一种基于仿蛇形机械臂的自动充电系统及方法与流程

本发明属于智能交通工具和机器的充电技术领域，涉及新能源汽车、自动导引车(agv)、自动搬运机器人、自动服务机器人、自动工业机器人等充电技术，尤其是基于单个仿蛇形机械臂控制多个充电枪，自动识别充电口选择充电枪并自动将充电枪插入充电口的自动充电系统及方法。

背景技术：

如今新能源汽车技术得到大力发展，各种品牌的新能源汽车产销量大幅度提高，我国新能源汽车的保有量激增。电动汽车的普及，充电技术是一个关键因素。另一方面，市场上自动引导车搬运车、自动搬运机器人等机器产品层出不穷，应用场景越来越广泛，比如自动物流，智慧工厂等，但随之而来的充电问题也越来越多。

首先，市场上绝大多数的充电桩都是由用户手动操作，手动操作的时候由于用户的不熟悉，容易造成误操作，因此带来较多安全隐患，易造成充电装置的损坏甚至发生漏电等严重的问题；其次，现有停车场一个车位对应一个充电桩，充电的效率低下。在智能化交通的发展趋势下，自动停车场是大趋势，因此势必需要提供自动充电装置加以配套；再者，对于自动导引车(agv)、自动搬运机器人、自动服务机器人等机器而言，绝大多数的运行环境复杂，运行的机器数量多，运转耗能大，频繁的充放电过程如果全部由人工操作会带来巨大的人力成本而导致运行效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于仿蛇形机械臂的自动充电系统及方法，克服现有技术中存在的所述缺点，

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的基于仿蛇形机械臂的自动充电系统及方法，主要包括仿蛇形机械臂，充电桩基座、控制系统三个部分。

所述仿蛇形机械臂主要包括仿蛇头关节，仿蛇底座关节与若干节仿蛇躯干关节。仿蛇底座关节固连于充电桩上的旋转机构，能够360度自动旋转，底座关节与仿蛇躯干关节之间相对旋转90度首尾连接，各仿蛇躯干关节之间相对旋转90度首尾连接，仿蛇躯干关节与仿蛇头关节之间相对旋转90度首尾连接。仿蛇头关节设计有一个夹持结构，此结构能够和充电枪准确配合，其凹处布置有一个电磁铁，以保证该结构能稳定抓取充电枪。

所述充电装置(充电桩)具备给一辆或者多辆车充电的功能，配备一个或者多个充电枪。充电枪通过充电电缆与充电装置内部电源相连。充电装置基座可以是固定基座或者移动平台。在充电桩四周布置有车辆检测模块，能够检测是否有待充电机器到来；同时还布置有不同型号的充电口与充电枪(枪口不同，能够适配不同机器，枪柄相同，便于机械臂抓取)，以满足不同的机器充电需求；对于每个充电枪，桩内配有充电电流检测与控制模块，能够控制是否充电以及检测是否充电完成，在对应枪上还安有指示灯显示(亮表示电流减小充电完成)，便于系统识别；在每一个充电装插口内安装有红外感知模块，能够感知充电枪是否已经拔出；在充电桩顶端有一个与仿蛇底座关节相连的旋转机构，能够带动其360度灵活旋转，其上安装有预对位模块(单目摄像头)，能够初步确定充电口方位。

控制系统，主要包括感知模块、主控制模块、执行模块。

感知模块，主要包括车辆检测模块、充电枪检测模块、充电电流检测与控制模块、预对位模块、精确对位模块。

车辆检测模块，为激光雷达，能够检是否有待充电车辆；安装在充电桩插口内的充电枪检测模块，为红外传感器，能够检测充电枪是否拔出；对每个充电枪安有充电电流检测与控制模块，能够控制是否充电以及检测是否充电完成，在对应枪上还安有指示灯显示(亮表示电流减小充电完成)，便于系统识别；安装在旋转机构上的预对位模块，为单目摄像头，能够随着底座360度旋转，找到机器充电口的大致方位，从而实现预对位；安装于仿蛇头关节处的精确对位模块，主要为深度摄像头，能够精确识别充电口的位置，从而使得充电枪能准确插入实现充电。

主控制模块带有一个微型计算机，对感知接受到的信号进行处理与判断，发出相应的控制信号给到执行模块，能够与各个模块之间进行数据交流，然后通过控制各个模块以及机械臂来实现为目标车辆(或其他机器)充电放电功能。

所述的控制系统的执行模块，接收到控制模块的信号后，执行相应操作，以实现控制机械臂抓取充电枪并给机器充电的过程。主要为仿蛇形机械臂的各个关节之间的运动模块。

充电装置主控制模块，可执行如下操作：

1.获取充电装置基座车辆感应模块输出信号，判断是否有待充电车辆；

2.获取充电装置基座充电口预对位模块单目摄像头所识别的充电口方向信息；

3.控制仿蛇形机械臂仿蛇躯干关节和仿蛇头关节的相对转动，结合已知充电桩上充电枪固定位置与精确对位模块深度摄像头信息，使仿蛇头关节夹持结构准确抓取对应的充电枪；

4.根据预对位方向信息(充电口相对蛇形机械臂头部关节的二维坐标)，控制与仿蛇形机械臂底座关节相连的旋转机构绕充电装置转动，同时其他关节旋转，使得仿蛇头关节对准待充电车辆的方向；

5.获取仿蛇头关节的精确对位模块深度摄像头传来的的车辆充电三维精准定位信息，根据所述充电口三维空间位置控制仿蛇形机械臂仿蛇躯干关节和仿蛇头关节的相对转动，以使仿蛇头关节夹持结构抓取的充电枪不断靠近充电口三维空间位置，最终使得充电枪准确插入所述充电口；

6.控制充电装置基座为所述车辆充电。

7.获取充电电流检测模块输入信号，判断充电枪是否充电或者充电完成。

8.根据充电电流检测模块信号，结合预对位模块单目摄像头识别到的充电枪指示灯方位，控制机械臂朝充满电可拔的充电枪方向运动，结合精度定位模块深度摄像头信息，使仿蛇头关节夹持结构准确抓取对应的充电枪并取下，放回相应充电桩上位置。

9.获取充电桩充电插口内红外感应模块信号，判断充电枪是否拔出，结合车辆感应模块给与的到来车辆方位，从而决定取哪个充电枪。

10.存储一定的数据信息，如预对位的信息，充电桩各充电枪原始位置，每个充电枪被插入相关机器后的位置等等。

需要说明的是，所述第9、10项是补充的功能，每个充电过程都会进行的，并非要在第8项后才能执行；因存储的信息对每个流程都有用，如充电枪是否拔出及其位置对第1项有用，预定位信息，在取枪后继续有效等。

充电桩形状可变(圆柱、长方体都可)，主要包括不同型号的充电口，充电枪头(以满足不同充电机器)，相同的充电枪柄(满足机械臂的抓取)等。完整的控制系统主要包括感知模块、主控制模块、执行模块。控制系统的主控制模块配备有微型计算机并且安装在充电桩基座内，

所述的仿蛇形机械臂的仿蛇头关节，安装了精确对位模块，设计了夹持结构。精确对位模块的深度摄像头能够准确识别到充电枪，或待充电机器的充电口的三位空间位置。该夹持结构为适应充电枪柄的内凹结构，能够与充电枪柄准确配合，且内置电磁铁，能够稳固抓取充电枪，确保充电过程的顺利进行。

所述的仿蛇形机械臂的仿蛇底座关节，其固连在充电桩上的旋转机构上，能够随之360度自动旋转，使得机械臂更加灵活。

所述的仿蛇形机械臂的仿蛇躯干关节，采用模块化正交结构，每个关节模块内设有驱动系统和各自的控制模块，关节之间，关节与底座之间都可以相对90度旋转。所述蛇形机械臂的各个关节都包含控制模块、通信模块、角度传感器和伺服电机，各个蛇形机械臂关节通过以太网和主控制模块相连接实时将角度传感器信息发送给主控模块，主控模块通过计算得到位姿矩阵将相应的控制信号发送到各个关节的控制模块，各个关节的控制模块控制伺服电机旋转，并且角度传感器实时更新角度数据。

所述的充电桩，四周布置有车辆检测模块，能够检测是否有待充电机器到来；同时还布置有不同型号的充电口与充电枪(枪口不同，能够适配不同机器，枪柄相同，便于机械臂抓取)，以满足不同的机器充电需求；对于每个充电枪，桩内配有充电电流检测与控制模块，能够控制是否充电以及检测是否充电完成，在对应枪上还安有指示灯显示(亮表示电流减小充电完成)；在每一个充电装插口内安装有红外感知模块，能够感知充电枪是否已经拔出；在充电桩顶端有一个与仿蛇底座关节相连的旋转机构，能够带动其360度灵活旋转，其上安装有预对位模块(单目摄像头)，能够初步确定充电口方位。

所述的控制系统的感知模块，主要包括如下几个部分：第一个是安装在充电桩四周的车辆检测模块，为激光雷达，能够检查是否有待充电车辆；第二个是安装在充电桩插口内的充电枪检测模块，为红外传感器，能够检测充电枪是否拔出；第三个是桩内对每个充电枪安有充电电流检测与控制模块，能够控制是否充电以及检测是否充电完成，在对应枪上还安有指示灯显示(亮表示电流减小充电完成)，便于系统识别；第四个是安装在旋转机构上的预对位模块，为单目摄像头，能够随着底座360度旋转，找到机器充电口的大致方位，从而实现预对位；第五个是安装于仿蛇头关节处的精确对位模块，主要为深度摄像头，能够精确识别充电口的位置，从而实现准确对位充电。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明基于现有蛇形机械臂技术，通过组合多个传感器(各种模块)和带有微型计算机的主控制模块形成一套完整的基于仿蛇形机械臂的自动充电系统，该系统借助蛇形机械臂的高灵活性和自动识别、自动控制系统的准确性，从根本上解决了目前充电桩利用率低下，自动化率低的问题，从而进一步解决电动汽车充电难的问题，在提高充电效率的同时确保了充电系统的可靠、安全。

本发明的系统具有高度集成性，一套系统根据需求可以为多辆车辆自动充电，而不是目前绝大多数充电桩一桩对应一车的模式。该系统基于单个仿蛇形机械臂控制多个充电枪，自动识别机器充电口，并自动将充电枪插入充电口，用户不再需要手动操作，同时满足自动停车场全自动充电的需求。

进一步来说：

1.得益于仿蛇形机械臂的高度灵活性，相比于普通工业机械臂，对于等待充电的车辆停泊位置精度要求相对普通工业机械臂较低，极大的提升了用户的使用舒适度；

2.本系统具备有单套系统给多辆等待充电车辆的功能，极大的提高充电场所空间和时间的利用效率，大大减少了充电场所建设费用；

3.得益于蛇形机械臂的灵活性，本系统的运用不限于电动汽车，对于agv运载机器人、自动搬运机器人等需要充电的机器，在配备相应型号的充电枪后也能够使用本系统自动充电；

4.本系统与自动化停车场的自主泊车系统结合，或和以及自动化物流车间自动导引车的结合后，能够形成完善的全自动化服务体系；全程无人操作，大大降低了维护成本，提升了使用效率；

5.相比于充电口在机械臂内的不足，本发明能够在机械臂出现故障时，使用人力、手动进行拔取充电枪对机器充电，使得在维修期间，该系统仍能够正常运作。

附图说明

图1为本发明充电装置的整体示意图。

其中：1.仿蛇形机械臂；2.仿蛇头关节；3.仿蛇底座关节；4.旋转机构(安装有预对位模块)；5.仿蛇躯干关节；6.精确对位模块与夹持结构；7.充电桩(内置主控制模块)；8.充电电缆；9.充电枪；10.指示灯位置(亮表示电流减小充电完成)；11.充电枪检测模块安装位置；12.预定位模块；13.充电桩内部的充电电流控制和检测模块位置；14.车辆检测模块安装位置。

图2为本发明充电装置的预对位传感器示意图。

21.仿蛇底座关节；22.旋转机构；23.预对位模块(单目摄像头)安装位置。

图3为精确对位传感器示意图。

31.夹持装置(电磁铁)；32.仿蛇头关节；33.精准对位模块(深度摄像头)安装位置(侧面)。

图4为蛇形机械臂模块示意图。

41.仿蛇头关节；42.仿蛇躯干关节；43.仿蛇底座关节；44.底座旋转机构。

图5为充电枪和充电桩插口示意图。

51.充电枪手柄(与仿蛇头关节配合)；52.充电枪定位凸块；53.充电桩插口内充电枪检测模块安装位置；54.充电电流指示灯位置(亮表示电流减小充电完成)。

图6为蛇形机械臂头部夹持结构示意图。

61.充电枪；62.充电电缆；63.精确对位模块安装位置；64.仿蛇头关节；65.表示夹持装置、电磁铁工作时示意。

图7为本发明控制系统流程示意图。

图8为本发明充电过程的优先级流程示意图。

图9为本发明停止充电过程的优先级流程示意图。

图10为本发明各模块之间联系示意图。

图11为本发明整体装置(机械臂抓取充电枪)工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

在以下实施例中，

车辆检测模块：采用激光雷达或其他；

充电枪检测模块：采用红外或其他；

预对位模块：采用单目摄像头或深度摄像头或其他摄像头传感器(主要获得充电口相对蛇形机械臂头部关节的二维坐标)；

精确对位模块：采用深度摄像头或激光雷达等可以其他获得深度信息的传感器(主要获得充电口相对蛇形机械臂头部关节的三维坐标，实现精准定位)；

充电电流控制和检测模块+指示灯：为一个简单的检测电流控制通断的电路图+led灯；

底座旋转机构：使机械臂更加灵活；

头部夹持结构：凹形结构，与充电枪准确配合，电磁铁吸住提高稳定性；

充电枪：枪柄一定，有一凸块能准确配合，枪口可变以适应不同充电机器；

简要来说，控制系统为包括蛇形机械臂的控制在内的各种模块，核心为一个带有一个微型计算机的主控制模块，能够与各个模块之间进行数据交流，然后通过控制各个模块以及机械臂来实现为目标车辆(或其他机器)充电放电功能。

如图1所示，本发明一种基于仿蛇形机械臂的自动充电系统及实现方法，所述系统包括蛇形机械臂1、机械臂底座旋转机构4、车辆检测模块14、充电枪检测模块2、预对位模块6、精确对位模块6、充电枪9、充电桩7、充电电流检测与控制模块13、主控制模块(安装于充电桩7内)等。控制系统中的主控制模块与蛇形机械臂1和机械臂底座旋转机构4、以及各种模块进行通信。通信方式为uart串口通信、iic通信、can总线通信、以太网通信等。作为优选本发明将采用以太网通信，由于本发明所述控制系统模块数量多，数据量大，采用以太网通信有着带宽大通信速度快的特点，可以满足本发明各个模块之间的通信需求。与传统通信方式相比以太网通信可以降低通信电缆的成本和质量，只需要少数线缆再配合相应的通信算法，收发信息相叠加，去掉已知的发送的信息即可实现双全工通信，对于灵活性要求较高的蛇形机械臂此通信方式最为适合。

在检测到有待充电车辆后，通过预对位模块6获得车辆充电口粗略的空间方位，控制蛇形机械臂1的各个关节和机械臂底座旋转机构4运动，抓取最近可用充电枪9靠近车辆充电口，同时打开精确对位模块6对充电口进行精确检测，控制所述蛇形机械臂1将充电枪准确插入充电口后，通过充电电流检测与控制模块13控制充电开始；在充电电流检测与控制模块13检测到充电完成后，通过预对位模6块依据充电枪9上的指示灯(充电完成亮起)给出充电枪9大致方位，同时打开精确对位模块6对充电枪9进行精确检测，控制所述蛇形管机械臂1将充电枪9准确抓取后拔出，根据已知固定位置，放回充电桩7。

图1所示为本发明的充电装置总体结构。其中所述车辆检测模块的安装位置为14，固连在所述充电桩7上，即所述充电桩7和所述车辆检测模块都是固定不动的。所述蛇形机械臂旋转机构4固连于所述充电桩7上的旋转机构4，可以旋转运动，所述预对位模块12固连在所述旋转机构4上，即所述预对位模块12可以跟随机所述旋转机构4转动。所述精确对位模块6与所述蛇形机械臂仿蛇头关节2固连。所述充电枪9插在所述充电桩7上，

图2所示为本发明的预对位模块传感器，所述预对位模块采取的传感器可以为单目摄像头、双目摄像头、激光雷达等。作为优选本发明所述预对位模块采用单目摄像头23，所述单目摄像头23跟随所述旋转机构22旋转，在旋转过程中对拍到的待充电汽车的充电口进行特征提取，特征提取为现有技术，采用图像处理常用的边缘提取方法并且采用卷积神经网络识别充电接口和蛇形机械臂头部关节，找到其各自大致中心点后计算两者相对坐标，即二维坐标。通过给出以蛇形机械臂头部关节为原点，在旋转过程中当充电口处于图像中间时为预对位完成，在此基础和方位下，主控制模块通过接收充电枪检测信号，以及已知固定的充电枪位置，控制机械臂去寻找最近未拔充电枪，向预定位方位移动；若无枪可用，则根据充电电流检测模块以及充电枪上的指示灯(灯亮表示电流变小，已充满)，判断是否有需要取下的枪；预定位模块能够为进一步精确对位以及提取充电枪提供便利，也为实现所述蛇形机械臂完成多车同时充电提供便利。

图3所示为本发明的精确对位模块的传感器结构，采用带有深度信息的工业摄像头33，为避免与机械臂提取的充电枪干涉，所述带有深度信息的工业摄像头33置于所述仿蛇头关节32侧方，在所述机械臂利用夹持装置(电磁铁)31抓取所述充电枪靠近充电口的同时，所述摄像头实时检测充电口的精确空间位置，将位置信息返回给所述主控制模块，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂将所述充电枪准确插入充电口；取枪的过程亦是如此，在预对位模块识别到信号灯以及待拔下的充电枪方位后，精确对位模块实时检测充枪的精确空间位置，将位置信息返回给所述主控制模块，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂将所述充电枪拔下。

图4所示为本发明的蛇形机械臂，所述蛇形机械臂为九节蛇形机械臂，而机械臂的关节数不仅仅限于九节，关节数越多蛇形机械臂越灵活。所述蛇形机械臂由蛇形机械臂仿蛇头关节41、蛇形机械臂仿蛇底座关节21、若干蛇形机械臂仿蛇躯干关节42组成。所述蛇形机械臂仿蛇底座关节21与所述蛇形机械臂旋转机构固连，所述蛇形机械臂仿蛇躯干关节42与所述蛇形机械臂仿蛇底座关节21相连接，每一节蛇形机械臂均与所述蛇形机械臂前一节关节和后一节关节正交相连，以保证所述蛇形机械臂能够在空间内自由运动。

图5所示为本发明的充电枪结构与充电枪检测模块安装示意，所述充电枪，枪柄结构一样，上有一个充电枪定位凸块52用来与机械臂头部夹持结构相配合；充电枪口大小可变以适应不同的待充电机器，所述充电枪上有充电电流指示灯54，灯亮表示电流减小充电完成；在充电桩插口内部安装有充电枪检测模块53，为红外传感器，能够实时检测是否充电枪被拔出。该充电枪枪柄不变，枪口大小可变以适应不同待充电机器。

图6所示为本发明的蛇形机械臂仿蛇头关节夹持结构，所述夹持结构可采用机械爪式抓取、带电磁吸盘式抓取机构，作为优选本发明选取电磁吸盘式抓取机构，相比于机械爪抓取机构所述电磁吸盘抓取机构结构简单，可以简化抓取机构，同时电磁吸盘式抓取机构控制简单，所述主控制模块控制所述电磁铁通电，所述充电枪在吸力的作用下与电磁吸盘相结合，所述主控制模块控制所述电磁吸盘断电，所述充电枪即可与所述蛇形机械臂头部脱离。为保证所述充电枪与所述蛇形机械臂头部的连接稳固，所述蛇形机械臂头部和所述充电枪尾部均设置有导向定位结构(机械臂头部凹形结构与充电枪的凸块)，两部分导向平面相互配合，方便所述蛇形机械臂抓取充电枪。

图7所示为本发明控制系统流程图，所述主控模块会同时执行充电控制以及停止充电的控制。

有待充电车辆或机器靠近时所述主控制模块会执行如下步骤：

首先开启所述预对位模块传感器，单目摄像头，所述单目摄像头以一定频率，例如每秒50帧左右的速率更新采集到的图像，提取充电口的轮廓特征计算其二维平面位置，在所述蛇形机器人旋转机构的旋转同时所述单目摄像头实时更新采集到的特征位置，直到所述充电口特征处于图像中心位置时所述主控制模块控制所述机械臂旋转机构停止转动，此时即为预对位完成状态。

所述主控制模块开始接收充电枪检测模块信号，确定未拔最近充电枪位置(若最近处无充电枪可用，则用稍远处的充电枪，若已无枪可用，则进行等待，直到取下充电完成的充电枪)。

所述主控制模块控制所述蛇形机械臂移动至所述充电枪附近，精准定位后，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂头部的电磁吸盘通电，在吸力的作用下所述蛇形机械臂将所述充电枪抓起。

所述蛇形机械臂提取所述充电枪之后朝着预定位方向移动，同时所述主控制模块开启所述精确对位模块，所述精确对位模块为带有深度信息的摄像头，所述精确对位模块开始对充电口的位置进行精确检测，得到所述充电口的准确空间位置信息并以一定的频率更新信息，所述精确对位模块将得到的位置信息发送给所述主控制模块，所述主控制模块根据位置信息精确控制所述蛇形机械臂将所述充电枪准确插入所述充电口，此时所述精确对位模块继续检测充电器枪与充电口的姿态以判断结合是否完成，并将检测信息发送给所述主控制模块。结合未完成时所述主控制模块将进一步控制所述蛇形机械臂拔下充电枪并重新开始结合过程，结合完成时所述主控制模块记录下对应充电枪的位置信息(为取枪做准备)，并控制所述蛇形机械臂头部的电磁吸盘断电，此时所述蛇形机械臂头部与所述充电枪分离，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂收回并通过充电电流控制模块接通充电电路，所述充电枪开始充电。上述为一次充电过程，此时所述蛇形机械臂回位以等待下一次充电过程或拔枪过程的开始。

有车辆或机器充电完成时所述主控制模块会执行如下步骤：

在充电电流检测模块检测到充电完成(电流变小)后，首先所述主控制模块切断已充满电的待充电车辆或机器的充电枪电路。所述主控制模块开启所述预对位模块传感器，单目摄像头，所述单目摄像头以一定的频率更新采集图像，识别亮灯的充电枪，提取充枪的轮廓特征计算其二维平面位置(这里同时需要结合枪插入时所记录的对应位置，以防止多枪充电完成时亮灯误识别)，在所述蛇形机器人旋转机构的旋转同时所述单目摄像头实时更新采集到的特征位置，直到所述充电口特征处于图像中心位置时所述主控制模块控制所述机械臂旋转机构停止转动，此时即为预对位完成状态。

所述主控制模块开启所述精确对位模块，所述精确对位模块为带有深度信息的摄像头，所述精确对位模块开始对充电枪的位置进行精确检测，得到所述充电枪的准确空间位置信息并以一定的频率更新信息，所述精确对位模块将得到的位置信息发送给所述主控制模块，所述主控制模块根据位置信息精确控制所述蛇形机械臂移动到所述充电枪，移动到位时所述主控制模块控制所述蛇形机械臂头部固连的电磁吸盘通电，在吸力的作用下所述蛇形机械臂将所述充电枪抓起。

此时所述精确对位模块继续检测充电器枪与充电口的姿态以判断所述蛇形机械臂拔下所述充电枪的方向是否合理，并将检测信息发送给所述主控制模块，所述主控制模块不断控制蛇形机械臂的移动以安全拔下充电枪。安全拔下后所述蛇形机械臂移动到所述充电枪放置处，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂头部的电磁吸盘断电，此时所述蛇形机械臂头部与所述充电枪分离，所述主控制模块控制所述蛇形机械臂收回。拔取充电枪完成时所述主控制模块更新对应充电枪的位置以及状态信息，为下一次的提取充电枪过程做准备。上述为一次停止充电拔枪的过程，此时所述蛇形机械臂回位以等待下一次拔枪过程或充电过程的开始。

图7与图8所示为本发明所述充电和停止充电过程的优先级流程示意图，所述主控制模块在一个控制周期内以一定频率循环检测待充电车辆或机器的待充电需求和充电量状态。所述主控制模块检测到待充电车辆或机器的待充电需求或充电量已满的状态时所述主控制模块开始按照上述相应的控制步骤对蛇形机械臂进行控制，完成相应操作。所述主控制模块同时检测到待充电车辆或机器的待充电需求或充电量已满的状态时，将挂起待充电车辆或机器的待充电需求，响应待充电车辆或机器的充电已满状态需求，即所述主控制模块控制蛇形机械臂开始执行上述车辆或机器充电完成拔枪步骤。当上述车辆或机器充电完成拔枪步骤完成时，开始执行待充电车辆或机器的充电步骤。当主控制模块在执行上述两种操作步骤当中的任意一个操作步骤的同时将不会响应其它的需求，即当所述主控制模块正在控制蛇形机械臂时所有步骤均不会被打断，此时所有其他的需求都会被挂起待当前操作完成时继续响应后续需求。

本发明的蛇形机械臂的控制方式，该蛇形机械臂为空间正交蛇形机械臂，每一节蛇形机械臂都内置控制电路、位置传感器模块快以及伺服电机模块，为了减轻蛇形机械臂的质量提高蛇形机械臂的灵活性，蛇形机械臂不再单独设置控制模块，所有蛇形机械臂的关节直接与主控模块进行通信并接受控制，作为优选，本发明蛇形机械臂采取以太网通信，由于各个运动关节都内置控制电路和传感器，由于蛇形机械臂关节数较多，通信数据量大，采用以太网通信可以在尽量降低通信线缆质量要求的情况下实现快速通信。

由于本发明的蛇形机械臂末端与蛇形机械臂旋转机构相连接，在预对位步骤完成之后蛇形机械臂底座不再移动，即蛇形机械臂一端固定，主控制模块只需控制蛇形机械臂头部进行运动，目前已有技术采用角度传感器、惯性导航单元和电流传感器同时检测蛇形机械臂各关节的运动姿态。由于本发明运动简化，无需采用多传感器相结合的方式，只需采用角度传感器即可精确控制蛇形机械臂的空间位姿。同时采用单个角度传感器可以在保证控制准确度的基础上减少姿态检测以及运动控制算法的复杂程度。

图10所示为本发明的车辆检测模块，所述车辆检测模块固连于所述充电桩上并与主控制模块相通信。所述车辆检测模块采用的车辆检测传感器为单线激光雷达、单目摄像头、双目摄像头、毫米波雷达、红外测距传感器或者超声测距传感器等。作为优选本发明选择单线激光雷达，单线激光雷达兼顾成本和检测精度，单线激光雷达价格低于多线激光雷达但是单线激光雷达可以扫描出汽车轮廓信息，主控制模块通过对单线激光雷达的点云计算可以计算出此时扫描得到的物体轮廓，通过轮廓的检测和提取算法将得到的轮廓特征，采用现有空间曲线拟合算法得到轮廓曲线的表达式与预先存储的车辆或者只能充电机器人轮廓信息相比较，得出此时激光雷达所测物体是否为待充电车辆或者待充电智能机器人，如果不是，车辆检测模块将继续扫描物体，如果是则主控制模块得到车辆或智能机器人靠近的信息，进一步处理并准备开始执行充电步骤。

本发明所述蛇形机械臂自动充电系统中充电桩的具体结构不限于示意图所展示结构，对充电桩结构的改变而成的蛇形机械臂自动充电桩均在本发明保护范围内。充电桩结构可以匹配实际已有充电桩并将实际已有的充电桩改造成为蛇形机械臂自动充电系统，所述蛇形机械臂、蛇形机械臂底座旋转机构、预对位模块、精确对位模块、车辆检测模块，充电枪均为独立于充电桩本身设计的模块，模块化的设计对于不同的充电桩有着良好的适应性，同时模块化设计便于对已有停车场和充电桩进行改造，在尽量降低成本的情况下实现对现有充电桩的智能化、自动化升级。同时借助书蛇形机械臂的灵活性，本发明无需对停车场的场地状况以及停车的姿态做出严格要求，进一步增强了本发明对不同场景下应用的适配性和兼容性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。