一种扩展式充电连接机器人、充电桩及充电方法与流程

本申请涉及电动汽车充电领域，特别涉及一种扩展式充电连接机器人、充电桩及充电方法。

背景技术：

随着电动汽车的普及，电动汽车的充电问题日益凸显。通常电动汽车的充电机构为固定位置的充电桩以及固定充电停车位组合。但是在建设及使用过程中会遇到如下常见问题：

1、停车位和充电桩一对一设置，一个充电桩只能应对一辆电动汽车充电，哪怕是快充，现阶段充电时长也比加油的时间长很多，往往造成充电桩和停车位的长时间占用，规模建设经济性较差，建设成本高。

2、充电桩设置在对应车位的旁边，在目前共用混合式停车场中，无法避免燃油汽车占用充电停车位，而一旦充电停车位被占用，该充电桩则无法为其他停车位的电动汽车充电，导致使用效率低或者充电桩闲置成本增加。

3、不同的电动汽车充电接口的布置位置、高度皆有不同，例如车头充电口、翼子板充电口、侧围充电口等，很难实现自动化的充电连接。

此外，随着电动汽车的数量增多，旧停车场改建为混合停车场成本较高，大量改建充电桩布置还容易受空间布置。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种扩展式充电连接机器人、充电桩及充电方法，以解决相关技术中充电桩和停车位若距离较远则无法为车辆充电的问题，提高充电桩使用率。

第一方面，提供了一种扩展式充电连接机器人，包括：

机器人主体，其内部设有为机器人供电的电池，还设有处理机器人自身信号、外部信号的信号处理装置；

运动装置，设置于机器人主体底部，用于带动机器人主体移动；

电缆布置装置，设置于机器人主体顶部，内部设有可伸缩设置的电缆；

导向装置，设置于电缆布置装置上方和机器人主体侧壁，用于路径识别；

充电装置，具有两组，分别用于电性连接充电桩接线口和车辆充电口，每组充电装置包括一个连接于所述电缆的充电接驳头、设置于机器人主体侧壁的滑轨、以及滑动设置于滑轨的连杆机构；所述连杆机构用于带动充电接驳头对接至充电桩接线口和车辆充电口。

一些实施例中，所述机器人主体内还设置有驱动装置，驱动装置分别连接电池和信号处理装置，用于驱动电缆布置装置、运动装置及充电装置的连杆机构。

一些实施例中，所述运动装置包括：

机器人主体底盘，设置于机器人主体底端；

转向轮，设置于底盘下端，用于带动机器人主体转向；

运动轮，至少一对，设置于底盘下端，用于带动机器人主体移动。

一些实施例中，所述电缆布置装置包括：

卷收器底盘，设置于机器人主体顶端；

卷收器，设置于卷收器底盘上，用于盘绕所述电缆，且电缆相对于电缆布置装置可伸缩设置；所述两组充电装置的充电接驳头通过电缆串联，且充电接驳头位于电缆布置装置外；

电缆保护壳，扣设在所述卷收器底盘上。

一些实施例中，每组所述充电装置的滑轨竖直设置于机器人主体侧壁，所述连杆机构包括滑动设置于滑轨的滑块，还包括首尾依次相连的固定杆、伸缩杆和导向杆；

所述固定杆和伸缩杆相接处共同固定连接在所述滑块上，固定杆的和导向杆通过一个转轴连接，导向杆和伸缩杆共同连接至一个联动锁止环，所述联动锁止环内穿过电缆，且电缆未被拉出时，联动锁止环接触充电接驳头；所述固定杆相对于导向杆转动的方向，与伸缩杆伸缩的方向位于同一平面。

一些实施例中，所述导向装置包括：

基座，其设置在电缆布置装置顶部；

激光雷达及摄像头，在基座顶部环绕设置；

毫米波雷达，分为两组，每组设置在机器人主体两条滑轨之间，且每组毫米波雷达等间距设置。

一些实施例中，所述充电接驳头包括充电接口、激光定位结构和电磁耦合吸附结构，所述激光定位结构用于确定充电桩接线口和车辆充电口，电磁耦合吸附结构用于将充电接口吸附在充电桩接线口或车辆充电口。

一些实施例中，所述充电装置的两个充电接驳头结构相同，且不同机器人的充电接驳头可扩展连接，所述电缆可发光。

第二方面，提供了一种充电桩，设置于停车场，用于为电动汽车提供电源，所述充电桩包括至少一个充电桩接线口，所述充电桩接线口与上述任一扩展式充电连接机器人的充电接驳头匹配对接。

第三方面，提供了一种基于上述扩展式充电连接机器人的充电方法，包括：

机器人主体的信号处理装置接收车辆充电信号，在导向装置的路径识别引导下，通过运动装置移动到车辆和充电桩中一个的旁边；

充电装置的连杆机构沿滑轨升降到对应高度，并带动充电接驳头对接至车辆充电口或者充电桩接线口，同时电缆由电缆布置装置中伸出；

机器人再次通过运动装置移动到车辆和充电桩中另一个旁边；

充电装置的连杆机构沿滑轨升降到对应高度，并带动另一个充电接驳头对接至车辆充电口或者充电桩接线口，同时电缆由电缆布置装置中伸出，车辆进行充电；

当充电结束后，机器人先断开与其临近的充电接驳头，与该充电接驳头连接的电缆收缩；机器人再行驶至远离其的充电接驳头一端，断开该充电接驳头，同时电缆缩回。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种扩展式充电连接机器人，由于具有运动装置和导航装置可以在停车场内自由移动，并且电缆布置装置可伸缩安装有电缆，通过连杆机构带动两个充电接驳头，分别电性连接充电桩接线口和车辆充电口，因此电动汽车停车位不必与充电桩一一对应设置，依旧可以实现车辆充电。即使充电桩附近的停车位被占用，依旧可以为其他停车位上的车辆充电，提高充电桩使用率，降低充电桩的闲置成本。

本申请实施例还提供了一种充电桩，可以与上述扩展式充电机器人匹配设置，充电桩具有与机器人的充电接驳头匹配对接的至少一个充电桩接线口，当充电桩接线口多于一个时，可以实现一个充电桩对应多个机器人，即实现同时为多台车辆进行充电，进一步提高充电桩使用率。同时，对于现有停车场，只需要增加部分充电桩即可改为混合式停车场，改造成本低，便于大型推广。

本申请实施例还提供了一种充电方法，基于上述充电连接机器人，导向装置可以实现路径识别，该充电方法可以实现停车位与充电桩具有一段距离的车辆充电，并且无论电动汽车充电接口的布置位置、高度如何，机器人的充电装置可以实现充电接驳头的自动对接，实现自动化充电连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例扩展式充电连接机器人的示意图；

图2为图1中电缆布置装置内部结构示意图；

图3为本申请实施例扩展式充电连接机器人剖面结构示意图；

图4为本申请实施例中导轨和滑块配合的剖面示意图；

图5为本申请实施例中充电装置的结构示意图。

附图标记：

1、机器人主体；

2、运动装置；21、机器人主体底盘；22、转向轮；23、运动轮；

3、电缆布置装置；31、电缆；32、卷收器底盘；33、卷收器；34、电缆保护壳；

4、导向装置；40、基座；41、激光雷达及摄像头；42、毫米波雷达；

5、充电装置；51、充电接驳头；511、充电接口；52、滑轨；53、连杆机构；531、滑块；532、固定杆；533、伸缩杆；534、导向杆；535、转轴；536、联动锁止环。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种扩展式充电连接机器人，其能解决停车位和充电桩没有一一对应情境下、以及充电桩对应的停车位被占情境下，连接充电桩和电动汽车，为车辆充电，提高充电桩使用率，降低充电桩的闲置成本。

如图1所示，提供一种上述机器人的实施例，机器人包括机器人主体1，机器人主体1底部安装有带动其移动的运动装置2，机器人主体1的顶部设置有电缆布置装置3，电缆布置装置3内部具有可伸缩设置的电缆31。电缆布置装置3的上方和机器人主体1的侧壁设有导向装置4，导向装置4用于进行路径识别，还可以识别障碍物和距离。

如图1和图5所示，机器人主体1还安装有两组充电装置5，在机器人主体1主体内部通过电缆31串联，每组充电装置5都包括一个直接连接电缆31的充电接驳头51，一组充电装置5的充电接驳头51用来电性连接充电桩接线口，另一组充电装置5的充电接驳头51用来电性连接车辆充电口，以实现车辆在充电桩充电。每组充电装置5还包括设置于机器人主体1侧壁的滑轨52、以及滑动设置于滑轨52的连杆机构53。具体的，连杆机构53用来带动充电接驳头51对接至充电桩接线口和车辆充电口，且充电接驳头51对接后，随着机器人主体1移动，电缆31由电缆布置装置3内伸出；当充电接驳头51对接断开后，电缆31收缩至电缆布置装置3。

如图1和图5所示，优选的，机器人主体1为圆柱体，每组充电装置5的滑轨52竖直设置于机器人主体1侧壁，且两组充电装置5的滑轨52分别设置在径向平面上。上述连杆机构53包括滑动设置于滑轨52的滑块531，还包括首尾依次相连的固定杆532、伸缩杆533和导向杆534。固定杆532和伸缩杆533相接处共同固定连接在滑块531上，固定杆532的和导向杆534通过一个转轴535连接，导向杆534和伸缩杆533共同连接一个联动锁止环536，电缆31从联动锁止环536中穿过，并且充电接驳头51挡止在联动锁止环536侧部，当电缆31处于初始状态，没有被拉出电缆布置装置3时，充电接驳头51与联动锁止环536接触。进一步的，充电接驳头51与联动锁止环536接触时，可以被联动锁止环536锁死，当充电接驳头51接驳到充电桩接线口和车辆充电口时，联动锁止环536断开与充电接驳头51的连接，电缆31可以从联动锁止环536中穿过，因此机器人移动的距离不会受到连杆机构53的长度限制。

并且，固定杆532相对于导向杆534转动的方向，与伸缩杆533伸缩的方向位于同一平面。本实施例中，该平面与机器人主体1的径向切面位于共面。上述连杆机构53可以通过滑块531沿滑轨纵向垂直移动，还可以通过伸缩杆533的伸缩，带动导向杆534向前或向后倾斜，调整充电接驳头51到充电桩接线口或车辆充电口之间的水平距离。

如图4所示，优选的，滑轨52为一个截面具有开口的半包围结构，滑块531的截面呈工字型，滑轨52的开口恰好位于滑块531工字型截面的腰部，因此滑块531可以沿滑轨52方向移动，并且工字型的两边还可以防止滑块531从滑轨52上脱出。在其他实施例中，滑轨52和滑块531还可以是其他的结构，只要彼此之间可以相互配合，并能够实现滑动连接即可，本申请中对此不做额外限制。

机器人主体1内部设有电池、信号处理装置和驱动装置(图未示)，电池为机器人主体1上所有需要电能的装置供电，信号处理装置用来提供机器人主体1自身装置之间的信号交互，还用来提供机器人与外部信号的信号交互。驱动装置分别连接电池和信号处理装置，用来驱动电缆布置装置3伸出和缩回电缆31，驱动运动装置移动，以及驱动连杆机构53带动充电接驳头51移动及对接。

如图1和图3所示，在一种实施例中，运动装置2包括设置于机器人主体1底端的机器人主体底盘21，还包括一个转向轮22和两个运动轮23，两个运动轮23分别设置在一个转轴的两端，转向轮22与两个运动轮23呈等腰三角形分布，转向轮22位于等腰三角形的顶点。机器人主体底盘21内具有容纳空间，转向轮22部分位于该容纳空间内，两个运动轮23分别邻近机器人主体底盘21外壁设置。机器人通过转向轮22实现不同方向的转动，两个运动轮23同轴转动，实现机器人的前进和后退，运动装置2可以确保机器人在不同方向上的行驶。

如图1、图2和图3所示，上述电缆布置装置3包括设置在机器人主体1顶部的卷收器底盘32，卷收器底盘32上设有卷收器33，卷收器33用来盘绕电缆31，卷收器底盘32上还扣设有电缆保护壳34，盘绕电缆31后的卷收器33被收容在电缆保护壳34和卷收器底盘32形成的空间内。通过卷收器33的转动，电缆31相对于电缆布置装置可伸缩设置，电缆31端部连接充电接驳头51，两组充电装置5的充电接驳头51均位于电缆布置装置3外。若充电接驳头51被拉动，则电缆31随之被拉出电缆布置装置3外。

如图1和图3所示，导向装置4包括一个设置在电缆布置装置3上方的基座40，基座40由机器人主体1向上伸出，穿过电缆布置装置3的卷收器33。一组激光雷达及摄像头41，环形布置在基座40顶部四周。多个毫米波雷达42，被分成两组，每组设置在机器人主体1侧壁，且位于两条滑轨52之间。优选的，有6个毫米波雷达42，3个为一组，等间距设置，且每组中第一个毫米波雷达42和最后一个毫米波雷达42之间的角度为120°；这样设置的好处是，既能够避免识别死角，又可以避免和滑轨52之间的干扰，达到识别更加精准的识别效果。

如图1和图5所示，充电接驳头51包括充电接口511、激光定位结构(图未示)和电磁耦合吸附结构(图未示)。激光定位结构通过激光定位的方式，确定充电桩接线口和车辆充电口的具体位置，确保充电接驳头51在对接前能够与充电桩接线口或车辆充电口位置对准。电磁耦合吸附结构用于在充电接驳头51与充电桩接线口或车辆充电口接触后，将充电接口511通过电磁耦合吸附在充电桩接线口或车辆充电口。并且能够在断电后，电磁耦合吸附结构可以让充电接口511与充电桩接线口或车辆充电口断开。

通过上述扩展式充电连接机器人，可以实现在停车场内将需要充电的车辆连接至充电桩，无需移动车辆，也无需充电桩设置在车辆所停车位旁边。基于上述机器人，无论是新建停车场，还是在原停车场进行改建形成混合式停车场，都可以降低成本，提高充电桩和对应车位的利用率。

优选的，由于通过电磁耦合吸附结构实现充电接驳头51的接驳，那么机器人的两个充电接驳头51可以设置为相同结构，当一个机器人的电缆31不长时，可以实现多个机器人的级联，通过多个机器人的可扩展性连接，延长电缆31的最大接驳长度，提升充电桩的充电覆盖范围。当待充电车辆和充电桩之间的距离较远，可以通过多个机器人级联的方式进行充电。

优选的，机器人的电缆31可以设置为发光电缆，通过机器人主体1内的电池实现供电，并且不同机器人的电缆31颜色可以不同，在夜晚充电车辆少时，闲置机器人可以通过不同颜色的发光电缆，摆出不同的造型，同时机器人的外表面的空余部分，也可以设置不同图形的灯带，丰富外观及造型，提高机器人的可观赏性。

基于上述实施例，本申请提出一种充电桩的实施例，该充电桩设置于停车场，用于为电动汽车提供电源，该充电桩包括至少一个充电桩接线口，充电桩接线口与上述实施例中扩展式充电连接机器人的充电接驳头51匹配，用来和充电接驳头51对接。当充电桩具有多个接口时，可以通过不同的机器人，同时为多台车辆充电，提高充电效率。并且多个充电口无需考虑竖直方向的高低位置，设计更加灵活，也方便对于现有单接口的充电桩进行改制匹配。

基于上述扩展式充电连接机器人，还提供一种充电方法的实施例，包括步骤：

机器人主体1的信号处理装置接收车辆充电信号，在导向装置4的路径识别引导下，通过运动装置2移动到车辆和充电桩中一个的旁边。具体的，车辆充电信号可以在机器人主体1使用之前进行预先设定，可以设定为由停车场发送，也可以设定为驾驶员通过其他设备发送，在此不做过多限制。机器人主体1一边行驶以便进行路径识别，导向装置4一旦发现行驶路径发生障碍，可以即使重新计算并规划路径，该路径可以结合停车场的地图进行规划。

机器人移动到指定地点后，充电装置5的连杆机构53中，滑块531沿滑轨52升降到对应高度，并带动充电接驳头51对接至车辆充电口或者充电桩接线口，实现充电接驳头51的对接，并在对接成功后断开联动锁止环536与充电接驳头51的连接。

机器人再次通过运动装置2移动到车辆和充电桩中的另一个旁边，并且在移动的过程中，由于充电接驳头51被对接固定，电缆31从电缆布置装置3中被拉出。

充电装置5的连杆机构53沿滑轨52升降到对应高度，并带动另一个充电接驳头51对接至车辆充电口或者充电桩接线口，并在对接成功后断开联动锁止环536与充电接驳头51的连接。此时车辆开始进行充电。

当充电结束后，机器人先断开与其邻近的充电接驳头51，与该充电接驳头51连接的电缆31在卷收器33的带动下收缩进电缆布置装置3。机器人再行驶至远离其的充电接驳头51一端，断开该充电接驳头，同时电缆31在卷收器33的带动下收缩进电缆布置装置3。

当停车场有确认待充电车辆位置的布置时，可以采用机器人先与充电桩接驳，再寻找对应位置待充电车辆的方式进行充电。此时，机器人收到车辆需要充电的信息，通过导向装置4和运动装置2移动到充电桩附近，随后充电接驳头51在连杆机构53的带动下，与充电桩接线口完成有效接驳。然后，机器人通过导向装置4和运动装置2移动到待充电车辆附近，移动的同时，已被接驳的充电接驳头51一端的电缆31从电缆布置装置3内逐步拉出。机器人通过导向装置4找到待充电车辆充电口，采用上述同样的方式，充电接驳头51在连杆机构53的带动下，与待充电车辆充电口接驳成功。充电完成后，机器人与待充电车辆充电口接驳的充电接驳头51先断开连接，并通过电缆布置装置3实现电缆31的卷收。随后机器人移动返回充电桩附近，与充电桩接线口断开连接。或者，机器人移动到下一辆待充电的车辆旁边，可以连接下一个待充电车辆，此种情况下，在机器人与充电桩连接时，如果还有待充电车辆，可以不必断开与充电桩的连接，提升充电效率，节省机器人的移动时间。

当待充电车辆位置已知时，机器人也可以选择先与待充电车辆接驳，就近选择闲置充电桩的方式进行车辆充电。充电桩的布置可以预先通过联网告知机器人。此方式适用于无停车信息识别能力的停车场，充电连接方式与上一段情景相反。机器人收到车辆需要充电的信息，通过导向装置4和运动装置2移动到待充电车辆附近，充电接驳头51在连杆机构53的带动下，车辆充电口接驳成功。随后通过机器人内部的信号处理装置接收就近的闲置充电桩信息，找到最近的闲置充电桩，通过导向装置4和运动装置2移动到充电桩附近。移动的同时，已被接驳的充电接驳头51一端的电缆31从电缆布置装置3内逐步拉出。充电完成后，先完成机器人与充电桩断连，再完成机器人与车辆断链。

通过上述实施例的机器人，可以配合单接口或者多接口的充电装使用，通过主动移动和可伸缩的电缆31来连接充电桩和待充电车辆，并且连接方式多样，可以适应不同的停车场场景，对于已有停车场的适应性较高。实现拓展固定充电桩同时提高可充电车辆的数量，还可以扩大充电桩可覆盖的车辆停泊位面积。克服充电桩和充电位一对一布置的位置限制，以及充电停车位被占位的限制，提升充电桩的设备使用效率，进而提升整个停车场的停车充电效率。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。