面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人

1.本发明是关于电动汽车充电技术领域，特别是关于一种面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人。


背景技术：

2.随着自动泊车技术的商业化落地与无人驾驶出租车的示范性运营，全程无人参与的汽车停放运营系统已经日渐成熟。同时在相对封闭的场景中，例如港口和矿山等场景，无人驾驶运输与人工驾驶运输相比，工作效率大大提高，也可以避免了人工操作的失误威胁工人的生命安全。实现全场景无人参与的前提是需要实现自动充电。
3.而设计一个全自动的移动充电机器人装置需要解决多个技术问题。比如充电枪插入充电插座时的柔顺插入问题；移动底盘移动时的路径规划问题；相机识别充电插座时的精确识别问题等。
4.而现有设计的电动汽车充电机器人大多不能自由的移动，只能固定在充电桩上，或者有的只能解决其中几个问题，不能做到完整的系统设计。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人，装配简单，易于拆卸，且可在室外复杂环境中自由的移动，并可以自动的给电动汽车充电。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人，包括：控制箱、移动平台、机器人机身、左机械臂、右机械臂、五指手、第一拍摄模块、连接固件、第二拍摄模块、力/力矩传感器以及充电枪。控制箱固定于移动平台上，且控制箱能够控制移动平台移动。机器人机身固定于移动平台上。左机械臂的一端固定于机器人机身的左侧，且控制箱能够控制左机械臂进行作动。右机械臂的一端固定于机器人机身的右侧，且控制箱能够控制右机械臂进行作动。五指手固定于左机械臂的另一端上，且控制箱能够控制五指手进行作动。第一拍摄模块固定于移动平台上，且第一拍摄模块用以远距离获得电动汽车充电盖的6d位姿信息。连接固件的一端的下端部与右机械臂的另一端固定连接。第二拍摄模块固定于连接固件的另一端的上端部上，且第二拍摄模块用以近距离扫描电动汽车充电插座的插口，并获得插口的6d位姿信息。力/力矩传感器的一端固定于连接固件的另一端的下端部上。充电枪的一端固定于力/力矩传感器的另一端上，充电枪电性连接有供电模块，且充电枪用以插入至电动汽车充电插座的插口内，并为电动汽车的电池进行充电。其中，控制箱分别与移动平台、左机械臂、右机械臂、五指手、第一拍摄模块、第二拍摄模块、力/力矩传感器和充电枪电性连接。
8.在本发明的一实施方式中，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括支撑金属架，竖直固定于移动平台上，且位于机器人机身的后方，且第一拍摄模块固定于支撑金
属架的顶部。
9.在本发明的一实施方式中，控制箱根据第一拍摄模块获得的电动汽车充电盖的6d位姿信息，控制移动平台向电动汽车充电插座移动。
10.在本发明的一实施方式中，控制箱根据第一拍摄模块获得的电动汽车充电盖的6d位姿信息控制左机械臂移动，进而控制五指手打开或关闭电动汽车充电盖。
11.在本发明的一实施方式中，控制箱根据第二拍摄模块获得的插口的6d位姿信息控制引导充电枪插入至插口内，从而对电动汽车的电池进行充电。
12.在本发明的一实施方式中，力/力矩传感器用以获得充电枪与电动汽车充电插座接触时的力和力矩信息。
13.在本发明的一实施方式中，五指手为多自由度的灵巧五指手，且五指手能够模拟人手进行灵活动作。
14.在本发明的一实施方式中，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括：五指手连接件、力/力矩传感器连接件以及充电枪连接件。五指手连接件的一端与左机械臂的另一端固定连接，且五指手连接件的另一端与五指手固定连接。力/力矩传感器连接件的一端与连接固件的另一端的下端部固定连接，且力/力矩传感器连接件的另一端与力/力矩传感器固定连接。充电枪连接件的一端与力/力矩传感器的另一端固定连接，且充电枪连接件的另一端与充电枪固定连接。
15.在本发明的一实施方式中，充电枪内集成有电流检测模块，且控制箱能够通过电流检测模块检测充电枪的电流大小判断电动汽车的电池是否充满电。
16.在本发明的一实施方式中，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括机器人头部，固定于机器人机身的顶部上。
17.与现有技术相比，根据本发明的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人，具有如下有益效果：
18.1、本发明的机器人为模块化的组成，各个模块通过中间的控制箱通信连接，相比于传统的固定式的充电装置，本机器人更容易组装拆卸；
19.2、本发明的机器人硬件基础强大，各个模块都有再开发的空间，在应对复杂工作条件时也可以快速做出调整；
20.3、本发明的机器人相对于传统固定式的电动汽车充电装置，本发明的机器人可以自由的移动，并能够全程自动化的给电动汽车充电，工作范围更大、充电效率更高；
21.4、本发明的机器人拥有完整的系统架构，在充电插入算法、力控分类算法方面都有所创新，相对于目前的充电装置在充电准确度和稳定性方面都有所提高。
附图说明
22.图1是根据本发明一实施方式的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人的侧视结构示意图；
23.图2是根据本发明一实施方式的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人给电动汽车充电的流程示意图。
24.主要附图标记说明：
25.1-移动平台，2-控制箱，3-支撑金属架，4-第一拍摄模块，5-机器人头部，6-机器人
机身，7-右机械臂，8-连接固件，9-第二拍摄模块，10-力/力矩传感器，11-充电枪连接件，12-充电枪，13-力/力矩传感器连接件，14-五指手，15-五指手连接件，16-左机械臂。
具体实施方式
26.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
27.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
28.图1是根据本发明一实施方式的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人的侧视结构示意图。如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人，包括：控制箱2、移动平台1、机器人机身6、左机械臂16、右机械臂7、五指手14、第一拍摄模块4、连接固件8、第二拍摄模块9、力/力矩传感器10以及充电枪12。控制箱2固定于移动平台1上，且控制箱2能够控制移动平台1移动。机器人机身6固定于移动平台1上。左机械臂16的一端固定于机器人机身6的左侧，且控制箱2能够控制左机械臂16进行作动。右机械臂7的一端固定于机器人机身6的右侧，且控制箱2能够控制右机械臂7进行作动。五指手14固定于左机械臂16的另一端上，且控制箱2能够控制五指手14进行作动。第一拍摄模块4固定于移动平台1上，且第一拍摄模块4用以远距离获得电动汽车充电盖的6d位姿信息。连接固件8的一端的下端部与右机械臂7的另一端固定连接。第二拍摄模块9固定于连接固件8的另一端的上端部上，且第二拍摄模块9用以近距离扫描电动汽车充电插座的插口，并获得插口的6d位姿信息。力/力矩传感器10的一端固定于连接固件8的另一端的下端部上。充电枪12的一端固定于力/力矩传感器10的另一端上，充电枪12电性连接有供电模块，且充电枪12用以插入至电动汽车充电插座的插口内，并为电动汽车的电池进行充电。其中，控制箱2分别与移动平台1、左机械臂16、右机械臂7、五指手14、第一拍摄模块4、第二拍摄模块9、力/力矩传感器10和充电枪12电性连接。
29.在本发明的一实施方式中，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括支撑金属架3，竖直固定于移动平台1上，且位于机器人机身6的后方，且第一拍摄模块4固定于支撑金属架3的顶部。
30.在本发明的一实施方式中，控制箱2根据第一拍摄模块4获得的电动汽车充电盖的6d位姿信息，控制移动平台1向电动汽车充电插座移动。控制箱2根据第一拍摄模块4获得的电动汽车充电盖的6d位姿信息控制左机械臂16移动，进而控制五指手14打开或关闭电动汽车充电盖。
31.在本发明的一实施方式中，控制箱2根据第二拍摄模块9获得的插口的6d位姿信息控制引导充电枪12插入至插口内，从而对电动汽车的电池进行充电。力/力矩传感器10用以获得充电枪12与电动汽车充电插座接触时的力和力矩信息。五指手14为多自由度的灵巧五指手14，且五指手14能够模拟人手进行灵活动作。
32.在本发明的一实施方式中，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括：五指手连接件15、力/力矩传感器连接件13以及充电枪连接件11。五指手连接件15的一端与左机械臂16的另一端固定连接，且五指手连接件15的另一端与五指手14固定连接。力/力矩传
感器连接件13的一端与连接固件8的另一端的下端部固定连接，且力/力矩传感器连接件13的另一端与力/力矩传感器10固定连接。充电枪连接件11的一端与力/力矩传感器10的另一端固定连接，且充电枪连接件11的另一端与充电枪12固定连接。
33.在本发明的一实施方式中，充电枪12内集成有电流检测模块，且控制箱2能够通过电流检测模块检测充电枪12的电流大小判断电动汽车的电池是否充满电。面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人还包括机器人头部5，固定于机器人机身6的顶部上。
34.在实际应用中，本发明的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人包括：控制箱2、移动平台1、机器人机身6、机器人头部5、左机械臂16、右机械臂7、五指手14、长方形的连接固件8、第二拍摄模块9(相机)、力/力矩传感器10、充电枪12、支撑金属架3及第一拍摄模块4(相机)。移动平台1与控制箱2电性连接。机器人机身6固定在移动平台1上，机器人头部5固定在机器人机身6上部。左机械臂16固定在机器人机身6的左侧，且左机械臂16与控制箱2电性连接。右机械臂7固定在机器人机身6的右侧，且右机械臂7与控制箱2电性连接。五指手14固定在左机械臂16的末端，且五指手14与控制箱2电性连接。连接固件8的下端部固定到右机械臂7的末端，上端部连接第二拍摄模块9，且第二拍摄模块9与控制箱2电性连接。力/力矩传感器10的一端固定到连接固件8下端部的另一侧，且力/力矩传感器10与控制箱2电性连接。充电枪12固定到力/力矩传感器10的另一端，且充电枪12与控制箱2电性连接。支撑金属架3在机器人机身6后方竖立固定在移动平台1上，支撑金属架3的另一端连接第一拍摄模块4，且第一拍摄模块4与控制箱2电性连接。其中，第二拍摄模块9用以近距离扫描汽车充电插口，并获得充电插口的6d位姿信息；第一拍摄模块4用以远距离获得电动汽车充电盖的6d位姿信息；力/力矩传感器10用以获得上述充电枪12与充电插座接触的力和力矩信息，并将该力和力矩信息转换为准确的电信号。
35.图2是根据本发明一实施方式的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人给电动汽车充电的流程示意图。如图2所示，本发明的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人在给电动汽车充电时，具体包括以下步骤：
36.电动汽车车主将电动汽车停到停车位置后，给该移动双臂机器人发出充电指令。然后该面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人将通过第一拍摄模块4在远处识别获取到电动汽车充电盖的6d位姿信息，并将该6d位姿信息的电信号传输给控制箱2，控制箱2根据该6d位姿信息计算出本装置需要行驶的路线，然后将该路线的控制信号传输给移动平台1。最后移动平台1进行移动，使该移动双臂机器人移动到电动汽车充电插座前。且在该过程当中，第一拍摄模块4实时的将6d位姿信息传递给控制箱2，控制箱2能够根据相对位置做出实时的调整，使该充电装置能够准确地移动到电动汽车充电插座前。
37.在装置移动到目标位置后，移动平台1即停止运动。紧接着控制箱2将第一拍摄模块4传输的最终位置信号转化为控制信号，并将该控制信号传递给左机械臂16，然后左机械臂16根据该控制信号进行运动，运用左机械臂16末端的多自由度的灵巧五指手14将充电盖打开。完成打开动作后左机械臂16恢复到初始位姿。
38.当左机械臂16完成开盖动作并恢复到初始位姿后，控制箱2接着发送控制信号给右机械臂7，右机械臂7根据控制信号开始移动。右机械臂7的末端移动到电动汽车充电插座前大约30厘米处。到达该位置后，第二拍摄模块9开始主动打光扫描电动汽车充电插口，并获得充电插口的精确点云信息(6d位姿信息)，然后将充电插口的精确点云信息传递给控制
箱2。控制箱2根据该点云信息计算出右机械臂7的运动轨迹，并将该运动轨迹信号传递给右机械臂7。右机械臂7获得控制箱2传递的运动轨迹控制信号后，按照该控制信号进行移动，逐渐将右机械臂7末端的充电枪12插入电动汽车充电插口。
39.在实施充电枪12插入电动汽车充电插口过程中时，力/力矩传感器10实时的获得充电枪12与充电插口接触的力和力矩信息，并将该力和力矩信息传递给控制箱2。控制箱2根据该信息计算出充电枪12是否与充电插口准确对齐。若计算得出充电枪12与充电插口准确对齐，则继续完成插入动作。若计算得出充电枪12与充电插口未准确对齐，则右机械臂7后退，拔出充电枪12，第二拍摄模块9再次打光扫描并转到上一段所述步骤。
40.充电枪12成功插入汽车充电插口后，面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人开始给电动汽车充电。当检测到充满电后，右机械臂7则开始后退，逐渐拔出充电枪12，并恢复到初始位姿。
41.具体的，上述充电量检测装置可以采用电流检测器或者电压检测器实现。在充电枪12内部安装电流或电压检测器，通过检测充电枪12电流或者电压的大小来判断是否充满电。当电量充满时，电流检测器或者电压检测器检测到的值都会为0，此时将满电信号发送给控制箱2，控制箱2控制右机械臂7恢复到初始位姿。
42.当右机械臂7恢复到初始位姿后，控制箱2接着发送控制信号给左机械臂16，左机械臂16根据控制信号开始移动，完成关闭充电盖的动作。完成关闭充电盖动作后，左机械臂16恢复到初始位姿，且该面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人自动回到初始位置，整个自动充电过程完成。
43.需要说明的是，整个面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人可以采用自己携带的电源来供电，也可以采用外接电源线的方式来供电。
44.总之，本发明的面向电动汽车自动充电的移动双臂机器人，具有如下有益效果：
45.1、本发明的机器人为模块化的组成，各个模块通过中间的控制箱2通信连接，相比于传统的固定式的充电装置，本机器人更容易组装拆卸；
46.2、本发明的机器人硬件基础强大，各个模块都有再开发的空间，在应对复杂工作条件时也可以快速做出调整；
47.3、本发明的机器人相对于传统固定式的电动汽车充电装置，本发明的机器人可以自由的移动，并能够全程自动化的给电动汽车充电，工作范围更大、充电效率更高；
48.4、本发明的机器人拥有完整的系统架构，在充电插入算法、力控分类算法方面都有所创新，相对于目前的充电装置在充电准确度和稳定性方面都有所提高。
49.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。