自适应位姿变化的柔性自动充电装置及自动充电系统的制作方法

本发明涉及电动工具(电动汽车等)充电设备技术领域，特别是涉及一种自适应位姿变化的柔性自动充电装置及自动充电系统。

背景技术：

伴随着电动汽车快速发展，电动汽车正快速普及，电动汽车快速充电成为汽车工业和能源产业发展的重点。随着自动泊车技术的成熟，可自主泊车的电动汽车已经开始应用，对自动快速充电装置的需求越来越迫切。

目前自动充电装置存在几个主要问题：

1、自动充电装置依靠对车辆充电口的位姿判定，实现准确插接，由于车辆姿态变化或环境变化，会造成充电口位姿判定误差较大，无法自动插接；

2、当机械臂带动充电枪插入到电动汽车充电插座中后，一旦电动汽车由于上下人等原因致使车辆位姿产生较大幅度变化时，由于机械臂和充电枪均处于刚性状态，就会导致机械臂等自动充电装置的执行机构发生卡死现象，甚至引起机械臂或其他充电装置的机械零件损坏，无法自动恢复到正确的状态，需要人工现场维护才能修复。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种自适应位姿变化的柔性自动充电装置及自动充电系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自适应位姿变化的柔性自动充电装置及自动充电系统，以在充电过程中进行自适应位姿变化。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种自适应位姿变化的柔性自动充电装置，所述柔性自动充电装置包括充电枪头、用于固定充电枪头的杆件机构、及安装于充电枪头和杆件机构之间的柔性模块，所述杆件机构包括受控状态及自由状态，受控状态下用于驱动充电枪头进行插接运动，自由状态下用于进行位姿自适应变化，所述柔性模块用于根据外部充电插座的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整，以使充电枪头的充电口与充电插座的充电接口位于同一插接方向。

作为本发明的进一步改进，所述柔性自动充电装置还包括动力模块，用于直接或间接驱动充电枪头。

作为本发明的进一步改进，所述动力模块包括沿第一方向驱动的第一动力单元、沿第二方向驱动的第二动力单元、沿第三方向驱动的第三动力单元中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述第一动力单元、第二动力单元及第三动力单元为集成设置或分离设置。

作为本发明的进一步改进，所述杆件机构包括若干杆件，所述杆件沿第一方向或第二方向可旋转设置。

作为本发明的进一步改进，所述杆件机构包括：

受控状态，杆件沿第一方向和/或第二方向旋转运动，以使充电枪头与充电插座进行插接运动；

自由状态，当充电枪头跟随充电插座沿第三方向同步运动时，杆件机构根据充电枪头的位姿进行自适应变化。

作为本发明的进一步改进，所述杆件机构包括若干沿第一方向可旋转设置的第一杆件和/或若干沿第二方向可旋转设置的第二杆件。

作为本发明的进一步改进，所述柔性模块进行充电枪头位姿的自适应调整包括上下浮动、左右运动及旋转运动中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，所述柔性模块包括安装轴、旋转安装于安装轴上的第一连接块和第二连接块、固定安装于第一连接块和第二连接块之间的安装轴上的弹性调整块、固定安装于第一连接块上的第一调整柱、固定安装于第二连接块上的第二调整柱、固定安装于第一调整柱上的第一连接件、及固定安装于第二调整柱上的第二连接件，所述第一调整柱、第二调整柱、安装轴及弹性调整块的轴向平行设置。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种自动充电系统，所述自动充电系统包括：

上述的自适应位姿变化的柔性自动充电装置，及

充电插座，所述充电插座上设有充电接口，用于和充电枪头的充电口进行插接。

本发明的有益效果是：

受控状态下杆件能够驱动充电枪头与充电插座进行插接，充电过程中当充电插座位置发生变化时，自由状态下杆件能够进行位姿自适应变化；

柔性模块能够根据外部充电插座的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整；

柔性自动充电装置及自动充电系统保证了充电的可靠性、连续性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中自动充电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中柔性模块的正视结构示意图；

图3为本发明实施例1中柔性模块的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例2中自动充电系统的结构示意图；

图5为本发明实施例3中自动充电系统的结构示意图；

图6为本发明实施例4中自动充电系统的结构示意图；

图7为本发明实施例5中自动充电系统的结构示意图；

图8为本发明实施例7中自动充电系统的结构示意图；

图9为本发明实施例8中自动充电系统的结构示意图；

图10为本发明实施例9中自动充电系统的结构示意图；

图11为本发明实施例10中自动充电系统的结构示意图；

图12为本发明实施例11中自动充电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本文使用的例如“左”、“左侧”、“右”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“左侧”的单元将位于其他单元或特征“右侧”。因此，示例性术语“左侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

本发明一实施例中公开了自适应位姿变化的柔性自动充电装置，包括充电枪头、用于固定充电枪头的杆件机构、及安装于充电枪头和杆件机构之间的柔性模块，杆件机构包括受控状态及自由状态，受控状态下用于驱动充电枪头进行插接运动，自由状态下用于进行位姿自适应变化，柔性模块用于根据外部充电插座的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整，以使充电枪头的充电口与充电插座的充电接口位于同一插接方向。

本发明另一实施例中还公开了一种自动充电系统，该自动充电系统包括：

自动充电装置，及

充电插座，充电插座上设有充电接口，用于和充电枪头的充电口进行插接。

实施例1：

参图1所示，在本实施例中自动充电系统包括柔性自动充电装置及充电插座10，充电插座10上设有充电口(未图示)，用于和充电枪头进行插接。

以下对本实施例中的柔性自动充电装置进行详细说明，值得注意的是，本实施例中的柔性自动充电装置可作为自动充电系统的一部分，也可以为一单独的实施例。

其中，本实施例中所指的第一方向为图1中的x方向，即充电枪头的插拔方向，第二方向为图1中的y方向，垂直于插接方向，第三方向为图1中的z方向，即竖直方向。

本实施例中的柔性自动充电装置包括充电枪头21、用于固定充电枪头的杆件机构、及安装于充电枪头和杆件机构之间的柔性模块23。其中，受控状态下用于驱动充电枪头进行插接运动，自由状态下用于进行位姿自适应变化；柔性模块23用于根据外部充电插座10的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整，以使充电枪头的充电口与充电插座的充电接口位于同一插接方向。

优选地，本实施例中的杆件机构中杆件数量设置为3个，3个杆件为沿第二方向可旋转运动的第二杆件，包括固定安装于充电枪头21下方的第二杆件221、可旋转安装于支撑件220上的第二杆件222、及可旋转安装于第二杆件221和第二杆件222之间的第二杆件223。

本实施例中相邻的杆件连接处通过旋转部和收容部配合安装，每个杆件上有且仅只有一个旋转部。如本实施例中第二杆件221的旋转部设于杆件下端，第二杆件221的上端与充电枪头的底面固定安装；第二杆件222的旋转部设于杆件下端，支撑件220上固定设有与该旋转部对应安装的收容部；第二杆件223的旋转部设于杆件下端，该旋转部与第二杆件222上端的收容部配合安装，第二杆件223的上端设有收容部，用于和第二杆件221下端的旋转部配合安装。

本实施例中的杆件机构可在受控状态和自由状态之间切换，其中：

受控状态，杆件机构中的各第二杆件驱动充电枪头沿第二方向旋转，以使充电枪头与充电插座进行插接运动；

自由状态，当充电枪头跟随充电插座沿第三方向同步运动时，杆件机构中的各第二杆件根据充电枪头的位姿进行自适应变化。

柔性模块23安装于第二杆件221与充电枪头21之间，用于根据外部充电插座的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整，以使充电枪头的充电口与充电插座的充电接口位于同一插接方向。

参图2、图3所示，本实施例中的柔性模块包括安装轴231、旋转安装于安装轴上的第一连接块2321和第二连接块2322、固定安装于第一连接块2321和第二连接块2322之间的安装轴上的弹性调整块233、固定安装于第一连接块2321上的第一调整柱2341、固定安装于第二连接块2322上的第二调整柱2342、固定安装于第一调整柱2341上的第一连接件2351、及固定安装于第二调整柱2342上的第二连接件2352，其中，第一调整柱2341、第二调整柱2342、安装轴231及弹性调整块233的轴向平行设置，弹性调整块233为一扭力弹簧。

优选地，柔性模块包括两个沿横向分布的第一调整柱2341，两个第一调整柱2341上固定安装有第一弹性膜片2361，第一连接块2321的一端设有两个沿纵向分布的第一安装部23411，第一连接块2321通过两个第一安装部23411固定安装于第一弹性膜片2361上。

优选地，柔性模块包括两个沿纵向分布的第二调整柱2342，第二连接块2322一端设有两个沿横向分布的第二安装部23221，两个第二安装部23221上固定安装有第二弹性膜片2362，第二调整柱2342的一端固定安装于第二弹性膜片2362上。

本实施例中柔性模块23进行充电枪头位姿的自适应调整包括上下浮动、左右运动及旋转运动中的至少一种。优选地，上下浮动的角度范围为-15°～15°，左右运动的距离范围为-28mm～28mm，旋转运动的角度范围为-15°～15°。

本实施例中的自动充电系统工作原理如下：

充电时，第二杆件221、第二杆件222和第二杆件223为受控刚性状态，杆件机构驱动柔性模块23和充电枪头21在xz平面内运动，同时，柔性模块23根据外部充电插座10的位姿，进行充电枪头21位姿的自适应调整，最终实现充电枪头21与充电插座10的插接。

开始充电后，杆件机构的连接均由受控刚性状态转换为自由状态。当电动汽车因上下人等原因致使充电插座沿z轴方向变动较大幅度时，一方面，充电枪头21也会随充电插座10产生相应幅度的变动，导致第二杆件221、第二杆件222和第二杆件223作相适应的旋转运动跟随充电枪头21的位置进行自适应位姿变化，另一方面，柔性模块23也可以根据外部充电插座10的位姿变动，进行充电枪头21位姿的自适应调整。如此，通过杆件机构和柔性模块的配合，能够根据充电插座的位姿自适应调整充电枪头。

实施例2：

参图4所示，本实施例中的柔性自动充电装置与实施例1中的柔性自动充电装置结构基本相同，不同之处在于本实施例中在柔性模块23和第二杆件221之间设有动力模块，动力模块为沿第一方向驱动的第一动力单元24，第一动力单元24固定安装于第二杆件221上，第一动力单元24能够驱动其上的柔性模块23及充电枪头21沿x轴(即插接方向)运动，为充电枪头21和充电插座10的插接提供动力。

实施例3：

参图5所示，本实施例中的柔性自动充电装置与实施例1中的柔性自动充电装置结构基本相同，不同之处在于本实施例中在杆件机构下方设有动力模块，动力模块为沿第一方向驱动的第一动力单元24，第一动力单元24固定安装于第二杆件222下方，第一动力单元24能够驱动其上的杆件机构、柔性模块23及充电枪头21沿x轴(即插接方向)运动，为充电枪头21和充电插座10的插接提供动力。

实施例4：

参图6所示，本实施例中的柔性自动充电装置与实施例2相比，动力模块包括沿第一方向驱动的第一动力单元24、及沿第三方向驱动的第三动力单元26。第三动力单元26为升降模块，可在竖直方向上驱动其上的结构进行升降运动，动力模块能够驱动其上的柔性模块23及充电枪头21沿x轴(即插接方向)和z轴(即竖直方向)运动，为充电枪头21和充电插座10的插接提供动力。

实施例5：

参图7所示，本实施例中的充电枪头21与柔性模块23连接，柔性模块23通过连接支撑杆件26安装固定在z轴运动滑台243上，x轴滑台241、y轴滑台242和z轴滑台243即第一动力单元、第二动力单元和第三动力单元，构成作为动力模块的三自由度机器人，驱动充电枪头21进行充电插接动作，而不同车身姿态通过柔性模块23自适应调整。

实施例6：

与实施例5不同之处在于不y轴滑台和z轴滑台，机械臂仅由x轴滑台构成单自由度机械臂，x轴滑台241作为第一驱动单元驱动充电枪头21实现充电插接，但充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

实施例7：

参图8所示，充电枪头21通过柔性模块23安装固定在第二杆件221上，第二杆件221和第二杆件222沿y轴方向可旋转设置安装固定在z向滑台243上，构成x向运动轴(实现充电枪头21沿x向移动)，z向滑台243安装固定在y向滑台242上，滑台242安装固定在基座241上。由第二杆件221、第二杆件222、y向滑台242和z向滑台243构成三自由度机械臂驱动充电枪头21实现充电插接，充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

实施例8：

参图9所示，充电枪头21通过柔性模块23安装固定在第一杆件211上，第一杆件211和第一杆件212沿x轴方向可旋转设置安装固定在z向滑台243上，构成y向运动轴(实现充电枪头21沿y向移动)，z向滑台243安装固定在x向滑台241上。由第一杆件211、第一杆件212、z向滑台243和x向滑台241构成三自由度机械臂驱动充电枪头21实现充电插接，充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

实施例9：

参图10所示，第一杆件211、第一杆件212、第一杆件213均能绕x轴回转并构成运动机械臂实现充电枪头21沿y、z向的移动，各杆件的回转范围为±70°。由x向滑台24、第一杆件211、第一杆件212、第一杆件213构成的三自由度机械臂驱动充电枪头21实现充电插接，充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

实施例10：

参图11所示，第二杆件221、第二杆件222均可作绕y轴回转的运动，实现充电枪头21沿x向的移动。第一杆件211、第一杆件212、第一杆件213均可做绕x轴的回转运动，实现充电枪头21沿y、z向的移动，各杆件的运动范围为±70°。五个构成三自由度机械臂驱动充电枪头21实现充电插接，充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

实施例11：

参图12所示，第二杆件221、第二杆件222、第二杆件223均可作绕y轴回转的运动，实现充电枪头21沿x、z向的移动。第一杆件211、第一杆件212均可做绕x轴的回转运动，实现充电枪头21沿y向的移动，各杆件的运动范围为±70°。五个杆件构成三自由度机械臂驱动充电枪头21实现充电插接，充电插座10与充电枪头21之间的空间位置偏差通过柔性模块23自适应调整。

应当理解的是，杆件机构的杆件数量及安装方式、柔性模块的结构及安装方式、动力模块的结构及安装方式并不限于上述实施例中的描述，凡是通过柔性模块和杆件机构/动力模块实现充电枪头位姿自适应调整的实施方案均属于本发明所保护的范围。

由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

受控状态下杆件能够驱动充电枪头与充电插座进行插接，充电过程中当充电插座位置发生变化时，自由状态下杆件能够进行位姿自适应变化；

柔性模块能够根据外部充电插座的位姿，进行充电枪头位姿的自适应调整；

柔性自动充电装置及自动充电系统保证了充电的可靠性、连续性和稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。