车辆自动充电设备以及移动充电小车的制作方法

本实用新型涉及充电技术领域，尤其涉及一种车辆自动充电设备和移动充电小车。

背景技术：

随着新能源技术的进步，电动汽车的应用日益普及，但是目前对电动汽车的充电并不是很方便。现有对电动汽车充电的方式为通过车位上的充电桩进行充电，但充电桩的位置是固定的，用户在停车后需要手动将充电枪拔下充电桩，插入电动汽车的充电接口进行充电，操作费时费力。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于减少为车辆充电的人工操作。

本实用新型提供了一种车辆自动充电设备，包括：机械臂，其具有一固定端及一活动端，所述活动端上设置有充电接头；单目视觉识别设备，设置在所述机械臂上；控制器，所述控制器包括运算单元和运动控制单元，其中：所述运算单元可控制所述机械臂运动，以使得所述单目视觉识别设备从第一位置移动至第二位置，以获得车辆的第一图像和第二图像，所述运算单元可根据所述第一图像以及所述第二图像计算所述活动端的目标位置，当所述活动端运动至所述目标位置时，所述充电接头可插入到车辆的充电接口中；所述运动控制单元，所述运动控制单元用于控制所述机械臂运动，以使得所述活动端从当前位置运动至所述目标位置。

可选地，所述运动控制单元控制所述活动端首先从初始位置运动至第一中间位置，再从所述第一中间位置运动至所述目标位置，其中，当所述活动端位于所述第一中间位置时，所述充电接头与所述充电接口位于同一高度，且所述充电接头与水平面的夹角等于所述充电接口与水平面的夹角。

可选地，所述运动控制单元在控制所述活动端运动至所述目标位置之前，先控制所述活动端从所述第一中间位置运动至第二中间位置，当所述活动端位于所述第二中间位置时，所述充电接头正对所述充电接口，且所述第二中间位置与所述目标位置的距离为所述充电接头长度的1～3倍；定义所述活动端从所述初始位置运动至所述第二中间位置的平均运动速度为v1，定义所述活动端从所述第二中间位置运动至所述目标位置的平均运动速度为v2，其中，v2≤0.3*v1。

可选地，所述充电接头上设置有至少一个力传感器，所述力传感器用于采集所述充电接头上的阻力数据，所述力传感器与所述控制器连接。

可选地，所述机械臂上设置有电流检测装置，所述电流检测装置用于检测所述机械臂的关节上的电流，所述电流检测装置与所述控制器连接。

可选地，所述单目视觉识别设备设置在所述活动端的前端。

可选地，所述机械臂具有依次相连的多根连杆，自所述机械臂的所述固定端至活动端，各所述连杆的横截面尺寸依次减小。

可选地，所述机械臂为6自由度机械臂。

本实用新型还可提供了一种移动充电小车，所述移动充电小车包括移动小车以及上述任一种车辆自动充电设备，其中，所述机械臂的所述固定端设置在所述移动小车上。

当用户将车辆停至车位上后，本实用新型提供的车辆自动充电设备和/或移动充电小车可定位车辆的充电接口，并控制机械臂运动以使得充电接头插入到充电接口中，自动为车辆充电，相对于现有技术中人工操作充电枪的方式，可节省用户的时间成本和人力成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的车辆自动充电设备工作状态示意图(俯视图)；

图2为本实用新型实施例提供的控制器结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

参考图1和图2，本实施例提供了一种车辆自动充电设备1，用于为车辆m(例如，电动汽车、混合动力汽车等)进行充电。充电设备1包括机械臂11，机械臂11的一端为固定端111，另一端为活动端112。具体地，机械臂11包括多根连杆113，其中，机械臂11与基座之间、相邻的两根连杆113之间通过关节114相连。通过控制各关节114的位移量(可以是线位移，也可以是角位移)，可控制机械臂11的活动端112相对其固定端111的位置。

本实用新型对“基座”的形式不作限定，基座可以是固定式的，也可以是移动式的。例如，在本实用新型的一个实施例中提供了一种移动充电小车，包括移动小车2和充电设备1，移动小车2用于承载充电设备1，以将充电设备1从一个车位运载到另一个车位，从而可扩大充电设备1的工作范围。即，在该实施例中，“基座”是移动式的小车(即：移动小车2)。具体地，机械臂2的固定端111设置在移动小车2上，进一步地，固定端111与移动小车2通过一个关节114相连。在该实施例中，当移动小车2将充电设备1运载到指定车位后，移动小车2停止移动，剩余工作通过控制机械臂11动作来完成；在其他实施例中，也可以通过移动小车1和机械臂11的协同运动，共同完成充电动作。

可选地，自机械臂11的固定端111至活动端112，各连杆113的横截面尺寸依次减小，即越靠近根部(即固定端111)的连杆，其横截面尺寸越大；越靠近末端(即活动端112)的连杆，其横截面尺寸越小。相较于机械臂11的末端，其根部通常需要承受更大的载荷，将根部连杆113设置为具有较大横截面积，有利于保证机械臂的承载能力；将末端连杆113设置为具有较小的横截面积，有利于减小作用于机械臂11(包括各关节114)上的载荷。

本实施例中，连杆113和关节114的数量均为6个或6个以上(未示出)，即本实施例的机械臂11为6自由度机械臂11，但本实用新型不限于此，在其他实施例中，关节或连杆的数量可少于6个。

进一步地，机械臂11的活动端112上设置有充电接头12。本实施例中，充电接头12设置在活动端112的前端，且充电接头12与活动端112连杆的延伸方向一致。但本实用新型不限于此，在一个实施例中，充电接头12可设置在活动端112的侧面；在另一个实施例中，充电接头12设置在活动端112的前端，但充电接头12的延伸方向与活动端112连杆的延伸方向成一夹角，例如，充电接头12的延伸方向与活动端112垂直。

充电设备1还包括单目视觉识别设备，单目视觉识别设备设置在机械臂11上，通过机械臂11的关节114运动，可带动单目视觉识别设备产生位移。换言之，单目视觉识别设备设置在机械臂11的除固定端111之外的地方。

本实施例中，单目视觉识别设备设置在活动端112的前端，通过该设置，即便当活动端112靠近目标位置p2时，单目视觉识别设备仍具有良好的视角。但本实用新型不限于此，在其他实施例中，单目视觉识别设备也可以设置在机械臂的其他位置。

本实施例中，充电设备1还包括控制器14，控制器14至少包括运算单元141和运动控制单元142。

运算单元141可控制机械臂11运动，以使得单目视觉识别设备从第一位置移动至第二位置，当单目视觉识别设备位于第一位置时，可获得车辆m的第一图像，即，第一图像为从第一位置处拍摄的车辆m的二维图像；当单目视觉识别设备位于第二位置时，可获得车辆m的第二图像，即，第二图像为从第二位置处拍摄的车辆m的二维图像。进一步地，运算单元141可根据第一图像以及第二图像计算活动端112的目标位置p2，具体地，运算单元141可根据从两个不同位置处(分别为第一位置和第二位置)拍摄到的车辆m的二维图像，运算得到车辆m的三维位置信息，从而确定车辆m的充电接口的位置信息，然后再结合充电接口的位置信息、充电接头与活动端112的装配位置关系，最终计算得到活动端112的目标位置p2。本实施例中，车辆m的位置识别设备为单目视觉识别设备，可简化充电设备1的机械结构，降低成本。

本实施例提供的运算单元141，可由现有的运算电路相互连接而成。例如，运算单元141包括驱动电路，该驱动电路用于驱动机械臂11以使得机械臂11带动单目视觉识别设备运动到第一位置和第二位置；运算单元141还包括图像读取电路，图像读取电路与单目视觉识别设备相连，可读取第一图像和第二图像；运算单元141还包括图像运算电路，用于根据第一图像和第二图像计算车辆m的三维位置信息。进一步地，上述电路之间相互连接以传递数据信息。

需要说明的是，本实施例对目标位置p2的定义为：当活动端112运动至目标位置p2时，充电接头12可插入到车辆m的充电接口中，充电设备1可对车辆m正常充电。另外，本实用新型对“第一位置”和“第二位置”的具体位置不作限定，只要两者是不同的位置，且可根据第一图像和第二图像计算车辆m的三维位置信息即可。另外，第一位置可以是单目视觉识别设备的当前位置。

进一步地，运动控制单元142用于控制机械臂11运动，以使得活动端112从当前位置运动至目标位置p2，从而可充电接头12插入到车辆m的充电接口中，以为车辆m充电。例如，运动控制单元142根据目标位置p2的坐标以及机械臂11的结构参数，反解出各关节114所需的位移量(可以是线位移，也可以是角位移)，然后控制各关节114进行相应的位移，以使活动端112运动至目标位置p2。运动控制单元142可以采用现有技术中的芯片，市场上亦有成熟产品，例如：st公司(意法半导体公司)的m3、m4系列mcu，nxp公司的芯片产品等。

综上，当用户将车辆m停至车位上后，本实施例提供的车辆m自动充电设备1可定位车辆m的充电接口，并控制机械臂11运动以使得充电接头12插入到充电接口中，自动为车辆m充电，相对于现有技术中人工操作充电枪的方式，可节省用户的时间成本和人力成本。

进一步地，运动控制单元141控制活动端112首先从初始位置p1运动至第一中间位置p3，再从第一中间位置p3运动至目标位置p2，其中，第一中间位置p3通过以下描述进行定义：当活动端112位于第一中间位置时p3，充电接头12与充电接口位于同一高度，且充电接头12与水平面的夹角等于充电接口与水平面的夹角。换言之，本实施例中，运动控制单元141控制活动端112使其首先在高度方向上就位，然后再完成对地平移。

以下结合机器人(包括机械臂)领域的常用坐标系对上述表述进行说明。在机器人领域中，刚体在三维空间中的位姿信息通过六个坐标进行表示，六个坐标分别为x，y，z，roll，pitch，yaw，其中，x，y，z分别表示沿三个方向的位移(三个方向两两垂直)，roll，pitch，yaw分别表示绕上述三个方向的转角(x与roll对应，y与pitch对应，z与yaw对应)，其中，z向为高度方向。

定义活动端112的初始位置p1的坐标为(x1，y1，z1，roll1，pitch1，yaw1)，定义活动端112的目标位置p2的坐标为(x2，y2，z2，roll2，pitch2，yaw2)。本实施例中，第一中间位置p3的坐标为(x1，y1，z2，roll2，pitch2，yaw1)。

车辆m充电接口的z，roll，pitch坐标主要由车辆m自身结构所决定，而其x，y，yaw坐标主要由车辆m的停靠位置所决定。本实施例中，通过控制机械臂11的运动，使得活动端112首先运动至目标位置p2的z，roll，pitch这三个坐标，然后再运动至目标位置p2，也就是说，活动端112从初始位置p1到目标位置p2的运动不是一次完成，而是分阶段完成。在车辆m结构信息(即车型信息)已知的情况下，该方式可以节省后一阶段的定位难度(只需对三个坐标进行定位)。本实用新型对车型信息的获得方式不作限定，例如，在一些实施例中，车型信息通过用户输入；在另一些实施例中，可先通过充电设备1的视觉识别设备获得车辆图像，再与车辆信息数据库中的车辆数据进行比对，以确定车型信息。

本实施例中，x轴方向平行于车位的宽度方向(图示w向)，y轴平行于车位的长度方向(图示l向)，但本实用新型不限于此，在其他实施例中，x也可以垂直于车位的宽度方向，或者与车位的宽度方向成一锐角。

进一步地，运动控制单元142在控制活动端112运动至目标位置p2之前，先控制活动端112运动至第二中间位置p4，当活动端112位于第二中间位置p4时，充电接头12正对充电接口，且第二中间位置p4与目标位置p2的距离为充电接头12长度的1～3倍。定义活动端112从所述初始位置p1运动至第二中间位置p4的平均运动速度为v1，定义活动端112从第二中间位置p4运动至目标位置p2的平均运动速度为v2，其中，v2≤0.3*v1。即本实施例中，当充电接头12临近就位位置时，尤其是当充电接头12已经部分插入到充电接口中时，控制器14控制活动端112具有较低的运动速度，以便于当充电接头12的位置出现偏差时或机械臂11遇到障碍物时能够进行及时位置调整或紧停。本实施例中，第二中间位置p4位于第一中间位置p3和目标位置p2之间。

为便于描述，将“活动端112从第二中间位置p4运动至目标位置p2的过程”定义为接插过程。本实用新型对接插过程中充电接头12位置偏差的检测手段不作限定。例如：

在一个实施例中，车辆m的充电接口周围设置有标识信息(例如，gb/t20324中规定的标识信息，或者分布于充电接口周围的连接螺栓，等)，单目图像识别装置可获得该标识信息的实时图像，运算单元141通过对比该实时图像与标准图像，可判断充电接头12的位置是否出现偏差。

在另一个实施例中，充电接头12上设置有至少一个力传感器，力传感器与控制器14相连，力传感器用于采集充电接头12上的阻力数据，运算单元141对该阻力数据进行判断，当该阻力数据大于正常值时，即判定充电接头12出现了位置偏差。另外，在接插过程以外的过程中(例如，活动端112从初始位置p1移动至第二中间位置p4的过程中)，该力传感器还可用于防撞检测。与上述过程类似，当运算单元141判断力传感器测到的阻力数据大于正常范围时，可判定充电接头12碰到了障碍物，此时，运动控制单元142控制机械臂11停止运动，或控制机械臂11改变运动方向，以规避障碍物。

在又一个实施例中，机械臂11上设置有电流检测装置，电流检测装置用于检测关节电流(即用于驱动关节114运动的驱动电流)的数值。电流检测装置与控制器14相连，在接插过程中，运算单元141对检测装置检测到的电流值进行判断，如果该电流值大于正常值，则判断充电接头12的位置出现了偏差。另外，在接插过程以外的过程中(例如，活动端112从初始位置p1移动至第二中间位置p4的过程中)，该电流检测装置还可用于防撞检测。与上述过程类似，当运算单元141判断电流检测装置检测到的电流值大于正常范围时，可判定充电接头12或机械臂11碰到了障碍物，此时，运动控制单元142控制机械臂11停止运动，或控制机械臂11改变运动方向，以规避障碍物。

综上所述，本实用新型提供的上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。