本实用新型涉及充电技术领域，尤其涉及一种自动识别和定位充电接口位置的充电接口识别和定位系统。
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，本实用新型的目的在于提供一种充电接口识别和定位系统，只采用一个摄像头即可以自动识别充电接口的三维坐标，降低了充电接口识别和定位的成本，增强了定位识别的准确性，且不必用户再手动操作。
本实用新型实施例提供一种充电接口识别和定位系统，包括：
机械臂，所述机械臂为多关节机械臂，所述机械臂包括一活动端和一固定端，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；
单目视觉识别设备，设置于所述机械臂的活动端的一侧面，所述单目视觉识别设备包括一个摄像头；
控制箱，所述控制箱的一表面固定有所述机械臂的固定端，所述控制箱的内部设置有控制器，所述控制器分别与所述机械臂和所述单目视觉识别设备通过通信线缆相连接。
可选地，所述单目视觉识别设备还包括一摄像头支架，所述摄像头设置于所述摄像头支架中，所述摄像头支架通过紧固件固定于所述机械臂的末端关节的侧面。
可选地，所述机械臂为六轴联动机械臂或五轴联动机械臂。
可选地，所述机械臂的活动端还设置有一闪光灯，所述闪光灯与所述控制器通过通信线缆相连接。
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通过通信线缆相连接，所述机械臂的活动端通过所述机械抓手与一充电枪的充电接头部相连接。
可选地，所述机械臂的活动端的端部设置有一充电接头，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，所述单目视觉识别设备与所述充电接头之间的距离大于车辆的充电接口的深度。
可选地，所述系统还包括充电组件，所述充电组件包括充电接头和充电臂，所述充电接头固定于所述充电臂的第一端，所述充电臂的第一端相对于所述充电臂的第二端可移动，所述充电臂与所述控制器通过通信线缆相连接。
可选地，所述控制箱的侧面还设置有一车辆检测设备，所述车辆检测设备向一预设检测区域发送检测信号并接收所述预设检测区域的反馈信号，所述车辆检测设备与所述控制器进行通信。
可选地，所述车辆检测设备包括激光收发器、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中的至少一种。
可选地，所述系统还包括声音提示设备和/或充电状态指示灯，所述声音提示设备和/或充电状态指示灯分别与所述控制器进行通信；
所述系统还包括可充电电源，所述机械臂和所述控制器均与所述可充电电源相连接，或者所述机械臂和所述控制器均与市电电源相连接。
本实用新型所提供的充电接口识别和定位系统具有下列优点：
本实用新型提供了一种自动识别和定位充电接口的位置的技术方案，在车辆停放后，可以通过单目视觉识别设备自动采集充电接口图像，由控制器根据充电接口图像识别充电接口位置，引导机械臂移动，并且在机械臂移动过程中采集变化的充电接口图像，根据变化的图像来确定充电接口的准确位置；只采用一个摄像头就可以实现获取充电接口的三维坐标，相比于双摄像头的视觉定位方式，大大简化了整体系统的结构，降低了系统成本，并且增强了识别和定位的准确性，提高了充电操作的效率，提升了用户的使用体验。
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，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本实用新型一实施例的充电接口识别和定位系统的结构框图；
图2是本实用新型一实施例的机械臂处于收起状态的充电接口识别和定位系统的结构示意图；
图3是本实用新型一实施例的机械臂处于展开状态的充电接口识别和定位系统的结构示意图；
图4是本实用新型一实施例的充电接口识别和定位系统的另一结构框图；
图5是本实用新型一实施例的待充电的车辆的结构示意图；
图6是本实用新型一实施例的待充电的车辆与充电接口识别和定位系统对接的结构示意图；
图7是本实用新型一实施例的机械臂的活动端移动的示意图；
图8是本实用新型一实施例的充电接头插入充电接口的结构示意图；
图9是本实用新型一实施例的机械臂的活动端的结构示意图；
图10是本实用新型另一实施例的采用机械抓手的充电接口识别和定位系统的结构示意图；
图11是本实用新型再一实施例的采用充电臂的充电接口识别和定位系统的结构示意图。
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实用新型将全面和完整，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1～3所示，本实用新型实施例提供了一种充电接口识别和定位系统。图1为该实施例的充电接口识别和定位系统的结构框图；图2为该实施例的机械臂处于收起状态的充电接口识别和定位系统的结构示意图；图3为该实施例的机械臂处于展开状态的充电接口识别和定位系统的结构示意图。所述充电接口识别和定位系统包括机械臂100、单目视觉识别设备200和控制器300。其中：
所述机械臂100为多关节机械臂，所述机械臂100包括一活动端101 和一固定端102，且所述机械臂100的活动端101相对于所述机械臂100 的固定端102可移动；其中，机械臂100收起和展开的状态可以分别参见图2和图3；
单目视觉识别设备200设置于所述机械臂100的活动端101的侧面，所述单目视觉识别设备200包括一个摄像头；
控制器300设置于一控制箱301中，所述控制箱301的一表面固定有所述机械臂100的固定端102，所述控制器300分别与所述机械臂100 和所述单目视觉识别设备200通过通信线缆相连接，获取单目视觉识别设备200的采集图像，并根据采集图像对充电接口进行识别和定位，从而引导机械臂100的移动。此处控制箱301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，不仅可以容纳控制器300，还可以支撑机械臂100的重量。在图中，机械臂100固定在控制箱301 的上表面，但不限于此，在将充电接口识别和定位系统倒挂时，机械臂 100的固定端102固定在控制箱301的下表面也是可以的。
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。而双目视觉识别一般采用两个同等规格的摄像头，通过两个二维图像的结合，则可以具备获取三维空间信息的能力。
然而，当采用双摄像头的结构时，需要采用两个规格型号一致的摄像头分别采集图像，然后结合两个摄像头的图像来获取拍摄对象的三维坐标。这样往往会造成成本的增加，尤其是高清摄像头往往价格不菲，另外，两个摄像头在生产制造和使用过程中很难做到和保持两个规格型号完全一致，从而很容易对拍摄对象的三维坐标的计算的准确度有一定影响。另外，两个摄像头也增加了设备故障的概率，任何一个摄像头出现故障，将导致双摄像头的视觉定位系统的功能无法实现。
因此，本实用新型在此基础上，只采用一个摄像头。同时，本实用新型中单目视觉识别设备200是随机械臂100的活动端101移动的，在机械臂100的活动端101移动过程中，单目视觉识别设备200采集到的图像也是实时变化的，可以反映出充电接口实时的最准确位置，控制器300 可以根据一个摄像头在两个位置获取的图像来等同双摄像头分别拍摄由两个摄像头拍摄的图像，并且可以结合起来获得充电接口的三维坐标。由于自始至终只存在一个摄像头，不会存在两次拍摄图像的摄像头规格型号不一致的情况，并且采用一个摄像头，简化了视觉定位系统的结构，也降低了视觉定位系统生产制造和后期维护的成本。
因此，采用该实施例的充电接口识别和定位系统，在车辆停放后，可以通过单目视觉识别设备200自动采集充电接口图像，由控制器300在采集图像中识别充电接口位置，并且引导机械臂100移动靠近充电接口；可以实现充电接口准确的定位和识别，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。
机械臂是机械人技术领域的自动化机械装置，可以接收指令，精确地定位到三维空间中的某一点进行作业。本实用新型的机械臂100为具有多个伺服电机的多关节机械臂。所述机械臂100可以为六轴联动机械臂，通常采用六个伺服电机，对六个关节分别进行控制，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100的活动端101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，均属于本实用新型的保护范围之内。在该实施例中，单目视觉识别设备200中的摄像头是通过摄像头支架201固定在机械臂100的末端的侧面的，并且摄像头支架201可以通过螺栓等紧固件固定在机械臂100上，为摄像头提供一个很好的支撑和连接。
如图4所示，为本实用新型的充电接口识别和定位系统的另一结构框图。进一步地，所述一个摄像头的附近还可以设置有一闪光灯600，用于光线暗弱的时候，进行补光。所述闪光灯600与所述控制器300进行通信。闪光灯600的开启方式可以有两种，当单目视觉识别设备200的采光率低于预设采光率阈值时，控制器300开启闪光灯，或启动单目视觉识别设备200进行图像采集时，控制器300即同时开启闪光灯600。闪光灯600设置的位置也可以有很多种，只要是设置在机械臂100的活动端101，并且摄像头位于闪光灯600的光辐射范围之内即可。
进一步地，控制器300可以通过声音提示设备700播放预设提示语音，控制器300可以通过充电状态指示灯800显示充电状态。例如，在充电开始前，控制器300控制声音提示设备700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，充电状态指示灯显示红灯800，表示正在充电，充电完成后，充电状态指示灯800可以变成绿灯，表示充电完成，声音提示设备700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。
如图5所示为该实施例的待充电的车辆的结构示意图。车辆500的一侧设置有充电接口501，车辆500的内部还可以设置电子管理设备502，电子管理设备502可以实现充电接口501处充电盖的自动开启，并且可以进一步实现充电盖的自动关闭。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，当气缸接收到电子管理设备502发送的打开信号时，驱动连杆向外伸出，将充电盖撑开。在气缸接收到电子管理设备502发送的关闭信号时，驱动连杆向内移动，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，均属于本实用新型的保护范围之内。
此处车辆500可以是分时租赁的电动汽车，用户通过注册账户和申请用车可以分配到一辆电动汽车，电动汽车需要充电时，可以开到特定的地点进行充电，也可以直接在还车时将充电接头与充电接口连接，为电动汽车自动充电，方便下一个用户使用时，电量是直接充满的，可以直接提车。在实际应用中，该车辆500不限于此，也可以是用户自购的电动汽车或混合动力汽车等等，均可以使用本实用新型的自动充电系统，实现车辆自动快速的充电，减少用户手动操作的工作量。
如图6所示，为该实施例的待充电的车辆与自动充电系统对接的结构示意图。其中，所述控制箱301的侧面还可以进一步设置有一车辆检测设备302，所述车辆检测设备302向一预设检测区域发送检测信号并接收所述预设检测区域的反馈信号，用于检测在预设检测范围内是否有车辆 500停靠，所述车辆检测设备302与所述控制器300进行通信，将接收的反馈信号发送至所述控制器300。只有当车辆检测设备302检测到有车辆500停靠时，才通过单目视觉识别设备200进行图像采集，在车辆检测设备302没有检测到有车辆500停靠时，则可以关闭单目视觉识别设备200，不进行图像采集，这样可以节省资源，避免执行不必要的动作造成资源浪费。
可选地，所述车辆检测设备302可以包括激光收发器、摄像头、电磁波收发器、超声波收发器、红外收发器或蓝牙收发器。例如，车辆检测设备302采用激光收发器时，可以在图6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。或者车辆检测设备302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设备也是可以的，均属于本实用新型的保护范围之内。
进一步地，所述控制箱301的内部还可以设置有无线数据收发设备，所述控制器300通过所述无线数据收发设备与车辆的电子管理设备进行通信。
即控制器300在充电开始前，可以先通过无线数据收发设备向车辆的电子管理设备502发送一个充电请求信号，电子管理设备502在接收到充电请求信号后控制车辆500的充电盖自动打开。在充电完成时，控制器300可以通过无线数据收发设备向车辆的电子管理设备502发送一个充电完成信号，电子管理设备502在接收到充电完成信号后控制车辆500 的充电盖自动关闭。此处无线数据收发设备可以是红外数据收发设备、蓝牙数据收发设备、WIFI数据收发设备、CDMA数据收发设备、GPS数据收发设备、3G/4G数据收发设备等等，可以根据需要进行选择。
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500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 500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300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盖打开，也不用等待充电完成后关闭充电盖，极大地方便了用户的使用。
本实用新型的充电接口识别和定位系统可以实现充电接口位置的自动识别和定位，因此也可以结合充电接头来完成充电功能。充电接头和本实用新型的充电接口识别和定位系统的结合可以有多种方式，例如将充电接头设置在机械臂的活动端，在将机械臂的活动端靠近充电接口时，充电接头也就靠近了充电接口，通过充电接口的定位，可以进一步将充电接头插入到充电接口中。或者可以将充电接头设置在一个特定的位置，控制器在识别到充电接口的位置后，可以通过机械臂的活动端抓取充电接头，将抓取到的充电接头插入到充电接口中。也可以采用其他配合方式，均是可以的，不以此处列举的方式为限。
如图7和图8所示，在该实施例中，所述机械臂100的活动端101 可选地设置有一充电接头400，所述机械臂100的活动端101的关节延伸方向可选平行于或垂直于所述充电接头400的延伸方向。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400 的延伸方向。即充电接头400优选平行于机械臂100的末端延伸方向。但实际应用中不限于此，充电接头400可以与机械臂100的活动端101 的关节延伸方向具有一定的夹角，在控制充电接头400插入到充电接口 501时，将该夹角考虑在内即可。
进一步地，所述充电接头400的端面还可以设置有至少一力传感器，所述力传感器采集所述充电接口400的端面的压力数据，所述力传感器与所述控制器300进行通信。当充电接头400插入到充电接口501中时，充电接头400会受到来自该充电接口501的压力，力传感器可以检测到该压力值并且将该压力值发送至控制器300中。此处力传感器的数目不限，可以从节约成本的角度来考虑，只设置一个即可以检测充电接头400 是否插入到充电接口中，从检测效果的角度来考虑，可以设置多个力传感器，检测充电接头400的端面上多个位置的压力，避免误检测，多个力传感器优选可以均匀分布在充电接头400的端面上。
如图7所示是本实用新型一实施例的机械臂100的活动端101移动的示意图；如图8所示是本实用新型一实施例的充电接头400插入充电接口501的结构示意图。此处为了清楚表示，仅示出了机械臂100的活动端101和充电接头400的配合关系。如图7所示，在单目视觉识别设备200和控制器300的引导下，机械臂100的活动端101从位置S1移动至位置S2，再进一步移动至位置S3，以靠近充电接口501，并且在移动的过程中，机械臂100的活动端101的一个摄像头可以在不同的位置采集不同的实时图像，控制器300可以获取到充电接口的实时图像和实时最新位置，并且根据该最新位置调整机械臂100的移动路线，更好地引导机械臂100靠近充电接口501。如图8所示，机械臂100的活动端 101进一步移动至位置S4，使得充电接头400插入到充电接口501中。
如图9所示，为该实施例的机械臂100的活动端101的结构示意图。在该实施例中，机械臂100的活动端101的一侧设置有所述单目视觉识别设备200，且端部设置有一个充电接头400。
如图10所示，为本实用新型中另一实施例的采用机械抓手的充电接口识别和定位系统的结构示意图。在本实施例中，机械臂100的活动端 101设置有一个机械抓手901，机械抓手901可以和控制器301进行通信。机械抓手901可以抓取一个充电接头部902。在该实施例中，充电接头部 902可以是单独一个与市电电源连接的充电枪(图中未示出)，由机械臂 100的活动端101的机械抓手901抓取充电接头部902并插入到充电接口601中；也可以是一个与可充电电池的放电端连接的充电枪，由机械臂100的活动端101的机械抓手901抓取充电接头部902并插入到充电接口601中；也可以将充电接头部可拆卸设置在机械臂100的活动端101，通过充电线缆与市电电源电连接；也可以将充电接头部可拆卸设置在机械臂100的活动端101，并且通过充电线缆与可充电电池的放电端相连接。
另外，在实际应用中，充电接口识别和定位与充电功能的结合可以有多种方式，不限于此处列举和图中示出的方式。例如，充电接口识别和定位系统与充电系统可以是完全独立的两个系统。通过该充电接口识别和定位系统实现待充电车辆上充电接口位置的识别和定位，而通过另一个系统根据该识别和定位结果将充电接头和充电接口对接，对车辆进行充电等等，均是可以实现的，均属于本实用新型的保护范围之内。
如图11所示，为本实用新型再一实施例的采用充电臂的充电接口识别和定位系统的结构示意图。如图所示，该充电接口识别和定位系统还包括充电组件，所述充电组件包括充电接头904和充电臂903，所述充电接头904固定于所述充电臂903的第一端，所述充电臂903的第一端相对于所述充电臂903的第二端可移动，所述充电臂903与所述控制器300 进行通信，控制器300在获取到双目识别设备200识别得到的充电接口 601的位置后，可以引导充电臂903带动充电接头904移动，使得充电接头904插入充电接口601中。充电臂903的第一端可以固定在控制器 300的上表面或者是一侧面，与控制器300通过有线或无线方式进行通信，或者充电臂903的第一端可以直接固定在地面上，与控制器300通过无线方式进行通信，都是可以实现的。
上述仅列出了本实用新型的充电接口识别和定位系统与充电系统之间的几种配合关系，在实际应用中，还可以采用其他的配合方式，例如，充电接口识别和定位系统与充电系统可以设置在两个完全不同的地方，只要知道两者之间的位置关系，控制器与充电系统能够进行通信即可，通信方式可以采用通信线缆或无线通信方式。
因此，采用该实施例的充电接口识别和定位系统，在车辆的充电接口位置识别过程中，全程均无需人工参与，提高了电动汽车充电操作的效率，避免对充电接头和充电接口造成损坏。
本实用新型所提供的充电接口识别和定位系统具有下列优点：
本实用新型提供了一种自动识别和定位充电接口的位置的技术方案，在车辆停放后，可以通过单目视觉识别设备自动采集充电接口图像，由控制器根据充电接口图像识别充电接口位置，引导机械臂移动，并且在机械臂移动过程中采集变化的充电接口图像，根据变化的图像来确定充电接口的准确位置；只采用一个摄像头就可以实现获取充电接口的三维坐标，相比于双摄像头的视觉定位方式，大大简化了整体系统的结构，降低了系统成本，并且增强了识别和定位的准确性，提高了充电操作的效率，提升了用户的使用体验。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。