CN107031450A - 一种电动汽车自动充电装置及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车自动充电装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车自动充电装置及其控制方法，包括一水平伸缩的机构平台、设置于机构平台上的充电桩和支撑板，所述支撑板竖向设置，并且所述支撑板上端还设置有一转动臂，所述转动臂上固定连接一滑动导轨，所述滑动导轨上设有一滑块，所述滑块上固定连接有充电头和图像采集单元，所述充电头与所述充电桩电连，并且所述充电头与电动汽车的充电口相匹配，所述支撑板经设置于机构平台上的液压驱动杆驱动向充电口靠近，所述充电桩、图像采集单元、滑动导轨和液压驱动杆经一控制单元控制。本发明的有益效果在于：通过图像采集单元获取充电口的位置，自动将充电头对准充电口，实现自动充电。

Description

一种电动汽车自动充电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种电动汽车自动充电装置及其控制方法。
背景技术
电动汽车(BEV) 是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。电能是电动汽车主要能源。目前，电动汽车需要进行充电时，多通过人工手动插接充电头和充电口的方式实现充电。该方式存在需要人工参与，效率低等问题。在普通的充电站，人工手动插接充电头和充电口虽然可以实现，但是无法实现自动充电，存在操作繁琐，人机体验差等问题。另外，在一些特殊的充电场景中，如需要对停放在立体车库中的电动汽车充电时，在高达数十米的全自动升降立体车库中并没有为新能源电动汽车充电作业预留人工上下的通道，手工插接充电头和充电口的充电方式显然是不可行的。因此，在电动汽车充电场景中，实现全自动插接充电头和充电口的充电装置和方法成为迫切的需要。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种电动汽车自动充电装置及其控制方法，自动将充电头对准充电口并***，实现自动充电。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种电动汽车自动充电装置，包括一水平伸缩的机构平台、设置于机构平台上的充电桩和支撑板，所述支撑板竖向设置，并且所述支撑板上端还设置有一转动臂，所述转动臂上固定连接一滑动导轨，所述滑动导轨上设有一滑块，所述滑块上固定连接有充电头和图像采集单元，所述充电头与所述充电桩电连，并且所述充电头与电动汽车的充电口相匹配，所述支撑板经设置于机构平台上的液压驱动杆驱动向充电口靠近，所述充电桩、图像采集单元、滑动导轨和液压驱动杆经一控制单元控制。
进一步的，所述充电头与电动汽车的充电口接触的表面上设有一压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元电连。
进一步的，所述转动臂经电机驱动转动，所述转动臂经一转轴与所述电机的输出轴固定连接，所述电机经电机驱动模块与所述控制单元电连。
进一步的，所述图像采集单元由一个以上的摄像头组成，所述摄像头设置于充电头的周侧。
进一步的，所述机构平台设置于立体车库内，与立体车库的升降机构配合同步升降；所述机构平台为水平设置的剪叉式伸缩台，所述剪叉式伸缩台由水平依次连接的第一剪叉组件和第二剪叉组件组成，所述支撑板固定于第一剪叉组件上，所述充电桩固定于所述第二剪叉组件上，所述液压驱动杆的固定座固定于所述第二剪叉组件上，所述液压驱动杆的驱动杆与所述第一剪叉组件固定连接。
进一步的，所述滑动轨道包括一长条形的壳体、沿壳体长度方向设置的轨道槽、设置于轨道槽内的皮带以及用于驱动皮带的减速电机，所述减速电机经一电机驱动模块与所述控制单元电连，所述滑动设置于所述皮带上。
本发明还提供一种如上述所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：待电动汽车停至停放区域内后，启动位于停放区域内的自动充电装置；
步骤S2：通过控制单元驱动转动臂转动，同时开启位于转动臂上图像采集单元，图像采集单元在滑动导轨上移动进行图像采集，获取充电口的位置，使得充电头对准充电口；
步骤S3：通过控制单元控制液压驱动杆，使得支撑板向充电口靠近，将充电头***充电口内；
步骤S4：待充电完成后，驱动支撑板，使得充电头从充电口拔出，驱动转动臂恢复至水平状态。
进一步的，在步骤S2中，通过以下步骤获取充电口的位置：
步骤S21：所述图像采集单元为摄像头，设定目标充电口位置范围为TA，摄像头视场范围为SP，转动臂上摄像头转动过程中SP能够扫描的视场空间范围为MA，TA位于MA内；
步骤S22：通过控制单元控制转动臂和滑动导轨带动摄像头以SP的步长移动，进行图像采集；
步骤S23：控制单元将摄像头采集的图像信息，利用图像匹配方法检测TA是否落入SP中；
步骤S24：若当前图像检测到TA落入SP中，则确定充电口的具***置，驱动机械臂和滑动导轨使得充电头对准充电口；否则摄像头继续以SP的步长移动，进行图像采集。
进一步的，在所述步骤S21中，大于TA。
进一步的，步骤S4中，通过以下步骤确定充电口TA的具***置：
步骤S241：计算TA在SP中的空间位置；
步骤S242：微调转动臂和滑动导轨，使得TA落入虚拟靶位PD中，其中PD与TA为同心圆。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过控制单元驱动转动臂以及滑动导轨使得图像采集单元在移动的过程中获取充电口的位置，驱动支撑板将充电头对准充电口，实现自动充电；本发明提供的充电装置可替代人工插拔充电头的动作，提高充电的效率。可以将自动充电装置设置于立体车库中，与立体车库配合实现电动汽车的自动充电。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的自动充电装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的液压驱动杆的安装示意图。
图3为本发明实施例的充电头的结构示意图。
图4为本发明实施例的获取充电口位置的流程图。
图5为本发明实施例的通过摄像头获取充电口的示意图。
图6为本发明实施例的确定充电口位置的流程图。
图7为本发明实施例中充电口匹配到虚拟靶位的示意图。
图中：1-充电桩；2-机构平台；20-第一剪叉组件；21-第二剪叉组件；3-液压驱动杆；4-支撑板；5-转动臂；6-滑动导轨；7-滑块；8-充电头；9-摄像头；10-压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～3所示，本实施例的一种电动汽车自动充电装置，包括一水平伸缩的机构平台2、设置于机构平台2上的充电桩1和支撑板4，所述支撑板4竖向设置，并且所述支撑板4上端还设置有一转动臂5，所述转动臂5上固定连接一滑动导轨6，所述滑动导轨6上滑动设有一滑块7，所述滑块7上固定连接有一充电头8和图像采集单元，所述充电头8与所述充电桩1电连，并且所述充电头8与电动汽车的充电口相匹配，所述支撑板4经设置于机构平台2上的液压驱动杆3驱动向充电口靠近，所述充电桩1、图像采集单元、滑动导轨6和液压驱动杆3经一控制单元控制。
从上述可知，本发明的有益效果在于：采用图像采集与充电领域相结合，通过控制图像采集单元移动获取充电口的位置，使得充电头8对准充电口，实现自动充电，方便快捷，节约充电的时间，提高充电效率。如图1中，图中的箭头方向为充电头8调整方向，通过滑动导轨6、转动臂5以及机构平台2对充电头8进行调整，使得充电头8对准充电口。
在本实施例中，所述充电头8与电动汽车的充电口接触的表面上设有一压力传感器10，所述压力传感器10与所述控制单元电连。通过压力传感器10检测充电头8表面的受到的压力，判断充电头8是否***至充电口，控制单元实时采集压力传感器10的输出信号，当检测到压力反馈时，停止液压驱动杆3，打开充电桩1的开关，给电动汽车充电。
在本实施例中，所述转动臂5经电机驱动转动，所述转动臂5经一转轴与所述电机的输出轴固定连接，所述电机经电机驱动模块与所述控制单元电连。通过电机驱动转动臂5转动，实现图像采集单元的图像采集。
在本实施例中，所述图像采集单元由一个以上的摄像头9组成，所述摄像头9设置于充电头8的周侧。可以设置一个或多个摄像头9进行图像采集，获取充电口的位置信息。
在本实施例中，所述机构平台2设置于立体车库内，与立体车库的升降机构配合同步升降；所述机构平台2为水平设置的剪叉式伸缩台，所述剪叉式伸缩台由水平依次连接的第一剪叉组件20和第二剪叉组件21组成，所述支撑板4固定于第一剪叉组件20上，所述充电桩1固定于所述第二剪叉组件22上，所述液压驱动杆3的固定座固定于所述第二剪叉组件2上，所述液压驱动杆3的驱动杆与所述第一剪叉组件20固定连接。将机构平台2设置于立体车库中，所述机构平台2固定或通过升降机构达到停车位(包括立体车库车位)的充电口侧，对停放至该立体车库的电动汽车进行充电，本发明的自动充电装置根据电动汽车的停放位置，通过立体车库的升降机构移动至电动汽车旁侧，通过机构平台水平伸缩、转动臂的转动以及滑动导轨的移动调整充电口的位置，使得充电口对准充电头，进行充电，更加快捷便利。本发明提供的自动充电装置可以应用在立体车库上，在立体车库的每个车位上配备一台本发明提供的自动充电装置，也可以与立体车库的升降机构配合实现同步升降。
在本实施例中，所述滑动轨道包括一长条形的壳体、沿壳体长度方向设置的轨道槽、设置于轨道槽内的皮带以及用于驱动皮带的减速电机，所述减速电机经一电机驱动模块与所述控制单元电连，所述滑动设置于所述皮带上。通过减速电机驱动皮带，通过皮带带动滑动在轨道槽内移动，方便摄像头9进行多角度多方位的图像采集。
如图4-7所示，本发明还提供一种如上述所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：待电动汽车停至停放区域内后，启动位于停放区域内的自动充电装置；
步骤S2：通过控制单元驱动转动臂5转动，同时开启位于转动臂5上图像采集单元，图像采集单元在滑动导轨6上移动进行图像采集，获取充电口的位置，使得充电头8对准充电口；
步骤S3：通过控制单元控制液压驱动杆3，使得支撑板4向充电口靠近，将充电头8***充电口内；
步骤S4：待充电完成后，驱动支撑板4，使得充电头8从充电口拔出，驱动转动臂5恢复至水平状态。
在本实施例中，在步骤S2中，通过以下步骤获取充电口的位置：
步骤S21：所述图像采集单元为摄像头9，设定目标充电口位置范围为TA，摄像头9视场范围为SP，转动臂5上摄像头9转动过程中SP能够扫描的视场空间范围为MA，TA位于MA内；
步骤S22：通过控制单元控制转动臂5和滑动导轨6带动摄像头9以SP的步长移动，进行图像采集；
步骤S23：控制单元将摄像头9采集的图像信息，利用图像匹配方法检测TA是否落入SP中；
步骤S24：若当前图像检测到TA落入SP中，则确定充电口的具***置，驱动机械臂和滑动导轨6使得充电头8对准充电口；否则摄像头9继续以SP的步长移动，进行图像采集。
在本实施例中，在所述步骤S21中，大于TA。
在本实施例中，步骤S4中，通过以下步骤确定充电口TA的具***置：
步骤S241：计算TA在SP中的空间位置；
步骤S242：微调转动臂5和滑动导轨6，使得TA落入虚拟靶位PD中，其中PD与TA为同心圆。
通过图像TA与虚拟靶位PD位置的偏差微调机械臂，使得TA落入虚拟靶位PD内，或与PD为同心圆关系。这时表明充电头8与充电口已经对准。
本发明自动充电装置的具体实施过程：
将本发明的自动充电装置设置于立体车库内，机构平台2与立体车库的升降机构同步移动。
当没有电动汽车停靠在该车库时，整个装置处于初始状态，液压驱动杆3收缩，支撑板4远离电动汽车停靠区域，转动臂5水平放置，滑块7位于转动臂5靠近转轴部分。
当控制单元检测到立体车库将电动汽车送到该立体车库后，控制转动臂5绕转轴进行0~180°的转动，同时，减速电机驱动滑动导轨6中的皮带，使得滑块7带动摄像头9在滑动导轨6上进行来回运动，控制单元通过图像处理的方式实时处理摄像头9采集到的二维图像数据，定位电动汽车上充电口的位置。当控制单位检测到充电插头的位置，立刻停止对转动臂5和滑块7的驱动；同时通过摄像头9采集到的图像数据计算出充电头8离电动汽车的距离，并驱动液压驱动杆3，使得支撑板4靠近电动汽车。与此同时，控制单元实时采集位于充电头8头部的压力传感器10的信号，当检测到压力反馈时，停止驱动液压驱动杆3，打开充电桩1的开关，给电动汽车充电。当控制单元检测到电动汽车充电完成后，驱动液压驱动杆3，使得支撑板4远离电动汽车，恢复初始状态。
综上所述，本发明提供的一种电动汽车自动充电装置及其控制方法，实现自动充电，方便快捷，节约充电的时间，提高充电效率，可以应用于立体车库、电动汽车充电站等充电领域。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：包括一水平伸缩的机构平台、设置于机构平台上的充电桩和支撑板，所述支撑板竖向设置，并且所述支撑板上端还设置有一转动臂，所述转动臂上固定连接一滑动导轨，所述滑动导轨上设有一滑块，所述滑块上固定连接有一充电头和图像采集单元，所述充电头与所述充电桩电连，并且所述充电头与电动汽车的充电口相匹配，所述支撑板经设置于机构平台上的液压驱动杆驱动向充电口靠近，所述充电桩、图像采集单元、滑动导轨和液压驱动杆经一控制单元控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：所述充电头与电动汽车的充电口接触的表面上设有一压力传感器，所述压力传感器与所述控制单元电连。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：所述转动臂经电机驱动转动，所述转动臂经一转轴与所述电机的输出轴固定连接，所述电机经电机驱动模块与所述控制单元电连。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：所述图像采集单元由一个以上的摄像头组成，所述摄像头设置于充电头的周侧。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：所述机构平台设置于立体车库内，与立体车库的升降机构配合同步升降；所述机构平台为水平设置的剪叉式伸缩台，所述剪叉式伸缩台由水平依次连接的第一剪叉组件和第二剪叉组件组成，所述支撑板固定于第一剪叉组件上，所述充电桩固定于所述第二剪叉组件上，所述液压驱动杆的固定座固定于所述第二剪叉组件上，所述液压驱动杆的驱动杆与所述第一剪叉组件固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车自动充电装置，其特征在于：所述滑动轨道包括一长条形的壳体、沿壳体长度方向设置的轨道槽、设置于轨道槽内的皮带以及用于驱动皮带的减速电机，所述减速电机经一电机驱动模块与所述控制单元电连，所述滑动设置于所述皮带上。
7.一种根据权利要求1所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：待电动汽车停至停放区域内后，启动位于停放区域内的自动充电装置；
步骤S2：通过控制单元驱动转动臂转动，同时开启位于转动臂上图像采集单元，图像采集单元在滑动导轨上移动进行图像采集，获取充电口的位置，使得充电头对准充电口；
步骤S3：通过控制单元控制液压驱动杆，使得支撑板向充电口靠近，将充电头***充电口内；
步骤S4：待充电完成后，驱动支撑板，使得充电头从充电口拔出，驱动转动臂恢复至水平状态。
8.根据权利要求7所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，通过以下步骤获取充电口的位置：
步骤S21：所述图像采集单元为摄像头，设定目标充电口位置范围为TA，摄像头视场范围为SP，转动臂上摄像头转动过程中SP能够扫描的视场空间范围为MA，TA位于MA内；
步骤S22：通过控制单元控制转动臂和滑动导轨带动摄像头以SP的步长移动，进行图像采集；
步骤S23：控制单元将摄像头采集的图像信息，利用图像匹配方法检测TA是否落入SP中；
步骤S24：若当前图像检测到TA落入SP中，则确定充电口TA的具***置，驱动机械臂和滑动导轨使得充电头对准充电口；否则摄像头继续以SP的步长移动，进行图像采集。
9.根据权利要求8所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，其特征在于：在所述步骤S21中，大于TA。
10.根据权利要求8所述的电动汽车自动充电装置的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，通过以下步骤确定充电口TA的具***置：
步骤S241：计算TA在SP中的空间位置；
步骤S242：微调转动臂和滑动导轨，使得TA落入虚拟靶位PD中，其中PD与TA为同心圆。
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Inventor after: Luo Kan

Inventor after: Cai Zhipeng

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