[发明专利]一种机器人充电装置及其实现方法

权利要求书

1.一种机器人充电装置，其特征在于，包括机器人、机械手模块、传感器模块，内部电源模块、控制系统和外部充电模块，所述机械手模块、传感器模块和内部电源模块分别与所述控制系统相连接；所述机器人包括头部、躯干和手部，所述机械手模块设置在机器人的手部，所述传感器模块包括双摄像头传感器和超声波传感器，所述双摄像头传感器设置在机器人的头部，所述超声波传感器设置在机械手模块上，所述内部电源模块和控制系统设置在机器人的躯干内，所述外部充电模块设置在外接的插座电源上；

所述机械手模块模拟人手的外观造型和内部结构，包括腕部、掌部、拇指、食指、中指、无名指、尾指、舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机六、舵机七、舵机八和牵引线，其中，所述腕部包括屈伸部和旋转部；所述掌部设有两个关节；所述拇指设有两个关节，所述食指、中指、无名指和尾指设有三个关节；所述舵机一与腕部的屈伸部通过所述牵引线相连接，所述舵机二与拇指通过所述牵引线相连接，所述舵机三与食指通过所述牵引线相连接，所述舵机四与中指通过所述牵引线相连接，所述舵机五与无名指通过所述牵引线相连接，所述舵机六与尾指通过所述牵引线相连接，所述舵机七与掌部通过所述牵引线相连接，所述舵机八与腕部的旋转部相连接；所述食指和中指的指尖设有充电电极；所述舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机六、舵机七和舵机八分别与所述控制系统相连接；所述超声波传感器设置在所述机械手的掌部；

所述内部电源模块包括蓄电池、配电元件和电线，所述蓄电池与配电元件通过所述电线相连接，所述机械手食指和中指指尖的充电电极与所述配电元件通过所述电线相连接；

所述外部充电模块包括外壳、电源适配器、接口和超声波探测区，所述电源适配器封装在所述外壳内，所述接口和超声波探测区设置在所述外壳上，所述接口与电源适配器相连接，所述超声波探测区设置在接口上方，所述接口设有两个，与所述机械手的食指和中指指尖的充电电极相对应配合设置；

所述控制系统包括单片机；

所述内部电源模块的配电元件包括稳压电路板和驱动电路板；

所述机械手模块包括机械手左手和机械手右手。

2.根据权利要求1所述的机器人充电装置，其特征在于，所述机械手的结构框架采用ABS材料经3D打印制成。

3.根据权利要求1所述的机器人充电装置，其特征在于，所述双摄像头传感器设置在机器人头部眼睛的位置上。

4.根据权利要求1所述的机器人充电装置，其特征在于，所述设置在机械手掌部的超声波传感器为HC-SR04型号的超声波传感器。

5.根据权利要求1所述的机器人充电装置，其特征在于，所述外部充电模块的外壳由ABS材料经3D打印制成。

6.一种由权利要求1～5任一项所述的机器人充电装置的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)外部充电模块与插座电源相连接，机器人的控制系统内置电源电量检测程序，在内部电源模块的蓄电池的电量下降到标准值附近时，机器人的控制系统自动向操作者发送通知，并同时控制机械手向外部充电模块靠近；

(2)在机械手到达外部充电模块附近时，机器人的控制系统在机械手掌心处用于测距的超声波传感器模块的配合下，控制机械手内各舵机相互配合进行角度微调以实现机械手的姿态微调，从而使机械手掌部抬起，进而使机械手掌部平面向前与外部充电模块的超声波探测区相平行，并缓慢、平稳地接近外部充电模块，直到两者的相对距离进入指定距离范围内；

(3)机械手移动到指定位置后，机器人的控制系统控制舵机一工作，进而控制腕部的屈伸部使机械手掌部放下变为水平状态，此时机械手的食指、中指、无名指和尾指都处于水平状态，控制系统控制舵机五和舵机六工作，进而控制无名指和尾指弯曲；在机器人头部的双摄像头传感器的配合下，机械手的食指和中指缓慢、平稳地接近外部充电模块的接口，直至机械手的食指和中指指尖上的充电电极插入外部充电模块的接口内并与接口相连接，此时内部电源模块的蓄电池与插座电源相连接，对蓄电池进行充电；

(4)当控制系统内置的电源电量检测程序检测到内部电源模块的蓄电池的电量充满时，控制系统驱动机械手的相关舵机工作，使机械手的食指和中指从外部充电模块的接口内拔出，从而实现内部电源模块的蓄电池与插座电源断开，完成充电，机器人恢复到正常使用状态。