CN111071088B - 一种电动车自动充电方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种具有智能识别功能的可自动开关充电门插枪拔枪的电动车自动充电装置，主要由充电机器人、充电桩、充电线缆跟随机构、充电枪组件组成；所述充电机器人主要由多轴机械手、充电门和充电口智能识别***、开关充电门机构和充电口测量组件、线缆跟控机构、控制***等组成；多轴机械手的头部安装有负载插接头；充电门和充电口智能识别***硬件部分主要由摄像头、测距仪及其翻转机构组成；充电口测量组件主要由开关充电门机构、充电口三维扫描组件、插接槽以及安装基板等组成；充电枪组件主要由传感器、插接槽以及安装基板等组成；本发明结构紧凑、设计合理、自动化程度高，减少了人力，避免了人员操作风险，极大的延长充电枪及其线缆的寿命。

Description

一种电动车自动充电方法和装置
技术领域
本发明涉及一种电动车自动充电方法和装置，属于新能源汽车充电技术领域。
背景技术
随着电动汽车的普及，给电动车充电成为了一项日常工作，特别是对于电动公交车等大型电动车的充电，由于线缆粗硬、充电枪笨重，充电成了一件费事费力的苦差事；现在给电动车充电主要是人工，而对电动公交车等大型电动车的充电对充电人员有一定的要求，且存在一定的安全隐患。对于一些大型用车行业，如公交车公司、大型物流公司等等，存在工作强度高、难以管理、充电枪及其线缆容易损坏等问题；如果能有配套的全自动充电设备，不仅减少人力，避免风险，而且可以大大延长充电枪及其线缆的寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有智能识别功能的可自动开关充电门插枪拔枪的电动车充电方法和装置，该装置结构紧凑、设计合理、自动化程度高，减少了人力，避免了人员操作风险，极大的延长充电枪及其线缆的寿命，并且安全可靠、皮实耐用、充电效率高、具有通用性，主要用于为电动车进行自动充电，特别是电动公交车等大型电动车的自动充电。
本发明的目的是这样实现的：
一种电动车自动充电装置，主要由充电口组件、充电线缆跟随机构、充电机器人机构、充电桩和充电枪挂箱组成，所述充电口组件设置于电动车的车体侧面，所述充电口组件包含充电门和充电口；上述充电机器人机构、充电桩和充电枪组件挂箱位于电动车的充电口组件的同侧；
所述充电线缆跟随机构包含依次连接的带法兰直管、线管、一维旋转关节和万向旋转关节，上述一维旋转关节和万向旋转关节为中空关节，上述带法兰直管、线管、一维旋转关节和万向旋转关节构成一两头开口的线缆管路；所述万向旋关节的前端设置有充电枪组件，充电线缆穿接于线缆管路内，其一端与充电枪组件相连接，另一端与充电桩相连接；上述由充电线缆、线缆管路和充电枪组件构成一路充电装置，上述充电装置设置有两组；
所述充电机器人机构包含机器人本体、充电门和充电口智能识别机构、开关测量组件、线缆跟控机构和机器人挂箱；所述机器人本体安装于机器人挂箱的箱内底面；所述充电门和充电口智能识别机构安装于机器人挂箱的箱内适当位置，启动工作后电动车的充电门位于其视场内；所述开关测量组件设置于机器人挂箱内。
本发明一种电动车自动充电装置，所述充电枪组件主要由充电枪安装基板、充电枪插接槽、充电枪本体组成；所述充电枪插接槽和充电枪本体固定安装于充电枪安装基板上；所述充电枪本体上设置有接近传感器。
本发明一种电动车自动充电装置，上述机器人本体包含多轴机械手，所述多轴机械手的头部设置有负载插接头；所述多轴机械手为六轴机械手。
本发明一种电动车自动充电装置，所述充电门和充电口智能识别机构包含识别机构安装基板，所述识别机构安装基板设置于机器人挂箱的箱体内壁适当位置，所述识别机构安装基板上设置有翻转机构，所述翻转机构上设置有测距仪和自动调焦摄像头，所述自动调焦摄像头摄取包含有电动车充电门的图像。
本发明一种电动车自动充电装置，所述开关测量组件包含安装基板，所述安装基板的一端面上并列设置有开关充电门机构和充电口测量组件，所述安装基板的另一端面上设置有插接槽。
本发明一种电动车自动充电装置，所述开关充电门机构的主体为可伸缩、旋转的机械手指；所述开关充电门机构上设置有接近传感器。
本发明一种电动车自动充电装置，所述充电口测量组件主要由摄像头、视觉传感器或激光雷达构成；所述充电口测量组件上设置有接近传感器。
本发明一种电动车自动充电装置，所述线缆跟控机构包含跟控机构安装基板，所述跟控机构安装基板的顶面固定安装于机器人挂箱的箱内顶壁上，所述跟控机构安装基板的底面设置有线缆柔性接头、线缆牵引机构、线缆张紧机构和线缆柔性跟随机构，充电线缆和其它线缆从充电桩导出后穿过线缆柔性接头缠绕于线缆张紧机构上，充电线缆和其它线缆的端头由线缆牵引机构导出后分别连接至多轴机械手上各机构内。
本发明一种电动车自动充电方法，所述自动充电方法基于上述电动车自动充电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、电动车停在充电区域可以开始充电后，充电门和充电口智能识别机构启动，识别电动车侧壁上的充电门并精确测量出充电门三维空间位置，并将数据传输至智能识别***中；
步骤2、多轴机械手启动，将其头部携带的负载插接头***位于机器人挂箱中的开关测量组件上的插接槽内，插接槽进而再通过机械锁定或者电磁吸力的方式将其插接牢靠；
步骤3、多轴机械手携带开关充电门机构和充电口测量组件伸出并操作开关充电门机构打开充电门，与此同时，充电口测量组件扫描充电口上的充电门，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口上的充电门的三维空间位置；
步骤4、控制***控制多轴机械手继续操作开关充电门机构进而打开充电枪充电口上的充电门；充电口测量组件扫描充电口，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口的三维空间位置，然后多轴机械手携带开关充电门机构和充电口测量组件返回，并将开关充电门机构和充电口测量组件放回到机器人挂箱内；
步骤5、多轴机械手通过其头部携带的负载插接头***位于机器人挂箱中的充电枪组件内并携带充电枪组件伸出，将充电枪组件准确地***充电口中；然后多轴机械手缩回，再将另一支充电枪***另一个充电口中，然后缩回到箱体等待；
步骤6、待充电完成后，多轴机械手启动，通过其头部携带的负载插接头一个接一个地依次将两支充电枪组件拔出并插回挂箱，最后再次携带并操作充电门开关机构依次关上充电口的充电门和电动车上的充电门，然后多轴机械手返回并复位，整个装置复位，整个自动充电过程完成，等待下一次充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、将充电线缆及其充电枪与充电机器人分开，彼此独立。既避免了相互干扰，也大大缩小了机器人的体积、减轻了机器人的重量。
2、将负载插接在机械手前端头部，减低了负载的技术要求，使负载更易达成***对其性能指标。
3、通过插接方式，可以使机械手操作多种负载，大大提高了机械手的效能。
4、通过线缆跟控机构和充电线缆跟随机构，大大降低了对机械手的载重等指标要求。
附图说明
图1为本发明一种电动车自动充电装置与电动车配合效果图。
图2为本发明一种电动车自动充电装置的结构示意图。
图3为本发明一种电动车自动充电装置的充电线缆跟随机构结构示意图。
图4为本发明一种电动车自动充电装置的充电机器人整体结构示意图。
图5为图4中充电机器人的机械手和负载插接头结构示意图。
图6为图4中充电机器人的充电门和充电口智能识别模组硬件结构。
图7为图4中充电机器人的开关充电门机构和充电口三维扫描组件结构示意图。
图8为图4中充电机器人的线缆跟控机构机构示意图。
其中：
电动车1、充电口组件2、充电线缆跟随机构3、充电机器人4、充电桩5、充电枪组件挂箱6；
充电线缆3.1、带法兰直管3.2、线管3.3、一维旋转关节3.4、万向旋转关节3.5、充电枪组件3.6；
机器人本体4.1、充电门和充电口智能识别机构4.2、开关测量组件4.3、线缆跟控机构4.4、机器人挂箱4.5；
多轴机械手4.1.1、负载插接头4.1.2；
识别机构安装基板4.2.1、翻转机构4.2.2、测距仪4.2.3、自动调焦摄像头4.2.4；
开关充电门机构4.3.1、充电口测量组件4.3.2、插接槽4.3.3、安装基板4.3.4；
跟控机构安装基板4.4.1、线缆柔性接头4.4.2、线缆牵引机构4.4.3、线缆张紧机构4.4.4、线缆柔性跟随机构4.4.5。
具体实施方式
参见图1～8，本发明涉及的一种电动车自动充电装置，主要由充电口组件2、充电线缆跟随机构3、充电机器人机构4、充电桩5和充电枪挂箱6组成；所述充电口组件2设置于电动车1的车体侧面，所述充电口组件2包含充电门和充电口；上述充电机器人机构4、充电桩5和充电枪组件挂箱6位于电动车1的充电口组件2的同侧；
所述充电线缆跟随机构3包含依次连接的带法兰直管3.2、线管3.3、一维旋转关节3.4和万向旋转关节3.5，上述一维旋转关节3.4和万向旋转关节3.5为中空关节，上述带法兰直管3.2、线管3.3、一维旋转关节3.4和万向旋转关节3.5构成一两头开口的线缆管路；所述万向旋关节3.5的前端设置有充电枪组件3.6，充电线缆3.1穿接于线缆管路内，其一端与充电枪组件3.6相连接，另一端与充电桩5相连接，为充电枪组件3.6提供电源；充电线缆3.1外部的线缆管路对其形成保护并使其可跟随充电枪组件自由轻松地移动；上述由充电线缆3.1、线缆管路和充电枪组件3.6构成一路充电装置，上述充电装置设置有两组；
进一步的，所述充电枪组件3.6主要由充电枪安装基板、充电枪插接槽、充电枪本体组成；所述充电枪插接槽和充电枪本体固定安装于充电枪安装基板上；具体的讲，充电线缆3.1和充电枪组件3.6位于充电机器人机构4外，是独立设置的，充电线缆跟随机构3中的充电线缆3.1直接来自充电桩5，在操作充电枪时机械手伸出箱体外插接位于充电线缆跟随机构3上的充电枪组件3.6的充电枪插接槽内；所述充电枪本体上设置有接近传感器，防止充电枪组件3.6与电动车1发生碰撞；
所述充电机器人机构4包含机器人本体4.1、充电门和充电口智能识别机构4.2、开关测量组件4.3、线缆跟控机构4.4和机器人挂箱4.5；所述机器人本体4.1安装于机器人挂箱4.5的内腔底面；所述充电门和充电口智能识别机构4.2安装于机器人挂箱4.5的箱内适当位置，启动工作后电动车1的充电门位于其视场内；所述开关测量组件4.3设置于机器人挂箱4.5内，使用时，由机械手插接在其头部；
进一步的，上述机器人本体4.1包含多轴机械手4.1.1，所述多轴机械手4.1.1的头部设置有负载插接头4.1.2，用于插接负载并操纵负载执行各种操作；优选的，所述多轴机械手4.1.1为六轴机械手；
进一步的，所述充电门和充电口智能识别机构4.2包含识别机构安装基板4.2.1，所述识别机构安装基板4.2.1设置于机器人挂箱4.5的箱体内壁适当位置，所述识别机构安装基板4.2.1上设置有翻转机构4.2.2，所述翻转机构4.2.2上设置有测距仪4.2.3和自动调焦摄像头4.2.4，所述自动调焦摄像头4.2.4摄取包含有电动车1充电门的图像，提供识别软件用于智能识别充电门并计算其空间位置；
进一步的，所述开关测量组件4.3包含安装基板4.3.4，所述安装基板4.3.4的一端面上并列设置有开关充电门机构4.3.1和充电口测量组件4.3.2，所述安装基板4.3.4的另一端面上设置有插接槽4.3.3，在工作时，由多轴机械手4.1.1将开关测量组件4.3插接在其头部，插接在多轴机械手4.1.1头部的目的是方便操作开关充电门机构4.3.1和减少多轴机械手4.1.1等机构阻挡其上的充电口测量组件4.3.2对位于车内充电口上的充电门及其充电口的扫描和测量；上述机器人挂箱4.5和充电枪组件挂箱6，分别为开关充电门机构4.3.1、充电口测量组件4.3.2和充电枪组件3.6提供放置的地方，便于多轴机械手4.1.1定位和进行插接操作；
优选的，所述开关充电门机构4.3.1的主体为可伸缩、旋转的机械手指，利用机械手指打开电动车1车体上的充电门和充电枪上的充电门，由控制***操纵多轴机械手4.1.1对开关充电门机构4.3.1进行操作；所述开关充电门机构4.3.1上设置有接近传感器，防止开关充电门机构4.3.1与电动车1发生碰撞；
进一步的，所述充电口测量组件4.3.2主要由摄像头、视觉传感器或激光雷达构成，用于测量电动车1上的充电门和充电口的空间位置以及充电枪上的充电门位置，为多轴机械手4.1.1开关充电口上的充电门和插拔充电枪提供数据；所述充电口测量组件4.3.2上设置有接近传感器，防止充电口测量组件4.3.2与电动车1发生碰撞；
进一步的，所述线缆跟控机构4.4包含跟控机构安装基板4.4.1，所述跟控机构安装基板4.4.1的顶面固定安装于机器人挂箱4.5的箱内顶壁上，所述跟控机构安装基板4.4.1的底面设置有线缆柔性接头4.4.2、线缆牵引机构4.4.3、线缆张紧机构4.4.4和线缆柔性跟随机构4.4.5，充电线缆3.1和其它线缆从充电桩5导出后穿过线缆柔性接头4.4.2缠绕于线缆张紧机构4.4.4上，充电线缆3.1和其它线缆的端头由线缆牵引机构4.4.3导出后分别连接至多轴机械手4.1.1上各机构内，通过线缆牵引机构4.4.3控制个线缆的伸出和缩回动作；
本发明一种电动车自动充电方法，基于上述电动车自动充电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、电动车1停在充电区域可以开始充电后，充电门和充电口智能识别机构4.2启动，识别电动车1侧壁上的充电门并精确测量出充电门三维空间位置，并将数据传输至智能识别***中；
步骤2、多轴机械手4.1.1启动，将其头部携带的负载插接头4.1.2***位于机器人挂箱4.5中的开关测量组件上的插接槽4.3.3内，插接槽4.3.3进而再通过机械锁定或者电磁吸力的方式将其插接牢靠；
步骤3、多轴机械手4.1.1携带开关充电门机构4.3.1和充电口测量组件4.3.2伸出并操作开关充电门机构4.3.1打开充电门，与此同时，充电口测量组件4.3.2扫描充电口上的充电门，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口上的充电门的三维空间位置；
步骤4、控制***控制多轴机械手4.1.1继续操作开关充电门机构4.3.1进而打开充电枪充电口上的充电门；充电口测量组件4.3.2扫描充电口，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口的三维空间位置，然后多轴机械手4.1.1携带开关充电门机构4.3.1和充电口测量组件4.3.2返回，并将开关充电门机构4.3.1和充电口测量组件4.3.2放回到机器人挂箱4.5内；
步骤5、多轴机械手4.1.1通过其头部携带的负载插接头4.1.2***位于机器人挂箱4.5中的充电枪组件3.6内并携带充电枪组件3.6伸出，将充电枪组件3.6准确地***充电口中；然后多轴机械手4.1.1缩回，再将另一支充电枪***另一个充电口中，然后缩回到箱体等待；
步骤6、待充电完成后，多轴机械手4.1.1启动，通过其头部携带的负载插接头4.1.2一个接一个地依次将两支充电枪组件3.6拔出并插回挂箱，最后再次携带并操作充电门开关机构4.3.1依次关上充电口的充电门和电动车上的充电门，然后多轴机械手4.1.1返回并复位，整个装置复位，整个自动充电过程完成，等待下一次充电。
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电动车自动充电装置，主要由充电口组件(2)、充电线缆跟随机构(3)、充电机器人机构(4)、充电桩(5)和充电枪组件挂箱(6)组成，其特征在于：所述充电口组件(2)设置于电动车(1)的车体侧面，所述充电口组件(2)包含充电门和充电口；上述充电机器人机构(4)、充电桩(5)和充电枪组件挂箱(6)位于电动车(1)的充电口组件(2)的同侧；
所述充电线缆跟随机构(3)包含依次连接的带法兰直管(3.2)、线管(3.3)、一维旋转关节(3.4)和万向旋转关节(3.5)，上述一维旋转关节(3.4)和万向旋转关节(3.5)为中空关节，上述带法兰直管(3.2)、线管(3.3)、一维旋转关节(3.4)和万向旋转关节(3.5)构成一两头开口的线缆管路；所述万向旋转关节(3.5)的前端设置有充电枪组件(3.6)，充电线缆(3.1)穿接于线缆管路内，其一端与充电枪组件(3.6)相连接，另一端与充电桩(5)相连接；上述由充电线缆(3.1)、线缆管路和充电枪组件(3.6)构成一路充电装置，上述充电装置设置有两组；
所述充电机器人机构(4)包含机器人本体(4.1)、充电门和充电口智能识别机构(4.2)、开关测量组件(4.3)、线缆跟控机构(4.4)和机器人挂箱(4.5)；所述机器人本体(4.1)安装于机器人挂箱(4.5)的箱内底面；所述充电门和充电口智能识别机构(4.2)安装于机器人挂箱(4.5)的箱内适当位置，启动工作后电动车(1)的充电门位于其视场内；所述开关测量组件(4.3)设置于机器人挂箱(4.5)内；
上述机器人本体(4.1)包含多轴机械手(4.1.1)，所述多轴机械手(4.1.1)的头部设置有负载插接头(4.1.2)；所述多轴机械手(4.1.1)为六轴机械手；
所述开关测量组件(4.3)包含安装基板(4.3.4)，所述安装基板(4.3.4)的一端面上并列设置有开关充电门机构(4.3.1)和充电口测量组件(4.3.2)，所述安装基板(4.3.4)的另一端面上设置有插接槽(4.3.3)；
自动充电方法基于上述电动车自动充电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、电动车(1)停在充电区域可以开始充电后，充电门和充电口智能识别机构(4.2)启动，识别电动车(1)侧壁上的充电门并精确测量出充电门三维空间位置，并将数据传输至智能识别***中；
步骤2、多轴机械手(4.1.1)启动，将其头部携带的负载插接头(4.1.2)***位于机器人挂箱(4.5)中的开关测量组件上的插接槽(4.3.3)内，插接槽(4.3.3)进而再通过机械锁定或者电磁吸力的方式将其插接牢靠；
步骤3、多轴机械手(4.1.1)携带开关充电门机构(4.3.1)和充电口测量组件(4.3.2)伸出并操作开关充电门机构(4.3.1)打开充电门，与此同时，充电口测量组件(4.3.2)扫描充电口上的充电门，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口上的充电门的三维空间位置；
步骤4、控制***控制多轴机械手(4.1.1)继续操作开关充电门机构(4.3.1)进而打开充电枪充电口上的充电门；充电口测量组件(4.3.2)扫描充电口，并将数据反馈给控制***，控制***对数据处理后得到充电口的三维空间位置，然后多轴机械手(4.1.1)携带开关充电门机构(4.3.1)和充电口测量组件(4.3.2)返回，并将开关充电门机构(4.3.1)和充电口测量组件(4.3.2)放回到机器人挂箱(4.5)内；
步骤5、多轴机械手(4.1.1)通过其头部携带的负载插接头(4.1.2)***位于机器人挂箱(4.5)中的充电枪组件(3.6)内并携带充电枪组件(3.6)伸出，将充电枪组件(3.6)准确地***充电口中；然后多轴机械手(4.1.1)缩回，再将另一支充电枪***另一个充电口中，然后缩回到箱体等待；
步骤6、待充电完成后，多轴机械手(4.1.1)启动，通过其头部携带的负载插接头(4.1.2)一个接一个地依次将两支充电枪组件(3.6)拔出并插回挂箱，最后再次携带并操作开关充电门机构(4.3.1)依次关上充电口的充电门和电动车上的充电门，然后多轴机械手(4.1.1)返回并复位，整个装置复位，整个自动充电过程完成，等待下一次充电。
2.根据权利要求1所述的电动车自动充电装置，其特征在于：所述充电枪组件(3.6)主要由充电枪安装基板、充电枪插接槽、充电枪本体组成；所述充电枪插接槽和充电枪本体固定安装于充电枪安装基板上；所述充电枪本体上设置有接近传感器。
3.根据权利要求1所述的电动车自动充电装置，其特征在于：所述充电门和充电口智能识别机构(4.2)包含识别机构安装基板(4.2.1)，所述识别机构安装基板(4.2.1)设置于机器人挂箱(4.5)的箱体内壁适当位置，所述识别机构安装基板(4.2.1)上设置有翻转机构(4.2.2)，所述翻转机构(4.2.2)上设置有测距仪(4.2.3)和自动调焦摄像头(4.2.4)，所述自动调焦摄像头(4.2.4)摄取包含有电动车(1)充电门的图像。
4.根据权利要求1所述的电动车自动充电装置，其特征在于：所述开关充电门机构(4.3.1)的主体为可伸缩、旋转的机械手指；所述开关充电门机构(4.3.1)上设置有接近传感器。
5.根据权利要求1所述的电动车自动充电装置，其特征在于：所述充电口测量组件(4.3.2)主要由摄像头、视觉传感器或激光雷达构成；所述充电口测量组件(4.3.2)上设置有接近传感器。
6.根据权利要求1所述的电动车自动充电装置，其特征在于：所述线缆跟控机构(4.4)包含跟控机构安装基板(4.4.1)，所述跟控机构安装基板(4.4.1)的顶面固定安装于机器人挂箱(4.5)的箱内顶壁上，所述跟控机构安装基板(4.4.1)的底面设置有线缆柔性接头(4.4.2)、线缆牵引机构(4.4.3)、线缆张紧机构(4.4.4)和线缆柔性跟随机构(4.4.5)，充电线缆(3.1)和其它线缆从充电桩(5)导出后穿过线缆柔性接头(4.4.2)缠绕于线缆张紧机构(4.4.4)上，充电线缆(3.1)和其它线缆的端头由线缆牵引机构(4.4.3)导出后分别连接至多轴机械手(4.1.1)上各机构内。
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