CN107323273B - 一种可收缩的自动充电机械臂及载有该机械臂的电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可收缩的自动充电机械臂及载有该机械臂的电动汽车，包括自动充电机械臂、电动汽车本体和卡扣，所述的自动充电机械臂的驱动部分包括控制装置；所述的自动充电机械臂通过运动导轨设置在电动汽车纵向轴线上，且嵌在底盘的凹处，在非工作状态时，所述的自动充电机械臂回到初始位置自动收缩成扁平状紧贴汽车底盘，在汽车底盘上自动充电机械臂的初始位置配置至少2对卡扣，所述的卡扣通过CAN总线与控制装置连接，控制卡扣的转动固定收缩后的旋转摆臂。与现有技术相比，本发明具有实现了电动汽车的自动充电和自动断电等优点。

Description

一种可收缩的自动充电机械臂及载有该机械臂的电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车的自动充电技术，尤其是涉及一种可收缩的自动充电机械臂及载有该机械臂的电动汽车。
背景技术
随着电动汽车的逐渐推广和使用，电动汽车充电的安全性和便捷性成为电动汽车推广过程中必须重视的问题，尤其是对于租赁专用的电动汽车，在无人值守的还车网点，如何保证用户还车后车辆能及时、安全的补充电量，电动汽车自动充电机械臂可以解决该问题。
中国专利公开号CN104795868A公开了一种电动汽车自动充电***，通过独立移动式的充电插头自动插拔装置实现将电动汽车充电插头***或拔出充电插座中，解决了手动方式插拔充电插头进行电动汽车充电作业存在的安全隐患,但是这类安装于停车位上的自动充电装置必须解决防水、防盗问题，维护工作量较大。目前国内车载式的自动充电装置以及载有自动充电装置的电动汽车还未见到。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可收缩的自动充电机械臂及载有该机械臂的电动汽车。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可收缩的自动充电机械臂，安装在电动汽车上，所述的充电机械臂包括：
运动导轨，内嵌在电动汽车底盘的凹处；
滑块，与运动导轨滑动连接，沿运动导轨长度方向滑动；
伸缩旋转上臂，通过上臂旋转轴与滑块连接，所述的伸缩旋转上臂绕上臂旋转轴转动，同时沿自身长度方向伸缩运动；
旋转摆臂，与伸缩旋转上臂末端连接，并绕伸缩旋转上臂的轴线旋转；
充电插头，固定设置在旋转摆臂的末端。
该自动充电机械臂还包括图像定位装置，该图像定位装置设置在充电插头前半部的绝缘壁上，用于定位地面插座。
该自动充电机械臂还包括驱动部分，该驱动部分包括设置在滑块上的第一驱动装置、设置在上臂旋转轴上的第二驱动装置、分别设置在伸缩旋转上臂上的第三驱动装置和第四驱动装置、以及设置在电动汽车上的控制装置；
所述的控制装置分别与第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置通过CAN总线连接，并控制上述驱动装置。
所述的第一驱动装置包括第一电机和与第一电机连接的第一传动机构，通过电机驱动第一传动机构，实现滑块在运动导轨上平移。
所述的第二驱动装置包括第二电机，控制伸缩旋转上臂绕上臂旋转轴轴转动。
所述的第三驱动装置包括第三电机和与第三电机连接的第三传动机构，控制伸缩旋转上臂沿伸缩旋转上臂长度方向做伸缩运动。
所述的第四驱动装置包括第四电机，控制旋转摆臂沿伸缩旋转上臂的轴线旋转。
一种载有所述的可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，包括自动充电机械臂、电动汽车本体和卡扣，所述的自动充电机械臂的驱动部分包括控制装置；
所述的自动充电机械臂通过运动导轨设置在电动汽车纵向轴线上，且嵌在底盘的凹处，在非工作状态时，所述的自动充电机械臂回到初始位置自动收缩成扁平状紧贴汽车底盘，在汽车底盘上自动充电机械臂的初始位置配置至少2对卡扣，所述的卡扣通过CAN总线与控制装置连接，控制卡扣的转动固定收缩后的旋转摆臂。
所述的卡扣包括车身连接件、旋转轴和L型铝板卡扣；
所述的车身连接件通过螺母与车身底盘固连，所述的旋转轴与L型铝板卡扣铰接，旋转轴转动带动L型铝板卡扣转动，扣住旋转摆臂。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明实现了电动汽车的自动充电和自动断电。将自动充电机械臂安装汽车上，通过控制装置的控制，机械臂能自动寻找停车位的插座，为该电动汽车充电；充电完成后自动断开电源，返回至原位。整个过程无需人工操作，便捷安全：一方面避免了人工充电可能存在的安全隐患和错误操作；另一方面保障了电动汽车的充电需求，不会因为用户遗忘充电而导致电动汽车续航里程不足。
(2)本发明的自动充电机械臂嵌入在汽车底盘上，保障了充电机械臂的安全，极大程度上避免了非车载式充电机器人存在被盗窃、损坏的问题。
(3)本发明的自动充电机械臂，非工作状态时，机械臂可收缩至扁平状态且紧贴车身底盘，并用卡扣固定，占用空间位置较小，不影响车的行进。不影响电动汽车左右载重分布，对汽车行驶和其动力学特性影响可以忽略。
(4)针对大规模分时租赁电动汽车项目，本发明能够通过管理中心监测电池电量，为电量不足的汽车进行充电，防止出现顾客用车后不充电而导致其他顾客借用该续航里程不足的车辆情况出现，提高车辆的利用率。
附图说明
图1为本发明的车载自动充电机械臂结构示意图；
图2为本发明的车载自动充电机械臂收缩状态的结构示意图；
图3为本发明的具有自动充电机械臂工作状态的电动车结构示意图；
图4为防振固定卡扣结构(非工作状态)示意图；
图5为防振固定卡扣工作状态结构示意图
图1中标号所示：
101、运动导轨；102、滑块；103、伸缩旋转上臂；104、旋转摆臂；105、充电插头；106、第一驱动装置；107、第二驱动装置；108、第三驱动装置；109、第四驱动装置；110、图像识别装置；11、上臂旋转轴；12、控制装置。
图3中标号所示：
1、自动充电机械臂；2、载有自动充电机械臂的电动汽车；3、充电插座。
图4和图5中标号所示：
207、车身连接件；208、旋转轴；209、L型铝板卡扣。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种自动充电机械臂，主要包括机械部分和驱动部分和图像定位装置。
自动充电机械臂1的机械部分主要由运动导轨101、滑块102、伸缩旋转上臂103、旋转摆臂104，充电插头105、上臂旋转轴11、图像定位装置110组成；自动充电机械臂1的驱动部分由设置在滑块102上的第一促动装置106、设置在上臂旋转轴11上的第二促动装置107、设置在伸缩旋转上臂103上的第三促动装置108、第四促动装置109、设置在电动汽车上的控制装置12组成。
运动导轨101固定在电动汽车2纵向轴线上(整车X方向)，且嵌在底盘的凹处；滑块102和伸缩旋转上臂103、旋转摆臂104，充电插头105通过第一促动装置共同地在运动导轨101上平移(沿X轴方向)，伸缩旋转上臂103与滑块102通过上臂旋转轴11连接，通过第二促动装置107绕上臂旋转轴11轴转动(转动角度范围0-90°)，伸缩旋转上臂103还通过第三促动装置108沿伸缩旋转上臂103长度方向做伸缩运动；旋转摆臂104的一端与伸缩旋转上臂103的末端连接，且通过第四促动装置可使旋转摆臂104沿伸缩旋转上臂103的轴线旋转；充电插头105固定设置在旋转摆臂104的末端，用于对接充电插座，在上述促动装置的控制下，使得充电插头105在寻找插座的过程中可以在电动汽车底盘与地面的空间内具有四个运动度，及沿X轴的平移、沿Y轴的平移、沿Z轴的升降、绕Z轴的旋转；
图像定位装置110设置在充电插头105前半部的绝缘壁上，用于定位地面插座。
第一促动装置106包括电机和与电机连接的齿轮齿条机构，通过电机驱动齿轮齿条传动，实现滑块102的平动；第二促动装置107包括电机，控制伸缩旋转上臂103的旋转；第三促动装置108块包括电机和与电机连接的齿轮齿条机构，通过齿轮齿条传动实现伸缩旋转上臂103的伸缩运动；第四促动装置109包括电机，控制旋转摆臂104的旋转；
控制装置12分别与第一促动装置106、第二促动装置107、第三促动装置108、第四促动装置109通过CAN总线连接并控制上述促动装置。
如图3所示，一种载有自动充电机械臂的电动汽车，包括电动汽车本体2、自动充电机机械臂1、控制装置12和卡扣201；控制装置12安装于电动汽车2上，自动充电机械臂1通过运动导轨101设置在电动汽车纵向轴线上(整车X方向)，且嵌在底盘的凹处，在非工作状态时，自动充电机机械臂回到初始位置自动收缩成扁平状紧贴汽车底盘，在汽车底盘上自动充电机机械臂的初始位置配置至少2对卡扣201，卡扣201通过CAN总线与控制装置12连接，控制卡扣的转动固定收缩后的旋转摆臂104。
如图4和图5所示，卡扣201由车身连接件207、旋转轴208和L型铝板卡扣209组成，车身连接件207通过螺母与车身底盘固连，旋转轴208与L型铝板卡扣209铰接，旋转轴208转动带动卡扣转动，扣住机械臂。
充电线缆在自动充电机机械臂内部走线，运动导轨101上的充电线缆采用定制扁平镀银线缆，便于运动时电缆的灵活跟随。自动充电机机械臂结构件材料和卡扣皆采用铝合金，运动导轨101与滑块102的平动采用齿轮齿条传动，运动导轨101结构采用不锈钢板冲压件，导轨与齿条均在此冲压件上加工而成，实现传动与导轨一体化的紧凑型、扁平化和轻量化的设计理念。大部分控制模块的控制对象为电机，实现转动或者通过齿轮齿条传动实现平动。
本发明主要改进之处：
(1)本发明的自动充电机械臂为车载式，安装于电动汽车底盘凹进处，不影响汽车行驶；
(2)自动充电机械臂非工作状态时能够收缩至与电动汽车底盘最低平面平齐，不影响汽车距地面最低高度。
本发明的工作原理如下：
功能：
当载有该机械臂的电动汽车停到指定车位后，控制装置读取电动汽车电池的电量，在电动汽车电量不足的情况下，控制自动机械臂的自动与地面充电插头自动对接，实现充电。在电动汽车电量充足后，充电完成的情况下自动拔出插头，机械臂收缩回到原位，通过这种方式实现电动汽车的自动、安全充电。
原理：
基本通信原理：本发明通过将自动充电机械臂安装于电动汽车底盘下，通过can总线控制机械臂，监测汽车电量并自动寻找地面上的充电插座为电动汽车充电。同时电动汽车上的控制装置通过3G/4G无线模块与运营中心进行数据交换，实现大数据调度。
自动充电机械臂充电及断电动作原理：当电动汽车停放于地面具有充电插座的停车位时，控制装置通过CAN总线读取电动汽车汽车电池电量，当电量低于设定阀值时，控制装置12命令自动充电机械臂1准备充电，具体为：控制装置12控制卡扣201张开释放自动充电机械臂1，再命令图像识别装置110通过拍照定位地面充电插座3的位置，第一促动装置106通过电机驱动齿轮齿条传动，实现滑块102的平动，第二促动装置107控制伸缩旋转上臂103的旋转，第三促动装置108通过齿轮齿条传动实现伸缩旋转上臂103的伸缩运动,第四促动装置109控制旋转摆臂104旋转，控制装置12通过上述第一促动装置106、第二促动装置107、第三促动装置108、第四促动装置109控制自动充电机械臂的关节联动寻找并***位于车位上的充电插座3，接通充电电路，开始充电；当充电完毕后，控制装置12命令第三促动装置108使伸缩旋转上臂103收缩，使充电插头105从充电插座3中拔出，第二促动装置107和第四促动装置109分别控制旋转上臂103和旋转摆臂104旋转，最终使自动充电机械臂2收缩至底盘下与导轨平行并紧贴导轨，此时安装与底盘上各个位置处的防振固定卡扣201，通过电机控制旋转轴208，使L型铝板卡扣209自动扣住机械臂，防止机械臂在汽车行驶过程中与汽车底盘不紧贴而引起汽车车身振动，影响乘坐舒适性。
工作过程：
一种可收缩的自动充电机械臂的应用，能自动为载有该机械臂的电动汽车充电，具体的步骤为：
S1、载有自动充电机械臂的电动汽车停在有地面插座的停车位上；
S2、自动充电机械臂接收到电动汽车控制器下发的准备充电的指令；
S3、自动充电机械臂各关节联动，通过图像识别装置自动寻找车位的充电插座；
S4、自动充电机械臂的充电插头对接插座，锁定自身位置；
S5、接通充电电路，为电动汽车充电，控制装置通过CAN总线实时监测充电状态；
S6、充电完毕，断开电源，拔出充电插头；
S7、控制机械臂收缩，使其与导轨平面平行且紧贴导轨；
S8、防振固定卡扣自动卡紧机械臂。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种载有可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，所述自动充电机械臂安装在电动汽车(2)上，其特征在于，所述的充电机械臂包括：
运动导轨(101)，内嵌在电动汽车(2)底盘的凹处；
滑块(102)，与运动导轨(101)滑动连接，沿运动导轨(101)长度方向滑动；
伸缩旋转上臂(103)，通过上臂旋转轴(11)与滑块(102)连接，所述的伸缩旋转上臂(103)绕上臂旋转轴(11)转动，同时沿自身长度方向伸缩运动；
旋转摆臂(104)，与伸缩旋转上臂(103)末端连接，并绕伸缩旋转上臂(103)的轴线旋转；
充电插头(105)，固定设置在旋转摆臂(104)的末端；
所述的充电机械臂还包括图像定位装置(110)，该图像定位装置(110)设置在充电插头(105)前半部的绝缘壁上，用于定位地面插座；
所述的充电机械臂还包括驱动部分，该驱动部分包括设置在滑块(102)上的第一驱动装置(106)、设置在上臂旋转轴(11)上的第二驱动装置(107)、分别设置在伸缩旋转上臂(103)上的第三驱动装置(108)和第四驱动装置(109)、以及设置在电动汽车(2)上的控制装置(12)；
所述的控制装置(12)分别与第一驱动装置(106)、第二驱动装置(107)、第三驱动装置(108)、第四驱动装置(109)通过CAN总线连接，并控制上述驱动装置；
所述电动汽车包括自动充电机械臂(1)、电动汽车本体(2)和卡扣(201)，所述的自动充电机械臂(1)的驱动部分包括控制装置(12)；
所述的自动充电机械臂(1)通过运动导轨(101)设置在电动汽车纵向轴线上，且嵌在底盘的凹处，在非工作状态时，所述的自动充电机械臂(1)回到初始位置自动收缩成扁平状紧贴汽车底盘，在汽车底盘上自动充电机械臂(1)的初始位置配置至少2对卡扣(201)，所述的卡扣(201)通过CAN总线与控制装置(12)连接，控制卡扣的转动固定收缩后的旋转摆臂(104)；
所述的卡扣(201)包括车身连接件(207)、旋转轴(208)和L型铝板卡扣(209)；
所述的车身连接件(207)通过螺母与车身底盘固连，所述的旋转轴(208)与L型铝板卡扣(209)铰接，旋转轴(208)转动带动L型铝板卡扣(209)转动，扣住旋转摆臂(104)。
2.根据权利要求1所述的一种载有可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，其特征在于，所述的第一驱动装置(106)包括第一电机和与第一电机连接的第一传动机构，通过电机驱动第一传动机构，实现滑块(102)在运动导轨(101)上平移。
3.根据权利要求1所述的一种载有可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，其特征在于，所述的第二驱动装置(107)包括第二电机，控制伸缩旋转上臂(103)绕上臂旋转轴(11)轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种载有可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，其特征在于，所述的第三驱动装置(108)包括第三电机和与第三电机连接的第三传动机构，控制伸缩旋转上臂(103)沿伸缩旋转上臂(103)长度方向做伸缩运动。
5.根据权利要求1所述的一种载有可收缩的自动充电机械臂的电动汽车，其特征在于，所述的第四驱动装置(109)包括第四电机，控制旋转摆臂(104)沿伸缩旋转上臂(103)的轴线旋转。
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