自动充电系统及方法与流程

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种自动识别充电接口并自动将充电接头插入充电接口的自动充电系统及方法。

背景技术：

电动汽车分时租赁业务的兴起一定程度上给人民带来了便利，用户可以很方便地取用公共电动汽车，并且取用点和还车点不需要保持一致，满足了用户出行的需要，并且使用方式十分灵活。

然而，现有的电动汽车分时租赁遇到的一个问题在于充电的不方便。停车场充电桩数量有限给电动汽车的续航带来了不利的影响，也一定程度上阻碍了电动汽车分时租赁业务的发展。目前国内大型停车场设置了部分充电车位，在车位后方设置充电桩，为用户提供车辆充电服务。如申请号为cn201710176604.5的专利申请公开的充电桩，为目前市场上存在比较通用的一类充电桩，一般包括设置在停车位旁边的充电枪和配电箱。在采用这种充电桩时，用户在停车后需要手动将充电枪拔下充电桩，插入电动汽车充电接口进行充电，操作较为复杂，给用户使用电动汽车造成了一定的负担，也一定程度上削弱了电动汽车分时租赁的便利性。同时也可能因为部分用户操作不当，容易造成充电枪损伤，后续造成无法充电，带来了后续维护成本的增加。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种自动充电系统及方法，可以自动识别充电接口的空间位姿，并且控制充电接头自动插入充电接口进行充电，实现全自动化电动汽车充电，而不必用户再手动操作。

本发明实施例提供一种自动充电系统，包括：

机械臂，所述机械臂包括一活动端和一固定端，所述机械臂的活动端设置有一充电接头，且所述机械臂的活动端相对于所述机械臂的固定端可移动；

充电接口位姿识别模块，所述充电接口位姿识别模块相对于所述机械臂的固定端固定设置，所述充电接口位姿识别模块用于识别车辆的充电接口的空间位姿；

充电装置，所述充电装置通过充电线缆与所述充电接头电连接，所述充电装置用于当所述充电接头插入所述充电接口中时，为车辆充电；

控制器，用于执行如下充电步骤：

获取所述充电接口位姿识别模块识别到的充电接口的空间位姿；

根据所述充电接口的空间位姿控制所述机械臂的活动端移动，以使得所述充电接头插入所述充电接口；

控制所述充电装置为所述车辆充电。

可选地，还包括控制箱，所述控制器设置于所述控制箱的内部，所述机械臂的固定端设置于所述控制箱的第一侧，所述充电装置设置于与所述控制箱的第一侧相对的控制器的第二侧，所述充电接口位姿识别模块设置于所述第一侧或与所述控制箱的第一侧相邻的第三侧。

可选地，所述充电接头的端面设置有一个或多个力传感器，所述力传感器采集所述充电接头的端面处的力数据，并将采集的力数据发送至所述控制器，所述控制器根据所述力数据，判断所述充电接头是否插入所述充电接口和/或调整所述充电接头在所述充电接口中的插入姿态。

可选地，所述充电接头的端面设置有多个力传感器，所述控制器比较各个所述力传感器的力数据与预设力限值，如果存在力数据大于预设力限值的过压力传感器，则设定调整方向为从过压力传感器指向力数据小于预设压力限值的力传感器，并控制所述机械臂的活动端沿所述调整方向移动。

可选地，所述充电接口位姿识别模块中预存所述充电接口的特征区域的特征信息；所述充电接口位姿识别模块包括两个摄像头，所述充电接口位姿识别模块获取所述两个摄像头采集的图像，识别采集的图像中的充电接口的特征区域，并计算所述充电接口的特征区域的六维空间坐标，所述六维空间坐标包括所述特征区域分别在x轴、y轴、z轴方向的线位移和所述特征区域分别相对于x轴、y轴、z轴方向的角位移。

可选地，还包括一闪光灯，所述两个摄像头位于所述闪光灯的光辐射范围之内，所述摄像头的采光率低于预设采光率阈值时，所述控制器开启所述闪光灯，或所述摄像头开启图像采集时，开启所述闪光灯。

可选地，还包括车辆检测模块，所述车辆检测模块用于检测在预设检测范围内是否有车辆停靠，并将车辆检测结果发送至所述控制器；

所述控制器获取所述车辆检测结果，如果所述车辆检测模块检测到有车辆停靠，则所述控制器启动所述充电步骤；如果所述车辆检测模块未检测到有车辆停靠，则所述控制器不启动所述充电步骤。

可选地，所述车辆检测模块包括激光收发器、摄像头、电磁波收发器、超声波收发器、红外收发器和蓝牙收发器之中的至少一种。

可选地，还包括数据收发模块，所述数据收发模块用于与车辆的充电盖管理模块进行通信；

所述控制器通过所述数据收发模块向所述车辆的充电盖管理模块发送充电请求信号，所述车辆的充电盖管理模块在接收到充电请求信号后控制车辆的充电盖打开。

可选地，所述机械臂为多关节机械臂，所述机械臂的活动端的关节延伸方向平行于或垂直于所述充电接头的延伸方向；所述充电线缆沿所述多关节机械臂的一侧延伸设置。

可选地，所述自动充电系统的底部还设置有至少一个移动轮或传动带，所述移动轮或传送带由一个或多个驱动电机驱动转动，所述驱动电机由所述控制器控制。

可选地，自动充电系统的侧面还设置有至少一防撞条或至少一撞击传感器，所述撞击传感器与所述控制器进行连接。

可选地，所述充电接口位姿识别模块包括信号收发设备，所述信号收发设备向预设检测区域内发送检测信号，并接收所述检测信号在所述充电接口处的反射检测信号；

所述充电接口位姿识别模块根据所述信号收发设备接收到的反射检测信号确定所述充电接口的空间位姿。

可选地，所述信号收发设备包括激光收发设备、超声波收发设备和红外收发设备中的至少一种。

可选地，所述充电接口位姿识别模块包括信号接收设备，所述充电接口处设置有至少一信号发生器，所述信号接收设备接收所述信号发生器发出的信号；

所述充电接口位姿识别模块根据所述信号接收设备接收到的信号确定所述充电接口的空间位姿。

可选地，所述信号发生器为激光发射器、超声波发射器、红外发射器、射频电子标签和uwb电子标签中的至少一种。

可选地，还包括声音提示模块和/或指示灯，所述控制器控制所述声音提示模块播放预设提示语音，所述控制器控制所述指示灯显示充电状态。

可选地，所述机械臂的活动端还设置有一机械抓手，所述机械抓手与所述控制器进行通信，所述机械臂的活动端通过所述机械抓手与所述充电接头相连接。

可选地，所述控制器还用于与外部终端进行通信，接收外部终端的指令对所述自动充电系统的执行动作进行控制。

本发明实施例还提供一种自动充电方法，采用所述的自动充电系统，所述方法包括如下步骤：

所述充电接口位姿识别模块识别车辆的充电接口的空间位姿；

所述控制器根据所述充电接口位姿识别模块识别到的充电接口的空间位姿控制所述机械臂的活动端移动，以使得所述充电接头插入所述充电接口；

所述控制器控制所述充电装置为所述车辆充电。

本发明所提供的自动充电系统及方法具有下列优点：

本发明提供了一种全自动电动汽车充电的系统及方法，在车辆停放后，可以通过充电接口位姿识别模块识别充电接口的空间位姿，由控制器根据充电接口的空间位姿控制机械臂移动靠近充电接口，从而控制充电接头自动插入充电接口，然后控制充电装置对电动汽车进行充电；极大地提高了电动汽车尤其是租赁用电动汽车的用车体验和操作安全性；解决了用户遗忘充电导致车辆缺电的问题，尤其提高租赁用电动汽车的使用率；电动汽车自动充电可与其他自动化设施相结合，例如自动泊车、自动清洁等，形成完善的电动汽车自动化服务体系，充分实现智能化；全程无人参与，降低了维护成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一实施例的自动充电系统的结构框图；

图2是本发明一实施例的自动充电系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例的本发明一实施例的机械臂处于另一状态时自动充电系统的结构示意图；

图4是图3中的自动充电系统与汽车充电接口对接的结构示意图；

图5是本发明一实施例的自动充电方法的流程图；

图6是本发明一实施例的双目视觉识别模块获取充电接口的空间位姿的流程图；

图7是本发明一实施例的双目视觉识别模块对特征点的三维重建模型的示意图；

图8是本发明一实施例的规划所述机械臂的活动端的移动路线的流程图；

图9是本发明一实施例的机械臂的活动端的移动方式的流程图；

图10是本发明一实施例的机械臂的活动端的移动方式的示意图；

图11是本发明一实施例的充电接口的特征点的示意图；

图12是本发明一实施例的摄像头的摄像范围的示意图；

图13是本发明一具体实施例中自动充电方法的流程图；

图14～15是本发明一实施例的增加移动小车的自动充电系统的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种自动充电系统，所述系统包括机械臂100、充电接口位姿识别模块200、充电装置300和控制器400。其中，充电接口位姿识别模块200相对于机械臂100的固定端固定设置，即，充电接口位姿识别模块200也是固定不动的。充电接口位姿识别模块200识别车辆的充电接口的空间位姿，控制器400分别与机械臂100、充电接口位姿识别模块200和充电装置300进行通信，获取充电接口位姿识别模块200识别的充电接口的空间位姿，控制机械臂100的移动，并控制充电装置300的充电开启和关闭。本发明中的空间位姿可以包括充电接口的特征区域在空间中的三维空间坐标或六维空间坐标，六维空间坐标包括除了特征区域的三维坐标(x、y、z轴的坐标)，还有特征区域的表面分别相对于x、y、z轴的旋转角位移，或者是充电接口与机械臂的活动端之间的相对位置，即为能够引导机械臂的活动端的充电接头插入充电接口的信息即可。

如图2所示，为本发明一实施例中自动充电系统的结构示意图。其中，所述控制器400设置于一个控制箱401中，机械臂100包括一活动端101和一固定端102，机械臂100的固定端102固定于控制箱401的上方，控制箱401设置于充电装置300的上方。此处控制箱401可以是一个一侧开门的箱体结构，也可以是一个具有上部平台的支架结构。

机械臂100的活动端101设置有一充电接头500，且机械臂100的活动端101相对于所述机械臂100的固定端102可移动。在该实施例中，充电接口位姿识别模块200包括双目视觉识别模块201，但本发明不限于此。控制箱401的上方还设置有双目视觉识别模块201，此处双目视觉识别模块201包括两个摄像头：第一摄像头和第二摄像头，两个摄像头分别采集对应的摄像范围内的图像。充电装置300通过充电线缆与充电接头500电连接，充电装置300用于当充电接头500插入车辆的充电接口中时，为车辆充电。图2中示出的各个部件的位置关系仅为示例，在实际应用中，双目视觉识别模块201也可以设置在控制箱401与上表面相邻的一个侧面，而不一定与机械臂100的固定端102位于同一个表面。

所述控制器400用于执行如下充电步骤：

首先获取充电接口位姿识别模块200识别到的充电接口的空间位姿；在本发明中，由于采用两个摄像头，因此充电接口位姿识别模块200获取到的是两个摄像头的采集图像，并且摄像头设置在机械臂100活动的一端，因此摄像头在活动过程中的采集图像也是会变化的，充电接口位姿识别模块200根据两个摄像头的采集图像可以识别到充电接口的六维坐标，此处六维空间坐标包括除了三维坐标(x、y、z轴的坐标)，还有充电接口的表面分别相对于x、y、z轴的旋转角位移；

然后控制器400根据采集图像判断车辆的充电接口位置，并控制机械臂100的活动端移动，以使得充电接头500插入充电接口；

确定充电接头500插入到车辆的充电接口601之后，控制器400即可以控制充电装置300为车辆充电。

因此，采用该实施例的自动充电系统，在车辆停放后，可以通过双目视觉识别模块201自动采集充电接口图像，由充电接口识别模块200在采集图像中识别充电接口位置，并且控制机械臂100移动靠近充电接口，从而控制充电接头500自动插入充电接口，然后控制充电装置300对电动汽车进行充电；全程均无需人工参与，提高了电动汽车充电操作的效率，避免对充电接头500和充电接口造成损坏，降低后期维护成本，提升了用户的使用体验。

进一步地，所述控制器400还可以与外部终端进行通信，接收外部终端的指令，对该自动充电系统的动作进行控制。例如，所述外部终端可以是手机、个人电脑、服务器等，控制器400可以在外部终端的指令下执行相应的控制。

如图3所示，为本发明一实施例的机械臂处于另一状态时自动充电系统的结构示意图。图4为图3中自动充电系统与汽车对接的结构示意图。

其中车辆600的一侧设置有充电接口601，并且车辆600中还设置有充电盖管理模块602。此处充电盖管理模块602可以是设置在电动汽车的整车控制系统中的，也可以是单独的充电盖管理设备。充电接口601和充电盖管理模块602在图中的位置仅为示意，在实际应用中不以此为限。充电盖管理模块可以控制充电接口601上的充电盖自动开启。

该实施例的自动充电系统还可以包括一个数据收发模块，数据收发模块用于与车辆600的充电盖管理模块602进行通信。控制器在充电开始前，可以先通过数据收发模块向充电盖管理模块602发送一个充电请求信号，充电盖管理模块602在接收到充电请求信号后控制车辆600的充电盖自动打开。此处充电盖自动打开的方式不限，例如充电盖上可以设置由气缸驱动的连杆结构，当气缸接收到打开信号时，驱动连杆向外伸出，将充电盖撑开。当充电完成后，控制器400将充电接头500收回后，还可以发送一个充电结束信号，充电盖管理模块602可以控制车辆600的气缸压缩，通过连杆将充电盖拉回。此处充电盖自动开闭的结构仅为示例，在实际应用中不以此为限，其他例如利用弹簧等部件的结构也是可以的，均属于本发明的保护范围之内。

通过采用充电盖自动开闭的结构，实现了完全自动化充电，用户将车辆600停靠在指定位置后，无需手动控制开启充电盖，即可以进行充电，进一步地，在充电完成后，充电盖也可以自动关闭，而无需充电人员手动关闭，进一步完善了自动充电系统的自动化流程。这对于分时租赁的电动汽车来说尤为有利，用户使用完毕电动汽车需要还车时，只需要将车辆600停放在指定位置即可离开。自动充电系统会自行为电动汽车充电，充电完成后，控制器400进一步可以控制机械臂100移动返回初始位置。用户还车时也就不用再手动将充电接头500插入到充电接口601，极大地方便了用户的使用。

进一步地，该实施例的自动充电系统还可以包括车辆检测模块402，车辆检测模块402用于检测在预设检测范围内是否有车辆600停靠，并将车辆检测结果发送至控制器400；控制器400获取车辆检测结果，如果车辆检测模块402检测到有车辆600停靠，则控制器400启动充电步骤；如果车辆检测模块402未检测到有车辆停靠，则控制器400不启动充电步骤。即只有当车辆检测模块402检测到有车辆600停靠时，才启动视觉识别模块200进行图像采集，并且控制机械臂100移动进行充电，当车辆检测模块402未检测到车辆停靠时，自动充电系统进入休眠状态，即视觉识别模块200不再进行图像采集，机械臂100保持在初始位置，充电装置300也并未开启，这样可以节省资源，避免执行不必要的动作造成资源浪费。

进一步地，车辆检测模块402可以包括激光收发器、电磁波收发器、超声波收发器、红外收发器或蓝牙收发器。例如，车辆检测模块402采用激光收发器时，可以在图4中两条虚线范围内定时发射激光，判断接收到的反射的激光的情况，以此来判断预设检测范围内是否有车辆停靠。或者车辆检测模块402可以采用红外收发器或蓝牙收发器，与车辆进行通信，接收到车辆的反馈信息后，确定预设检测范围内有车辆停靠等等。此处仅为几种方式的列举，在实际应用中，采用其他类型的车辆检测模块也是可以的，均属于本发明的保护范围之内。

进一步地，充电接头500的端面可以设置有至少一力传感器，力传感器采集充电接头的端面处的力数据，并将采集的力数据发送至控制器400，控制器400根据力数据，判断充电接头500是否插入充电接口601。即当充电接头500插入到充电接口601中时，充电接头500会受到来自该充电接口601的力(压力或拉力)，当力传感器检测到力数据时，则判断充电接头500已经插入到了充电接口601中，控制器400可以控制充电装置300开启充电功能。

进一步地，在充电接头500插入到充电接口601中时，可能会存在姿态不正的情况。充电接头500的端面可以设置有多个力传感器，控制器400根据各个力传感器的力数据与预设压力限值的比较结果，调整充电接头500在充电接口601中的插入姿态。

具体地，控制器400比较各个力传感器的力数据与预设压力限值，如果存在力数据大于预设压力限值的过压力传感器，则设定调整方向为从过压力传感器指向力数据小于预设压力限值的力传感器，并控制机械臂100的活动端101沿该调整方向移动，以使得各个力传感器受到的压力相对均匀分布，避免因为某个位置压力过大而损坏充电接头500或充电接口601。优选地，各个力传感器可以均匀分布在充电接头500的端面上。另外，也可以直接根据各个力传感器的力数据的检测情况调整充电接头500的插入姿态，例如，有一部分力传感器检测到力数据，而另一部分力传感器则检测不到力数据，说明充电接头500也存在歪斜的情况，可以将充电接头500的插入姿态进行调整，使得各个力传感器均能够检测到力数据。

可选地，机械臂100为多关节机械臂，机械臂100的活动端101的关节延伸方向优选平行于或垂直于充电接头500的延伸方向；充电线缆沿多关节机械臂的一侧延伸设置。这样通过控制机械臂100的活动端101的关节延伸方向，即可以控制充电接头500的延伸方向。另外，机械臂100的活动端101的关节延伸方向也可以与充电接头500具有一定的已知角度，这样可以根据该已知角度控制充电接头500的延伸方向。

此处多关节机械臂优选为六轴联动机械臂，具有较高的自由度，可以很好地模拟手臂的动作，实现机械臂的活动端位置的灵活控制。但实际应用中，采用五轴联动机械臂、三轴联动机械臂等均是可以的，均属于本发明的保护范围之内。

在本发明其他的实施例中，充电接口位姿识别模块200还可以采用其他实施方式，例如充电接口位姿识别模块200还可以采用激光测距方式、红外测距方式、超声波测距方式、射频测距方式、uwb(ultrawideband，超宽带)测距方式等等，其具体测距方式会在下文进行进一步介绍。

如图5所示，本发明实施例还提供一种自动充电方法，采用所述的自动充电系统，该方法包括如下步骤：

s1：充电接口位姿识别模块识别车辆的充电接口的空间位姿；

s2：控制器获取所述充电接口位姿识别模块识别到的充电接口的空间位姿；

s3：控制器根据充电接口的空间位姿控制机械臂的活动端移动，以使得充电接头插入充电接口；

s4：控制器控制充电装置为车辆充电。

在本发明实施例中，以双目视觉识别为例来介绍自动充电方法，但本发明的技术方案不限于此，下文会就其他方式进行介绍。

在该实施例中，采用双目视觉识别模块201采集两个摄像头的拍摄图像，首先在采集图像中识别出来充电接口，可以采用多种方式，例如识别充电接口的整体图形，识别充电口中的特征点，识别充电口中的特征区域等等。控制器中可以存储有充电接口的至少一个特征点的预设特征点信息。在实际应用中，特征点可以有很多个，具体可以分布在几个特征区域中，每个特征区域中集中有多个特征点，通过特征区域的识别实现充电接口的识别，也可以通过几个单独的特征点，来实现整个充电接口表面的识别。在该实施例中，以几个单独的特征点为例进行说明，但本发明的实现方式不限于此。

本发明的视觉识别模块采用双目识别机制，不仅可以获取充电接口在采集图像中的位置，还可以获取充电接口与摄像头之间的距离信息。即可以通过两个摄像头的两维图像得到一个特征点的三维信息。

在实际应用中，特征区域的实现可以通过特征区域中多个特征点的识别来实现。如图6所示，控制器根据如下步骤识别充电接口的空间位姿：

s100：预存充电接口表面的至少一个特征点的预设特征点信息；此处特征点信息可以是指特征点的特殊的颜色、形状、图案、颜色和形状组合等信息，用以区分特征点的图像与特征点周围的图像；

s200：根据充电接口的预设特征点信息识别采集图像中的特征点；

s300：计算识别到的特征点的三维坐标；

s400：根据多个特征点的三维坐标确定充电接口的空间位姿，即上文所述的特征区域的六维坐标：除了三维坐标(x、y、z轴的坐标)，还有特征区域的表面分别相对于x、y、z轴的旋转角位移。

根据摄像头的个数，计算机视觉一般可以分为单目视觉识别和双目视觉识别。单目视觉识别只能通过一个摄像头来获取外界的视觉信息，方式简单，但是只能获得目标的二维空间信息。而双目视觉识别则可以具备获取三维空间信息的能力。

如图7所示，为该实施例的双目视觉识别模块对特征点的三维重建模型的示意图。其中左边和右边的摄像头分别可以获取一个采集图像，在采集图像中分别可以识别到对应的特征点p1和p2(此处仅为举例，实际应用中，特征点可以为一个或多个)，并且每个摄像头分别具有一个以o1和o2为坐标原点的坐标系，每个摄像头可以根据自身的坐标系确定对应的特征点p1和p2的二维坐标，但无法获取特征点的三维坐标。将两个摄像头结合起来时，可以得到特征点p实际上是位于o1p1和o2p2两条直线的交点，也就可以唯一确定特征点p的三维位置。

在实际应用中，可以在双目视觉识别模块中设定一个参考三维坐标系(一般采用左边摄像头的坐标系，但不限于此)，然后通过结合分析两个摄像头的采集图像，可以计算得到特征点p的三维坐标。

如图8所示，示出了采用本发明的自动充电方法时，机械臂的活动端101带动充电接头500移动的过程示意图。根据固定设置的双目视觉识别模块201可以获取到充电接口的特征区域的六维坐标，进而确定充电接口的具体位置，由此控制器400可以控制机械臂的活动端101从图中的s1位置经s2位置移动至s3位置，并进一步将充电接头500插入到充电接口601中，实现两者对接。

进一步地，在实际应用中，车辆的充电接口表面往往是一个斜面，而不是一个垂直于地面的平面，因此为了保证充电接头和充电接口的良好对接，本发明实施例还提供了一种充电接头垂直对准充电接口的方式，以保证充电接头在插入到充电接口中时，充电接头是垂直于充电接口表面插入的，保证充电接头的姿态，而不会因为充电接头歪斜而造成意外事故或损伤。

如图9所示，控制器规划机械臂的活动端的移动路线时，还执行充电接头垂直对准充电接口的步骤，例如可以根据充电接口表面的六维坐标确定充电接口在空间中的旋转向量，借此调整充电接头的插入角度；

具体地，充电接头垂直对准充电接口，包括如下步骤：

s541：预存充电接口表面上多个特征点的预设特征点信息，多个特征点至少包括不在同一条直线上的三个特征点，即通过多个特征点即可以确定充电接口表面的平面，在实际应用中，特征点可以为很多个，分布在充电接口的表面，也可以集中在充电接口表面的某个特征区域，通过该特征区域即可以确定充电接口；

s542：识别采集图像中的多个特征点后，根据多个特征点的三维坐标确定充电接口的表面延伸方向；

s543：判断充电接口表面相对于至少一个预设参考面的倾斜角度，一般为了精确表达充电接口表面的倾斜方向，需要判断充电接口表面相对于三个相互垂直的预设参考面的倾斜角度，例如可以是x轴和y轴组成的平面，y轴和z轴组成的平面，x轴和z轴组成的平面；

s543：根据充电接口表面的倾斜角度调整机械臂的活动端的倾斜角度，使充电接头垂直对准充电接口。

如上所述，机械臂可选为多关节机械臂，例如六轴联动机械臂、五轴联动机械臂、三轴联动机械臂等等，关节越多，机械臂的灵活性越好，充电接头的延伸方向平行于或垂直于机械臂的活动端的关节延伸方向，一般是指机械臂的末端的关节延伸方向。这样通过控制机械臂的活动端的倾斜角度即可以控制充电接头的倾斜角度。但不限于此，在实际应用中，如果充电接头和机械臂的活动端的关节延伸方向成一定角度，则在调整机械臂的活动端时，考虑到这个角度即可，保证充电接头可以垂直对准充电接口，而机械臂的活动端则不一定要垂直对准充电接口。

如图10所示，为根据充电接口表面的倾斜角度调整机械臂的活动端的倾斜角度的示意图。当确定充电接口的表面延伸方向时，可以确定充电接口表面相对于一预设参考面m的倾斜角度为b1。此时为了使得充电接头500垂直对准充电接口601，控制机械臂的活动端101旋转一个倾斜角度b2，即机械臂的活动端101和充电接头500从实线示出的位置旋转到虚线示出的位置，可以保证充电接头500插入充电接口601时的姿态准确。

进一步地，步骤s541中，所述多个特征点可以有多种设置方式，例如图11中示出了两种充电接头的特征点的分布结构。如图所示，可以设置四个特征点h1、h2、h3、h4，分别位于充电接口601的四个角上，形成一个矩形，且矩形的中心h5为充电接口601的中心。根据四个特征点不仅可以确定充电接口的位置和平面延伸方向，还可以确定充电接口的中心位置。另外，也可以选择其他的组合，例如选择三个特征点h1、h2、h5，或选择三个特征点h1、h4、h5等等，均是可以的，甚至可以直接选择五个特征点h1～h5，或另外增加其他的特征点。另外，也可以设置三个特征点k1、k2、k3，其组成一个三角形，充电接口601的中心可以跟该三角形的重心、垂心、内心或外心等重合，以能够根据三角形的位置确定充电接口601的中心。

图11仅示出了两种可选的实施方式，在实际应用中，多个特征点的排布和组合可以根据实际需要进行调整，均属于本发明的保护范围之内。

另外，特征区域也可以选择为充电接口上一个很小的区域，通过该特征区域即可以引申至充电接口整个表面的空间姿态。如图12所示，为该实施例的摄像头的摄像范围的示意图，其中示出了充电接口601的基本结构。特征区域可以选择充电接口601上一个很小的区域，例如，左上角的区域、中间一定范围的区域、右上角的区域等等。

进一步地，还可以在两个摄像头的中间设置一个闪光灯，用于光线暗弱的时候，进行补光；闪光灯的开启方式可以有两种，当双目视觉识别模块的采光率低于预设采光率阈值时开启闪光灯，或启动双目视觉识别模块进行图像采集时，开启闪光灯。闪光灯的位置也可以有很多种，例如设置在控制箱的表面的其他位置，只要摄像头位于闪光灯的光辐射范围内即可，而不限于设置于两个摄像头之间。

进一步地，本发明的自动充电系统还可以包括声音提示模块和/或指示灯，控制器控制声音提示模块播放预设提示语音，控制器控制指示灯显示充电状态。例如，在充电开始前，控制器控制声音提示模块播放提示语音，提醒用户马上要开始进行充电，如果没有打开充电盖，请打开充电盖，当充电接头插入充电接口后，指示灯显示红灯，表示正在充电，充电完成后，指示灯可以变成绿灯，表示充电完成，声音提示模块可以播放提示语音，提醒用户已经充电完成，车辆可以继续使用。

如上所述，充电接口位姿识别模块200还可以采用激光测距方式、红外测距方式、超声波测距方式、射频测距方式、uwb(ultrawideband，超宽带)测距方式等等。具体地，可以采用下面两种方式：

(1)充电接口位姿识别模块200包括一信号收发设备，该信号收发设备向一预设检测区域内发送检测信号，并接收检测信号在所述充电接口处的反射检测信号；

充电接口位姿识别模块200根据该信号收发设备接收到的反射检测信号确定充电接口的空间位姿。

采用这种方式时，信号收发设备可以包括激光收发设备、超声波收发设备和红外收发设备中的至少一种。

(2)充电接口位姿识别模块200包括一信号接收设备，充电接口601处设置有至少一信号发生器，该信号接收设备接收由信号发生器发出的信号；

充电接口位姿识别模块200根据信号接收设备接收到的信号确定充电接口的空间位姿。

采用这种方式时，信号发生器可以为激光发射器、超声波发射器、红外发射器、射频电子标签和uwb电子标签中的至少一种，对应的信号接收设备可以为激光接收器、超声波接收器、红外接收器、射频信号接收器和uwb接收器中的至少一种。

如图13所示，为本发明一具体实施例中自动充电方法的流程图。图中示出的仅为一种具体的优选实施方式，在实际应用中不限于此。该自动充电方法包括如下步骤：

车辆检测模块检测预设检测区域内是否有车辆停靠；

如果是，则控制器向车辆发送充电请求信号，否则等待下一次车辆检测，可以是每间隔一段固定时间检测一次，检测到有车辆停靠为止；

车辆的充电盖管理模块在接收到充电请求信号后，会控制充电盖自动打开；

双目视觉识别模块获取两个摄像头的采集图像；

控制器分析采集图像，并控制机械臂的活动端移动，以使得充电接头插入充电接口；

充电接头插入充电接口后，控制器控制双目视觉识别模块停止采集图像，并且通知充电装置，充电装置开启充电功能，开始对车辆充电；

充电完成后，控制器控制机械臂的活动端移动，拔出充电接头；

控制器向车辆发送充电完成信号，车辆的充电盖管理模块在接收到充电完成信号后，控制自动关闭充电盖。

如图14～15所示，进一步地，还可以在本发明的自动充电系统的底部设置移动小车，使得整个自动充电系统可以在不同状态下自行移动。该移动小车可以是传送带或者移动轮700，传送带或者移动轮700可以由至少一个驱动电机驱动，控制器400可以控制驱动电机正转或反转以控制传送带或者移动轮700的运动方向。控制器400还可以进一步控制驱动电机的转动速度来控制自动充电系统移动的速度。

在增加了本实施例的移动小车后，车辆停靠时可以不用停靠在具体的设定区域中，车辆停靠在某一位置后，车辆检测模块402可以检测到车辆的位置，通过移动小车移动自动充电系统先靠近车辆，然后再通过控制器400控制充电接头500插入充电接口601中，再进行充电。从而使得车辆的自动充电过程更加灵活，避免在车辆停靠距离太远时，机械臂的活动端无法抵达充电接口，更加方便用户的使用。

进一步地，还可以在自动充电系统的侧面设置至少一个防撞条或至少一个撞击传感器，所述撞击传感器可以与控制器进行通信。防撞条可以采用具有一定的材料制成，在移动小车控制自动充电系统移动时，如果遇到障碍物，可以缓冲一定的撞击力，撞击传感器在遇到障碍物时，可以将检测信号发送至控制器中。

进一步地，机械臂的活动端101与充电接头500之间还可以有一个机械抓手，即充电接头500可以不是固定在机械臂的活动端101的。在使用过程中，机械臂的活动端101可以先移动至充电接头500所在的位置，通过机械抓手抓取充电接头500，再通过控制器400的引导将充电接头500插入到充电接口601中。采用该种方式，可以不用对现有的充电枪进行改造，直接用机械臂的活动端101的机械抓手去抓取充电枪即可，也是一种可行的实施方式。

本发明所提供的自动充电系统及方法具有下列优点：

本发明提供了一种全自动电动汽车充电的系统及方法，在车辆停放后，可以通过充电接口位姿识别模块识别充电接口的空间位姿，由控制器根据充电接口的空间位姿控制机械臂移动靠近充电接口，从而控制充电接头自动插入充电接口，然后控制充电装置对电动汽车进行充电；极大地提高了电动汽车尤其是租赁用电动汽车的用车体验和操作安全性；解决了用户遗忘充电导致车辆缺电的问题，尤其提高租赁用电动汽车的使用率；电动汽车自动充电可与其他自动化设施相结合，例如自动泊车、自动清洁等，形成完善的电动汽车自动化服务体系，充分实现智能化；全程无人参与，降低了维护成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。