CN205736996U - 一种电动车自动充电机械臂 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电动车自动充电机械臂，包括控制***、定位与避障装置和执行装置，所述执行装置由六轴机械臂和充电接口组成，定位与避障装置包括激光测距仪、单目照相机和超声检测仪，控制***由上位机和下位机连接而成，六轴机械臂的底座固定于控制***上，控制***上固定有超声检测仪，充电接口、激光测距仪和单目照相机分别固定于六轴机械臂末端，激光测距仪、单目照相机和超声检测仪三者相对位置固定；单目照相机成像平面与充电接口相互平行，并且垂直于激光测距仪的光束；超声检测仪，激光测距仪和单目照相机分别连接上位机，下位机连接执行装置。本实用新型能够实现电动车的自动充电需求，以解决电动车驾驶员需要频繁手动插拔充电的不便与触电的安全隐患。

Description

一种电动车自动充电机械臂
技术领域
本实用新型涉及机器视觉定位技术，特别是涉及一种基于计算机单目视觉和激光测距相结合的电动车自动充电机械臂。
背景技术
随着世界汽车工业化进程的快速发展和全球石油资源的进一步枯竭，汽车行业正在由燃油动力***到电驱动***的方向发展。相比传统的燃油汽车，电动车存在续航能力较弱的问题，需要频繁充电。因此，解决电动车充电问题是发展电动车产业的关键。
现有的电动车电池充电方式主要有：固定充电桩人工插拔充电和更换电池两种方式，其中，更换电池的方式操作较为复杂，经济性不高，不适合普通用户经常使用。目前一般常用的方式为固定充电桩手动充电。但随着电动车的增加，充电桩的数量和分布也相应的增大，管理员对充电设备的维护难度增加，当用户进行手动充电时可能存在误触接口、线路漏电等安全隐患，雷雨天进行充电对用户也存在很大危险性，此外，每次停车后绕到车尾进行频繁地手动插拔充电也在一定程度上给用户带来了不便，并且降低了对电动车的使用体验。因此，设计一种能为电动车自动充电的机械臂***就具有很大的意义和实用价值。
实用新型内容
为解决现有电动车充电桩需要用户频繁手动插拔充电的问题，本实用新型提供一种基于单目视觉和激光测距的电动车自动充电机械臂，当电动车停入车位后，即可完成一键充电，实现电动车充电过程自动化、智能化和安全化，并提高了用户的使用舒适性和便捷性。
本实用新型提出的一种电动车自动充电机械臂，其中：包括控制***、定位与避障装置和执行装置，所述执行装置由六轴机械臂和充电接口组成，定位与避障装置包括激光测距仪、单目照相机和超声检测仪，控制***由上位机和下位机连接而成，六轴机械臂的底座固定于控制***上，控制***上固定有超声检测仪，充电接口、激光测距仪和单目照相机分别固定于六轴机械臂末端，激光测距仪、单目照相机和超声检测仪三者相对位置固定；单目照相机成像平面与充电接口相互平行，并且垂直于激光测距仪的光束；超声检测仪，激光测距仪和单目照相机分别连接上位机，下位机连接执行装置。
本实用新型中，所述上位机通过网络通信连接用户APP端口，通过用户APP端口连接充电器，使充电过程完全自动化，无需人为手动操作。
本实用新型中，所述柔性连接器由弹簧与橡胶棒连接而成，以补偿定位误差。
本实用新型中，利用公式转换，其中，Ｌ和l 1分别为两次测距的距离，β为两次测距中激光测距仪的夹角，α为机械臂末端需要调整的转角；通过激光测距仪在旋转相距β角的两个方向上测出的车距，得到充电器姿态角度的调整。
本实用新型中，电动车自动充电机械臂和电动车配套使用，所述电动车上设有电动车充电口，电动车充电口上粘贴有黑边白底的圆形轮廓标记图案。
本实用新型中，所述充电接口用于连接电动车充电口。
本实用新型中，六轴机械臂可绕其底座进行360°旋转，能够满足对相邻两个车位上的充电需求。
本实用新型中，当电动车需要用充电器充电时，每个充电桩上装有行程开关，所述充电接口纵向定位通过充电器前端的行程开关实现，当充电器与电动车充电口完全对接后，行程开关被压下，六轴机械臂停止运动。
本实用型的工作过程如下：
（1）机械臂底座安装的超声检测仪启动，检测工作区域内是否有障碍，如未检测到障碍物则进行下一步工作，否则停止运行；
（2）驱动六轴机械臂运动到如下姿态：末端充电接口位于停车位边线正上方距地面高1m处，充电接口平面面向停车面，并与地面垂直；
（3）开启激光测距仪，通过旋转六轴机械臂末端在两个角度下测得的车距来计算停车实际位置与标准位置的夹角，从而调整末端位姿，使充电接口平面与电动车插口平面平行；
（4）启动视觉定位***，找到电动车充电口并确定其定位，并将定位信息反馈至控制***；
（5）控制***驱动六轴机械臂调整位置，以垂直于充电接口的方向向电动车充电接口运动；
（6）充电接口前端装有行程限位开关，当完全结合后，六轴机械臂停止运动，开始充电；
（7）电池充电完成或接收到用户发出的停止充电指令后，上位机向控制器发送指令，控制器机械臂收回至初始状态。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有的固定充电桩相比具有下列优点：
1）利用该装置代替固定充电桩对电动车进行自动充电能够有效节约电动车用户的手动充电时间，具有一定的便捷性。
2）利用该装置对电动车进行自动充电，能够避免用户肢体与充电设备的直接接触，可以防止触电隐患，具有一定的安全性。
3）利用该装置对电动车进行自动充电，完成充电后，机械臂能够自动收回，避免对充电接口的无效占用，并且机械臂可绕底座进行360°旋转，实现对相邻两个车位的充电需求，具有一定的高效性。
4）该装置可通过超声波传感器进行障碍检测，防止运动过程与人或其他物体中发生碰撞。
附图说明
图1电动车充电机械臂组成示意图；
图2电动车充电机械臂结构示意图；
图3机械臂末端位姿调整方法示意图；
图4单目照相机３搜索充电接口方法示意图；
图5充电口识别特征标记示意图；
图6 目标位置调整示意图；
图7相邻车位旋转充电示意图
图中标号：1-控制***，2-六轴机械臂，3-单目照相机，4-充电接口，5-激光测距仪，6-超声检测仪，７-定位与避障装置，８-上位机，９-下位机，10-执行装置，11-电动车。
具体实施方式
为了更加清晰地表达机械臂为电动车进行自动充电的过程，下面结合附图和实施方式对本实用新型做进一步说明。
实施例１：本实用新型所提供的一种电动车自动充电机械臂，包括：包括控制***1、定位与避障装置和执行装置11三个部分，
所述执行装置11由充电接口4和六轴机械臂2通过柔性连接器连接而成，用于执行自动充电操作，其中，充电接口4采用标准通用接口，满足各种车辆的充电需求，柔性连接器由弹簧和橡胶棒组成，用于补偿定位误差。
所述定位与避障装置由单目照相机3、超声检测仪6和激光测距仪５构成。单目照相机3采用eye-in-hand的形式安置于六轴机械臂2末端，进行拍摄并定位电动车充电口位置，激光测距仪５固定于六轴机械臂２末端，并保证激光束与电力输出接口平面垂直，用于调节六轴机械臂2末端的充电接口4位姿，使之能够与电动车充电口顺利对接。
所述控制***1由上位机8和下位机9组成，实现六轴机械臂的自动充电作业的控制。
图2所示为电动车充电机械臂结构简图，充电接口４、单目照相机３和激光测距仪５固定于六轴机械臂２末端，通过单目照相机３采集的图像信息和激光测距得到的距离信息来控制六轴机械臂各节臂的转角来实现末端充电接口与电动车充电插口的对接。
图3所示为六轴机械臂末端位姿调整方法示意图。若用户停车时，车身相对边线有一定歪斜角度α，则充电插头难以顺利对接充电，此时需要进行位姿调整，使充电器接口平面与电动车充电口平面平行。当六轴机械臂２进入工作状态后，末端充电口的初始位置如图中0所示，激光测距仪５发出的光束与停车线垂直，测得车距为L。然后，下位机９驱动六轴机械臂２末端平行与地面转动β角，并测得对应的车距，把测得数据发送至控制***的上位机８，利用计算机根据几何关系即可得出电动车相对于停车线的偏移角度，因此只需控制六轴机械臂末端转动α角即可完成位姿调整。
图4所示为单目照相机３搜索充电接口方法示意图，完成充电口位姿调整后，***开启单目照相机３进行图像识别与定位，首先在图示的初始视野中搜索目标，若发现充电插口则停止搜索，否则驱动机械臂，按照图示中由①到⑧的编号顺序进行拍摄搜索，一旦找到目标即停止后续搜索，在搜索过程中，六轴机械臂末端姿态始终保持一定。
图5所示为充电口识别特征标记示意图，考虑到不同车型的充电口外观形状，以及车身颜色会有很大区别，为了使该自动充电装置能满足所有电动车的充电需求，设计图5所示的轮廓标记，以减小不同车身外观因素对图像识别的干扰。所示的轮廓为黑边圆环，其圆心与充电接口重合，只需通过图像处理技术提取圆形轮廓，找到圆心的图像平面上的位置即可完成充电口在2维平面上的定位。接下来，根据图片像素点与坐标转化算法计算特征圆形的相对坐标（△x，△y），控制机械臂末端平移，使接口出现在视野中心，如图6所示。调整完成后，使六轴机械臂末端沿垂直于当前成像平面的方向靠近电动车即可实现充电口对接，定位误差通过六轴机构臂的末节臂的柔性连接修正，对接完成后通过接头限位开关反馈给控制***，机械臂运动停止，进入充电状态。
图7所示为相邻车位旋转充电示意图，为了充分发挥自动充电机械臂的利用率，每两个相邻车位可共用一个自动充电机械臂，充电执行装置通过绕底座轴线水平旋转，来分别对两个车位上的电动车进行自动充电。

Claims (6)

1.一种电动车自动充电机械臂，其特征在于：包括控制***、定位与避障装置和执行装置，所述执行装置由六轴机械臂和充电接口通过柔性连接器连接而成，定位与避障装置包括激光测距仪、单目照相机和超声检测仪，控制***由上位机和下位机连接而成，六轴机械臂的底座固定于控制***上，控制***上固定有超声检测仪，充电接口、激光测距仪和单目照相机分别固定于六轴机械臂末端，激光测距仪、单目照相机和超声检测仪三者相对位置固定；单目照相机成像平面与充电接口相互平行，并且垂直于激光测距仪的光束；超声检测仪，激光测距仪和单目照相机分别连接上位机，下位机连接执行装置。
2.根据权利要求1所述的一种电动车自动充电机械臂，其特征在于，所述上位机通过网络通信连接用户APP端口，通过用户APP端口连接充电器。
3.根据权利要求1所述的一种电动车自动充电机械臂，其特征在于，所述柔性连接器由弹簧与橡胶棒连接而成。
4.根据权利要求1所述的一种电动车自动充电机械臂，其特征在于，电动车自动充电机械臂和电动车配套使用，所述电动车上设有电动车充电口，电动车充电口上粘贴有圆形轮廓标记图案。
5.根据权利要求１所述的一种电动车自动充电机械臂，其特征在于，所述充电接口用于连接电动车充电口。
6.根据权利要求1所述的一种电动车自动充电机械臂，其特征在于，六轴机械臂可绕其底座进行360°旋转，能够满足对相邻两个车位上的充电需求。
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