本实用新型涉及一种三轴运动自动插枪充电系统、充电桩及车辆。
背景技术：
随着新能源客车的飞速发展，带来了客车充电难的问题。由于客车的充电电流较大，充电桩上的充电枪附带线非常沉重，造成手动插枪充电麻烦费力，操作不便。现有的智能充电技术，采用先将车停到位，然后通过摄像头捕捉定位或采用扫码识别车辆型号等信息确定充电孔位置信息，最后通过传感器或数据分分析确定充电孔位置，将插枪插入，进行充电。采用摄像捕捉确定车辆充电孔位置的方式，除了对像素要求外还需要增加复杂的图像分析处理系统，摄像完成之后的任何处理过程出现问题则会引起充电孔位置确定不准，技术难度较大。采用扫码确定车型号及充电孔位置信息的方式，除了需要后期一系列的数据处理外，还收车辆乘坐人员数量及车胎状况影响，充电孔位置信息的确定存在较大的误差。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种三轴运动自动插枪充电系统，以解决现有技术中存在的充电孔位置确定不准确的问题；另外，本实用新型的目的还在于提供一种充电桩、车辆。
为实现上述目的，本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统采用的技术方案是：
技术方案1：三轴运动自动插枪充电系统，包括设置在车辆上的车载端系统和设置在充电桩上的充电端系统，所述充电端系统包括三轴运动系统和设置在三轴运动系统上的充电枪，定义上下方向为Y方向，充电端系统朝向车载端系统的方向为Z方向，所述三轴运动系统包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，车辆的充电孔处设有X轴信号发射器和Y轴信号发射器，所述Z轴运动机构上设有检测车辆与充电桩距离以使Z轴运动机构沿靠近车辆方向运动至设定距离的测距仪，所述X轴运动机构上设有用于接收X轴信号发射器的信号以感应车辆的充电孔位置的X轴光传感器接收器，所述Y轴运动机构上设有用于接收Y轴信号发射器的信号以感应车辆的充电孔位置的Y轴光传感器接收器，所述充电桩上还设有驱动三轴运动系统运动的驱动机构和与测距仪、X轴光传感器接收器、Y轴光传感器接收器信号连接以根据接收到的信号控制驱动机构的控制器。
有益效果是：当车辆停车到位后，通过测距仪检测车辆与充电枪的距离，并驱动Z轴运动机构沿靠近车辆方向运动，然后通过X轴运动机构和Y轴运动机构上设置的光传感器接收器分别感应X轴信号发射器、Y轴信号发射器发出的光束感应车辆的充电孔位置并驱动X轴运动机构和Y轴运动机构运动使充电枪与充电孔对准，最后通过Z轴运动机构运动使充电枪插入充电孔。通过光传感器实现充电枪与车辆的充电孔的对准操作，不需要通过中间扫码或者图像分析确定充电孔的位置，因此不存在数据分析误差造成的对不准问题，解决现有技术中存在的充电孔位置确定不准确的问题。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述充电枪设置在X轴运动机构上。充电枪设置在运动机构上，方便充电枪随着运动机构的运动与充电孔对准。
技术方案3：在技术方案1或2的基础上，所述Y轴信号发射器为线状光束发射器，相应的Y轴光传感器接收器为与Y轴信号发射器对应的线状光束接收器。通过线状光束发射器和接收器增加信号发射和接收面积，方便信号的接收，进而更快的驱动Y轴运动机构运动使充电枪与充电孔处于同一条直线上。
技术方案4：在技术方案1或2的基础上，所述X轴运动机构和Y轴运动机构设置在Z轴运动机构上。三轴运动机构的位置设置，以水平面为基准面，使三轴运动系统整体结构稳定，增加充电桩使用寿命。
技术方案5：在技术方案1或2的基础上，所述车辆上设有车辆通讯模块，所述充电桩上设有与车辆通讯模块信号连接的充电桩通讯模块，所述控制器与充电桩通讯模块信号连接。车辆通讯模块和充电桩通讯模块使整个系统均实现智能化控制，操作方便，省时省力。
技术方案6：在技术方案1或2的基础上，所述车辆充电孔上设有电动盖板，所述电动盖板与车辆通讯模块信号连接以控制电动盖板的开合。电动盖板可通过车辆通讯模块控制盖板的开合，操作方便，可完全实现智能化充电操作。
技术方案7：在技术方案1或2的基础上，所述充电孔处设有用于引导充电枪插入充电孔的引导槽。在引导槽引导作用下更方便充电枪插入充电孔。
为实现上述目的，本实用新型的充电桩采用的技术方案是：
技术方案1：充电桩，包括充电端系统，所述充电端系统包括三轴运动系统和设置在三轴运动系统上的充电枪，定义上下方向为Y方向，充电端系统用于朝向车载端系统的方向为Z方向，所述三轴运动系统包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，所述Z轴运动机构上设有用于检测车辆与充电桩距离以使Z轴运动机构沿靠近车辆方向运动至设定距离的测距仪，所述X轴运动机构上设有用于接收X轴信号发射器的信号以用于感应车辆的充电孔位置的X轴光传感器接收器，所述Y轴运动机构上设有用于接收Y轴信号发射器的信号以用于感应车辆的充电孔位置的Y轴光传感器接收器，所述充电桩上还设有驱动三轴运动系统运动的驱动机构和与测距仪、X轴光传感器接收器、Y轴光传感器接收器信号连接以根据接收到的信号控制驱动机构的控制器。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述充电枪设置在X轴运动机构上。
技术方案3：在技术方案1或2的基础上，Y轴光传感器接收器为线状光束接收器。
技术方案4：在技术方案1或2的基础上，所述X轴运动机构和Y轴运动机构设置在Z轴运动机构上。
技术方案5：在技术方案1或2的基础上，所述充电桩上设有用于与车辆通讯模块信号连接的充电桩通讯模块，所述控制器与充电桩通讯模块信号连接。
为实现上述目的，本实用新型的车辆采用的技术方案是：
技术方案1：车辆，包括车载端系统，定义上下方向为Y方向，车载端系统用于朝向充电端系统的方向为Z方向，车辆的充电孔处设有X轴信号发射器和Y轴信号发射器。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述Y轴信号发射器为线状光束发射器。
技术方案3：在技术方案1或2的基础上，所述车辆上设有用于与充电桩通讯模块信号连接的车辆通讯模块。
技术方案4：在技术方案1或2的基础上，所述车辆充电孔上设有电动盖板，所述电动盖板与车辆通讯模块信号连接以控制电动盖板的开合。
技术方案5：在技术方案1或2的基础上，所述充电孔上设有用于引导充电枪插入充电孔的引导槽。
附图说明
图1为本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统具体实施例一的系统图；
图2为本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统具体实施例一中充电桩的结构示意图；
图3为本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统具体实施例一中车辆的局部示意图；
图4为本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统具体实施例二中充电桩的结构示意图；
图中：1-Y轴运动机构，2-X轴运动机构，3-Z轴运动机构，4-Y轴驱动电机，5-X轴驱动电机，6-Z轴驱动电机，7-激光测距仪，8-X轴光传感器接收器，9-Y轴光传感器接收器，10-充电桩通讯模块，11-充电枪固定块，12-充电枪，20-车辆通讯模块，21-司机操作按钮，22-X轴信号发射器，23-Y轴信号发射器，24-充电孔，25-电动盖板，101-Y轴运动机构，102-X轴运动机构，80-X轴光传感器接收器，90-Y轴光传感器接收器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体实施例一，如图1所示，三轴运动自动插枪充电系统包括设置在车辆上的车载端系统和设置在充电桩上的充电端系统。如图2所示，充电端系统包括三轴运动系统和设置在三轴运动系统上的充电枪12。考虑到充电枪12与充电孔24对准的过程中充电枪12需要进行三个方向的运动，本实施例中的三轴运动系统两两相互垂直。定义上下方向为Y方向，充电端系统朝向车载端系统的方向为Z方向，Z方向垂直于X方向和Y方向。通过三轴运动系统的运动带动充电枪12运动进行充电枪12与充电孔24的对准操作。三轴运动系统包括X轴运动机构2、Y轴运动机构1、Z轴运动机构3。如图3所示，车辆的充电孔24处设有X轴信号发射器22和Y轴信号发射器23。Z轴运动机构3上设有检测车辆与充电桩距离以使Z轴运动3机构沿靠近车辆方向运动至设定距离的测距仪，本实施例中的测距仪为激光测距仪7。X轴运动机构2上设有用于接收X轴信号发射器22的信号以感应车辆的充电孔24位置的X轴光传感器接收器8， Y轴运动机构1上设有用于接收Y轴信号发射器23的信号以感应车辆的充电孔24位置的Y轴光传感器接收器9，充电桩上还设有驱动三轴运动系统运动的驱动机构和与激光测距仪7、X轴光传感器接收器8、Y轴光传感器接收器9信号连接以根据接收到的信号控制驱动机构的控制器。通过激光测距仪7检测车辆与充电枪12之间的距离，驱动Z轴运动机构3运动使充电枪12与车辆之间到达设定的距离，本实施例中充电枪12与车辆之间设定的距离辆为15cm左右。在其他实施例中可根据系统中各传感器的感应范围确定设定距离。
本实施例中Y轴信号发射器23和X轴信号发射器22发射的信号为红外光束，在其他实施例中，信号发射器发出的光束可为激光光束。当Z轴运动机构3驱动充电枪12到达设定距离后，首先驱动机构在控制器控制作用下驱动Y轴运动机构1由下向上缓慢运动至Y轴光传感器接收器9接收到Y轴信号发射器23发出的红外光束，便找到了车辆的充电孔24的高度，此时将Y轴运动机构1定位在此高度。本实施例中的充电孔24处的Y轴信号发射器23的安装位置距离充电孔24有固定的距离，只需在设计时将Y轴光传感器接收器9相应的设定在距离充电枪12相等的固定距离即可。需要说明的是，为方便Y轴光传感器接收器9接收到Y轴信号发射器23的红外光束信号，本实施例中，Y轴信号发射器23为线状光束发射器，相应的，Y轴光传感器接收器9为与Y轴信号发射器23对应的线状光束接收器。通过线状光束进行充电枪12高度的确定，扩大了光束的感应范围，方便信号的接收，进而更快的驱动Y轴运动使充电枪12与充电孔24处于同一条水平线上。X轴信号发射器22发出的红外光束通过点状光束，通过点状光束可以较好地实现充电枪12与充电孔24的点位置的对准。
当充电枪12与充电孔24在同一高度时，控制器控制驱动机构驱动X轴运动机构2往返运动，直至设置在X轴运动机构2上的X轴光传感器接收器8接收到充电孔24处的X轴信号发射器22，充电枪12则与充电孔24对准。最后驱动机构驱动Z轴运动机构3靠近车辆运动至充电枪12插入充电孔24上。车辆停车到位后，通过激光测距仪7检测车辆与充电枪12的距离，并驱动Z轴运动机构3运动使充电枪12靠近车辆，然后驱动机构根据X轴运动机构2和Y轴运动机构1上的光传感器接收器接收到的信号，驱动X轴运动机构2和Y轴运动机构1运动使充电枪12对准车辆的充电孔24。需要说明的是，为方便充电枪12插入充电孔24，在充电孔24处设有引导充电枪12插入的引导槽。另外，充电枪12与充电桩通过充电枪固定块11连接，在充电枪固定块11与充电枪12的接口处设有一弹性件，使充电枪12相对于充电桩具有一定弹性，这样，即使系统具有较小的设计误差，充电枪12也可插入充电孔24内。在其他实施例中，在充电孔24处可不设置引导槽。通过光传感器实现充电枪与车辆的充电孔的对准操作，不需要通过中间扫码或者图像分析确定充电孔的位置，因此不存在数据分析误差造成的对不准问题，解决现有技术中存在的充电孔位置确定不准确的问题。
为了使三轴运动系统在满足运动需求的情况下，尽可能的使运动稳定、保证三轴运动系统具有一定的结构强度，本实施例中的三轴运动系统的X轴运动机构2和Y轴运动机构1设置在Z轴运动机构3上。由下而上依次减轻每个运动机构的承受重量保证了运动系统的结构强度。本实施例中，Y轴运动机构1、X轴运动机构2、Z轴运动机构3分别与Y轴驱动电机4、X轴驱动电机5和Z轴驱动电机7连接。通过驱动电机转动带动螺杆驱动三轴运动系统的各运动机构运动，各个驱动电机均与控制器信号连接，通过控制器接收到的传感器信息控制驱动电机动作，进而控制三个运动机构运动实现充电枪12与充电孔24的对准操作。通过驱动电机方便队驱动机构进行驱动控制。在其他实施例中可通过液压驱动等其他驱动件驱动三轴运动系统中各运动机构的运动。
为方便司机观察和控制操作充电系统，本实施例中，车辆上设有车辆通讯模块20，在充电桩上设有与车辆通讯模块20信号连接的充电桩通讯模块10，控制器与充电桩通讯模块10信号连接。车辆充电孔上设有电动盖板25，通过车辆通讯模块20控制电动盖板25的开合。车辆上还设有与车辆通讯模块20信号连接的司机操作按钮21，通过司机操作按钮21可控制充电孔24上电动盖板25的开合，还可以手动控制充电枪12与充电孔24的断开与连接。本实施例中的车辆通讯模块20采用Zigbee无线通讯模块。通过车辆通讯模块20和充电桩通讯模块10使整个系统均实现智能化控制，操作方便，省时省力。
使用本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体充电过程：车辆上装有Zigbee无线通讯模块，能够在设定距离内自动组网通讯，并与充电桩充电系统完成信息交互。包括向充电桩传递车辆本身标识信息、是否进入场站范围内、车辆行驶与停止速度信息、请求充电信息等。本实施例中的Zigbee无线通讯模块可以在100米范围内自动组网通讯，在其他实施例中可根据需要设定距离。当车辆停好后，司机操作按下一键充电按键，无线通讯模块和充电桩通讯模块10通讯，告知车辆状态就位，充电系统可以动作；同时控制打开电动盖板25，打开充电孔24处的信号发射器进行定位。
本实施例中车辆停车范围控制，通过标线，减速带等措施控制车辆的停车范围，将与充电系统的误差控制在前后30cm范围，左右50cm范围。在其他实施例中可通过栏杆、导轨等进行车辆停车范围控制，停车范围也可根据需要设定。如图2所示，充电枪12通过Y轴运动机构1、X轴运动机构2和Z轴运动机构3进行三个方向的运动，每个运动机构由驱动电机驱动螺杆伸缩实现，本实施例中的三轴运动系统可达到1毫米的位置精度，在其他实施例中可根据需要控制位置精度范围。本实施例中，Z轴运动机构3的运动范围为2米，X轴运动机构2的运动范围为80厘米，Y轴运动机构1的运动范围为1.5米，在奇特实施例中可根据需要设定个运动机构的运动范围。当车辆停止在正确位置后，充电桩通讯模块10获知车辆停止并请求充电，此时车辆进入准备充电状态，先通过激光测距仪7检测车辆距离是否超出合理范围，若超出则推出并报告未检测到车辆。
当检测到车辆距离在设定范围内时，进行三轴运动控制。首先底部的Z轴运动机构3缓慢向车辆方向运动，当达到设定距离时，本实施例中的设定距离为15cm，在其他实施例中可根据需要设定距离。停止并进行寻找充电孔24的动作，通过安装在车上的Y轴信号发射器23发出红外光束，充电桩上安装的Y轴光传感器接收器9不断搜索发射信号，此时Y轴运动机构1从最低状态（50cm处，或可设置）向上缓慢运动，当接收到发射器信号时即找到了充电插孔的高度（高度可与充电孔有固定差值，通过计算距离控制），Y轴运动机构1将充电枪12定在充电孔24高度；此时开始X轴运动机构2运动查找充电孔24位置，同Y轴运动机构1一样，车辆上安装X轴光传感发射器22发射红外光束，X轴运动机构2从一侧运动到另一侧，在过程中当接收端收到信号时，即停止运动（可与充电孔有固定差值，通过计算距离控制），此时充电枪12已经处于和车辆的充电孔24对应位置；Z轴运动机构3继续运动，将充电枪12插入到车上的充电孔24上，充电孔24周围装有引导槽，充电枪12固定装置具有弹性，本实施例中系统允许存在2mm的误差，在其他实施例中可根据需要设定误差允许范围。待充电枪12插入后，车辆通讯模块20会和充电桩通讯模块10通讯完成自动充电。
正常充电结束后，车辆通讯模块20通过与充电桩通讯模块10通讯断开充电，待司机按下司机操作按钮21后，车辆通讯模块20通知充电桩通讯模块10运动拔掉充电枪12，当充电桩通讯模块10通知归位完成后，车辆通讯模块20控制电动盖板25盖上，车辆进入可行驶模式；当正常充电时，司机按下司机操作按钮21，先通过车辆通讯模块20通知充电桩通讯模块10控制充电枪12停止充电，再按照上面执行。通过三轴运动的自动插枪充电系统，并附带无线通讯，使得客车驾驶员在不下车即可完成一键充电操作，方便快捷。通过激光测距仪7首先进行Z轴运动机构3的运动找到X轴和Y轴运动面；然后驱动Y轴运动机构1运动通过Y轴光传感器接收器9接收线状红外光束确定充电孔24的高度，使充电枪12与充电孔24在同一高度线上；之后通过驱动X轴运动机构2运动使X轴光传感器接收器8接收到X轴信号发射器22发射的红外光束，实现充电枪12与充电孔24的点对齐，即充电枪12与充电孔24对齐。定位准确，系统简单，解决现有技术中存在的充电孔位置确定不准确的问题。
本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体实施例二，与本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体实施例一相比，区别仅在于：如图4所示，X轴信号发射器22为线状光束发射器，相应的，X轴运动机构102上的X轴光传感器接收器80为线状光束接收器。在进行充电枪与充电孔的对准操作时，先通过线状光束接收器进行充电孔竖直方向位置的确定，然后通过Y轴运动机构101的运动使Y轴光传感器接收器90接收Y轴信号发射器发出的点状红外光束定位充电孔的位置。
本实用新型的充电桩的具体实施例，本实施例中的充电桩与本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体实施例一或具体实施例二中任意一个所述的充电桩结构相同，不再赘述。
本实用新型的车辆的具体实施例，本实施例中的车辆与本实用新型的三轴运动自动插枪充电系统的具体实施例一或具体实施例二中任意一个所述的车辆结构相同，不再赘述。