的设计，能够便于底插板插入定位机器人的底部，以此配合上压板对定位机器人进行夹持，避免定位机器人松动;加上上压板上等距开有多个防滑槽的设计，能够增大上压板与定位机器人之间的摩擦力，避免定位机器人松脱;
充电装置上侧延架之间的间距从侧延架的一端向另一端的方向先逐渐变大，再逐渐变小，最后逐渐变大的设计，能够使得当定位机器人通过侧延架向充电桩主体移动时，两个侧延架能够先对定位机器人进行包裹导向，然后对定位机器人进行卡死固定;多个橡胶触球沿半圆槽的外圈等角度分布的设计，能够进一步增大橡胶触球和定位机器人之间的电性连接面积;而弧形杆的设计，能够进一步增大侧延架和充电桩主体之间的连接稳定性，避免侧延架变形;侧延架配合滑轮对定位机器人进行导向的设计，能够对定位机器人返程时的定位进行辅助校准，保证充电对接时的精确度;
电动伸缩杆配合上压板对定位机器人进行下壓，同时配合底插板对定位机器人进行夹持的设计，能够保证定位机器人与充电桩充电时底部压合触点的连接可靠度，避免以长期使用磨损产生的电性连接不实的情况;
充电装置固定座配合减震弹簧对定位机器人的冲击力进行减振缓冲的设计，能够避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;达到能够通过侧延架和滑轮相配合对定位机器人进行导向，同时通过上压板和底插板相配合对定位机器人进行夹持，避免定位机器人电性连接不实的目的。
总的来说，结构调整优化后，能够保证定位机器人与充电桩充电时底部压合触点的连接可靠度，避免以长期使用磨损产生的电性连接不实的情况;能够对定位机器人返程时的定位进行辅助校准，保证充电对接时的精确度;能够有效避免定位机器人与充电桩的冲撞产生的伤害;充电桩能够固定，并且对定位机器人的冲撞进行缓冲，提高其使用可靠性。
3 结论
如今，随着人工智能的到来，机器人行业在这些年发展迅速，从而也衍生出了很多先进的新技术，目前为止，机器人的充电装置运用还是比较少的，更多的是用于新能源汽车领域，本文对定位机器人结构进行了优化，但作为有线充电，有些弊端避免不了，无线电充电可以有效的解决有线充电的短板，但是目前无线充电仍在研究发展中，有些企业已经研发出了利用低频磁共振式等技术的无线充电技术，大部分都应用于小功率充电，对于大功率、大容量的机器人，无线充电技术目前还达不到，不过随着技术的不断改进，相信这个问题也会迎刃而解，从而成为最佳的充电方式。
总之，充电技术还在发展中，机器人的定位精度也在不断改进中，机器人精度的提升也有助于充电桩对接头的设计的减小，甚至可以做到没有，加强复杂环境的适应性，因此需要我们不断研究探索。
参考文献：
[1] 黎阳生. 变电站巡检机器人自主充电装置及对接控制研究[D].重庆大学，2013.
[2] 钟天慈，徐磊，赵学伟，周正，胡晨阳，颜梦玲.面向林用机器人的无线充电装置研究[J].山西电子技术，2019（04）：93-96.
[3] 刘卓明，柳斐，郑倩倩，徐平，马承志，杨玺，郭素梅，王少荣.轮式移动机器人自主充电电源自动对接装置研究与设计[J].机电工程技术，2014，43（04）：30-34.
[4] 施金晓，邰能灵，徐新星，朱汉曦，罗磊，唐跃中，陆昱，黄维华.变配电站远程机器人巡视系统研究[J].电力科学与技术学报，2017，32（01）：23-28.
[5] 岑强，姚春清，马静雅.煤矿综采工作面巡检机器人充电装置控制系统设计[J/OL].煤炭科学技术，2021-05-09：1-8.
[6] 杨墨，隋天日，曹涛，范强.变电站巡检机器人自动充电系统[J].制造业自动化，2013，35（03）：47-49+53.
作者简介：胡丞熙（1987— ），女，汉族，江苏常州人，本科，电气工程及其自动化专业，讲师，研究方向：电气控制、智能制造。