1.本发明涉及一种用于控制充电基础设施的方法，该充电基础设施包括用于对具有车辆侧充电接口的车辆进行充电的充电站，以及承载用于与车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口的机器人。
2.此外，本发明涉及一种充电基础设施，该充电基础设施包括用于对具有车辆侧充电接口的车辆进行充电的充电站，以及承载用于与车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口的机器人。
背景技术：
3.电动车辆必须通过将它们与电池充电器连接来频繁充电。近年来，已经例如通过实施快速移动并且精确的机器人来尝试自动建立连接，该机器人编程为将机器人侧充电接口带入车辆侧接口中。然而，这种复杂的轴孔装配(peg-in-hole)任务要求对每个充电基础设施进行高精度并且因此昂贵的机器人实施方式，其中机器人可能仍然不适合用于安全处理异常情况，如车辆侧充电接口位置的偏差或与机器人侧接口与车辆侧接口之间的物体的意外物理接触。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种可安全地处理如上所述的异常情况的具有机器人的充电基础设施以及控制该充电基础设施的方法。
5.根据第一方面，本发明提供了一种用于控制充电基础设施的方法，该充电基础设施包括用于对具有车辆侧充电接口的车辆进行充电的充电站，其中该充电站包括承载用于与车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口的机器人，其中机器人包括主基部、用于使机器人侧充电接口以至少三个自由度相对于主基部移动的主基部与机器人侧充电接口之间的位移机构，其中位移机构包括至少一个致动器，该致动器配置成用于在致动器受致动时在位移行程上施加主基部与机器人侧充电接口之间的位移，其中机器人包括顺应性组件，该顺应性组件在主基部与机器人侧充电接口之间布置成与致动器运动学地串联，其中顺应性组件构造成用于通过在顺应性行程上弹性地吸收或释放在基部框架与机器人侧充电接口之间的位移来提供顺应性，其中该方法按顺序包括：定位阶段，其中机器人侧充电接口从在其中车辆可进入或离开充电站的缩回位置移动到在其中机器人侧充电接口在车辆侧充电接口前面并且优选与车辆侧充电接口对准的初始连接位置；连接阶段，其中机器人侧充电接口从初始连接位置与车辆侧充电接口建立充电连接；充电阶段，其中车辆由通过机器人侧充电接口的充电电流充电；以及断开阶段，其中机器人侧充电接口脱离车辆侧充电接口并且朝向缩回位置缩回，其中在定位阶段中，根据定位指令对致动器供电，监测顺应性，将顺应性值与定位干预值进行比较，并且当顺应性值超过定位干预值时改变定位指令，并且其中在连接阶段中，根据连接指令对致动器供电，监测顺应性，将顺应性值与连接干预值进行比较，并且当顺应性值超过连接干预值时改变连接指令，其中定位干预值不
同于连接干预值。
6.根据本发明的充电基础设施包括机器人，其具有用以移动机器人侧充电接口的致动器，以及与致动器运动学地串联以吸收致动器移动的一部分的顺应性组件。顺应性可在仍对致动器供电的情况下快速吸收机器人侧接口与意外物体的碰撞，这给予控制系统时间来作出响应，并且顺应性可用于通过对机器人不准确度的被动补偿而允许机器人侧充电接口与车辆侧充电接口建立正确的充电连接。在定位阶段期间，将顺应性值与定位干预值进行比较，并且在连接阶段期间，将顺应性值与不同于定位干预值的连接干预值进行比较。因此，在定位阶段期间，机器人可能对任何意外碰撞高度敏感，而在连接阶段期间，当存在有意的物理接触时，可能允许更高的值，例如以便克服伴随连接建立而发生的机器人侧充电接口与车辆侧充电接口之间的摩擦，但防止通过夹紧引起的损坏。这可提供可在公共区域安全操作的机器人。
7.在实施例中，定位干预值小于连接干预值。
8.在实际实施例中，定位干预值小于连接干预值的50%。
9.在优选的实际实施例中，定位干预值小于连接干预值的25%。
10.在实施例中，当顺应性值超过定位干预值时，改变定位指令以停止致动器的致动，由此由机器人侧充电接口施加的压缩力保持限制为由顺应性组件吸收的量。
11.在实施例中，当顺应性值超过定位干预值时，定位指令中止，并且根据缩回指令对致动器供电以将机器人侧充电接口朝向缩回位置缩回。
12.在实施例中，当顺应性值超过连接干预值时，改变连接指令以停止致动器的致动，由此允许由机器人侧充电接口施加一定量的压缩力，以克服伴随连接建立而发生的机器人侧充电接口与车辆侧充电接口之间的摩擦，但防止通过夹紧引起的损坏，在顺应性值超过连接干预值时可能出现这种情况。
13.在实施例中，当顺应性值超过连接干预值时，连接指令中止，并且根据缩回指令对致动器供电以将机器人侧充电接口朝向缩回位置缩回或缩回到初始连接位置。
14.在实施例中，在充电阶段中，根据充电指令对致动器供电并且监测顺应性，其中充电指令限定顺应性值被带到第一充电干预值与较低的第二充电干预值之间。具体而言，在充电阶段中，在充电阶段开始时根据充电指令对致动器供电，并且当顺应性值在第一充电干预值与较低的第二充电干预值之间时，致动器优选在充电阶段的剩余部分内处于空闲。然后，将顺应性组件平衡到第一充电干预值与第二充电干预值之间的顺应性值。车辆侧充电接口的意外移动可由机器人侧充电接口被动地跟随，而不会违反干预值。例如，此类意外移动可能是由人从车辆中踏出而引起的。
15.在其实施例中，在顺应性值超过第一充电干预值或低于第二充电干预值时，根据充电指令对致动器供电，以将顺应性值带到第一充电干预值与第二充电干预值之间，由此充电可以安全方式继续进行。
16.在实施例中，在定位阶段中、在连接阶段中和在充电阶段中，可根据干预指令对致动器供电，并且监测顺应性值，其中将顺应性值与警告干预值进行比较，其中当超过警告干预值时，启动干预指令，该干预指令选自包括以下的组：-中断通过机器人侧充电接口的充电电流；-触发声音警报；-触发视觉警报；-将警报状态传达给车辆或更高级别的管理系统；-触发机械突破释放；以及-从车辆侧充电接口缩回机器人侧充电接口。
17.在实施例中，在定位阶段中，警告干预值高于定位干预值；在连接阶段中，警告干预值高于连接干预值；和/或在充电阶段中，警告干预值高于第一充电干预值或低于第二充电干预值，或警告干预值具有高于第一充电干预值的第一警告干预值，以及低于第二充电干预值的第二警告干预值。
18.在实施例中，定位阶段包括以下步骤：确定车辆侧充电接口的位置，以及通过将累积系统不准确度添加到车辆侧充电接口的所确定位置或将累积系统不准确度从车辆侧充电接口的所确定位置减去来确定初始连接位置。值得注意的是，发明人已发现，当机器人侧充电接口处于或接近初始连接位置时，当机器人侧充电接口与车辆侧充电接口之间没有物理接触时是有利的。因此，可防止发生由于机器人侧充电接口移动到初始连接位置而对车辆造成的损坏。
19.根据第二方面，本发明提供了一种用于控制充电基础设施的方法，该充电基础设施包括用于对具有车辆侧充电接口的车辆进行充电的充电站，其中该充电站包括承载用于与车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口的机器人，其中机器人包括主基部、用于使机器人侧充电接口以至少三个自由度相对于主基部移动的主基部与机器人侧充电接口之间的位移机构，其中位移机构包括至少一个致动器，该致动器配置成用于在致动器受致动时在位移行程上施加主基部与机器人侧充电接口之间的位移，其中机器人包括顺应性组件，该顺应性组件在主基部与机器人侧充电接口之间布置成与致动器运动学地串联，其中顺应性组件构造成用于通过在顺应性行程上弹性地吸收或释放在基部框架与机器人侧充电接口之间的位移来提供顺应性，其中该方法按顺序包括：定位阶段，其中机器人侧充电接口从在其中车辆可进入或离开充电站的缩回位置移动到在其中机器人侧充电接口在车辆侧充电接口前面并且优选与车辆侧充电接口对准的初始连接位置；连接阶段，其中机器人侧充电接口从初始连接位置与车辆侧充电接口建立充电连接；充电阶段，其中车辆由通过机器人侧充电接口的充电电流充电；以及断开阶段，其中机器人侧充电接口脱离车辆侧充电接口并且朝向缩回位置缩回，其中在充电阶段中，根据充电指令对致动器供电并且监测顺应性，其中充电指令限定顺应性值被带到第一充电干预值与较低的第二充电干预值之间。
20.在其实施例中，在充电阶段中，在充电阶段开始时根据充电指令对致动器供电，并且当顺应性值在第一充电干预值与较低的第二充电干预值之间时，致动器优选在充电阶段的剩余部分内处于空闲。
21.在其另一个实施例中，在顺应性值超过第一充电干预值或低于第二充电干预值时，根据充电指令对致动器供电，以将顺应性值带到第一充电干预值与第二充电干预值之间。
22.在实施例中，在定位阶段中、在连接阶段中和在充电阶段中，可根据干预指令对致动器供电，并且监测顺应性值，其中将顺应性值与警告干预值进行比较，其中当超过警告干预值时，启动干预指令，该干预指令选自包括以下的组：-中断通过机器人侧充电接口的充电电流；-触发声音警报；-触发视觉警报；-将警报状态传达给车辆或更高级别的管理系统；-触发机械突破释放；以及-从车辆侧充电接口缩回机器人侧充电接口。
23.在实施例中，在定位阶段中，警告干预值高于定位干预值；在连接阶段中，警告干预值高于连接干预值；和/或在充电阶段中，警告干预值高于第一充电干预值或低于第二充电干预值，或警告干预值具有高于第一充电干预值的第一警告干预值，以及低于第二充电干预值的第二警告干预值。
24.根据第三方面，本发明提供了一种充电基础设施，该充电基础设施包括用于对具有车辆侧充电接口的车辆进行充电的充电站，其中该充电站包括承载用于与车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口的机器人，其中机器人包括主基部、用于使机器人侧充电接口以至少三个自由度相对于主基部移动的主基部与机器人侧充电接口之间的位移机构，其中位移机构包括至少一个致动器，该致动器配置成用于在致动器受致动时在位移行程上施加主基部与机器人侧充电接口之间的位移，其中机器人包括顺应性组件，该顺应性组件在主基部与机器人侧充电接口之间布置成与致动器运动学地串联，其中顺应性组件构造成用于通过在顺应性行程上弹性地吸收或释放在基部框架与机器人侧充电接口之间的位移来提供顺应性，其中该充电基础设施进一步包括控制器，该控制器可操作地连接到至少该机器人，并且配置成用于执行根据本发明的第一方面或第二方面的方法。
25.根据第四方面，本发明提供了一种计算机可读介质，其在其上具有指令，当所述指令由控制器或处理器执行时，使根据本发明第三方面的充电基础设施执行根据本发明的第一方面或第二方面的方法。
26.说明书中描述和示出的各个方面和特征可在可能的情况下单独应用。这些单独的方面，尤其所附从属权利要求中描述的方面和特征，可成为分案专利申请的主题。
附图说明
27.本发明将基于附图中所示的示例性实施例进行阐述，在附图中：图1a,1b和1c分别是根据本发明第一实施例的具有机器人的充电站的细节的侧视图、等距后视图和等距前视图，该机器人具有用于与电动车辆的车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口；图2a和2b分别是根据本发明第二实施例的具有机器人的充电站的细节的侧视图和等距视图，该机器人具有用于与电动车辆的车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口；图3a和3b分别是根据本发明第三实施例的具有机器人的充电站的细节的等距侧视图和等距后视图，该机器人具有用于与电动车辆的车辆侧充电接口建立充电连接的机器人侧充电接口；图4是如图1a、1b、1c中所示机器人或如图2a和2b中所示机器人或如图3a和3b中所示机器人的顺应性组件的纵切面；
图5a是在即将建立充电连接之前正确对准的如图1b、2b和3b中所示的机器人侧充电接口和车辆侧充电接口的局部纵切面；图5b是在已经正确建立充电连接的如图5a中所示的机器人侧充电接口和车辆侧充电接口的局部纵切面；图5c和5d是如图5a中所示机器人侧充电接口和车辆侧充电接口在机器人控制下进行可允许失准(或称为未对准，即misalignment)的校正期间的局部纵切面；图6a-6f是示出对借助于如图4中所示的顺应性组件建立充电连接的监测以及对其的不同可能响应的图表；以及图7是根据前面的图的在机器人操作期间执行的步骤的流程图。
具体实施方式
28.图1a、1b和1c示出了根据本发明第一实施例的充电站1。充电站1具有用于对电动车辆10(在该实例中是乘用车)进行充电的车辆区域2。车辆10可为完全电力驱动的，或其可具有其中电力驱动与燃料燃烧相组合的混合驱动。车辆10具有在车轮12上的车身11和由车身11承载的车辆侧充电接口20，在该实例中，其在后轮12中的一个上方的车身11的右侧上。
29.如图1a、1b和1c中所示，充电站1包括机器人50，机器人具有用于与车辆侧充电接口20建立充电连接的机器人侧充电接口100。机器人侧充电接口100与未示出的电池充电器电连接。
30.机器人侧充电接口100和车辆侧充电接口20的具体引脚排列可为诸如iec/sae标准的官方标准中描述的任何已知类型。机器人侧充电接口100和车辆侧充电接口20可属于所谓的mennekes、yazaki、schuko或combo类型，或用于电动车辆充电的任何其它专用连接器。如图1b和5a中所示，车辆侧充电接口20在该实例中是接受正常充电和高速充电的combo ccs-2插口。车辆侧充电接口20包括前表面21，前表面向内融合到圆周内表面22中。内表面22融合到底面23中，第一插座24和第二插座31从底面突出。第一插座24包括电绝缘材料的插座本体25，该插座本体具有五个凹入的正常充电连接器27在其中延伸的五个第一通道26，以及两个控制连接器29在其中延伸的两个第二通道28。第二插座31包括电绝缘材料的插座本体32，该插座本体具有两个高速充电连接器34在其中延伸的两个第三通道33。内表面22和插座本体25,34一起限定围绕插座24,31的槽30。槽30、第一通道26、第二通道28和第三通道33具有设计成平行于第一通道26、第二通道28和第三通道33的接收方向r。
31.如图1c和5a中所示，机器人侧充电接口100在该实例中是用于正常充电的所谓的mennekes类型(iec 62196下的2型连接器)。机器人侧充电接口100包括与车辆侧充电接口20的槽30配合并且装配在其内部的护罩101，以及与车辆侧充电接口20的相应的第一通道26和第二通道28配合并且装配在其内部的多个第一衬套102和第二衬套103。机器人侧充电接口100包括充电连接器，该充电连接器凹入衬套102,103内部，并且在建立充电连接时与车辆侧充电接口20的连接器27,29电连接。护罩101、第一衬套102和第二衬套103具有设计成与充电连接器平行的插入方向p。插入方向p设计成与车辆侧充电接口20的接收方向r完全平行并且对准。
32.车辆侧充电接口20和机器人侧充电接口100通常具有非常精确的配合几何形状，该几何形状在初始相互接触时仅允许横向于接收方向r的约最大0.1-0.3毫米的轻微失准，
或手动插入彼此中时最大1-2度的轻微失准。由于充电接口20,100的自搜索形状特征，故这种最小的失准自动校正，由此充电接口20,100进入正确的相互接合。车辆侧充电接口20的连接器27,29,34和机器人侧充电接口100的连接器102,103在插入方向p和接收方向r上可具有不同的长度或位置，以在接触连接器之间施加默认的配合顺序，即使它们有上述轻微的失准。这例如确保在进行电力连接之前建立接地连接或控制连接。车辆侧充电接口20在插入行程上沿插入方向p插入车辆侧充电接口100中，插入行程在达到正确插入的设计深度时结束。车辆侧充电接口20和机器人侧充电接口100设有遥控锁，以用于将车辆侧充电接口20锁定在其设计深度处。这是为了物理地防止正确连接的充电接口20,100在施加高充电电流期间脱离。
33.如图1a中所示，充电站1的机器人50包括示意性示出的基座或主基部51，其具有主框架52，在该实例中，主框架位于靠近车辆侧充电接口20的一侧处的车辆区域2旁边的地面上。机器人50可位于任何一侧处，或取决于车辆侧充电接口20的位置而位于车辆10的前侧处或后侧处。备选地，机器人50定位于地板上或地板下以到达车辆10的底侧处的车辆侧充电接口20，或机器人50悬挂在车辆10上方以到达位于车辆10顶侧处或车顶上的车辆侧充电接口20。
34.如图1a-1c中所示，机器人50包括具有承载机器人侧充电接口100的承载部框架61的可移动承载部60。机器人50可属于使可移动承载部60并且由此机器人侧充电接口100能够相对于主基部51移动的任何构造。在数学上定义笛卡尔坐标系o，该坐标系耦联到主基部51，机器人侧充电接口100的位置与其相关。机器人侧充电接口100可在三个正交方向x、y、z(横向、纵向和竖直)中的任何一个上平移，并且可相对于主基部51围绕这些轴旋转(俯仰、滚动、偏航)，总共有六个自由度(6-dof)或更少，取决于其具体的传动链构造。
35.在该实例中，机器人50包括机器人基部54，该机器人基部经由与主框架52连接的第一旋转致动器53围绕对应于笛卡尔坐标系o的z轴的竖直第一轴d旋转。机器人50包括第一机器人臂56，其在一端处经由与机器人基部54连接的第二旋转致动器55围绕水平第二轴e相对于主框架52旋转。第一机器人臂56在其相对端处经由与第二机械臂58的一端连接的第三旋转致动器57使第二臂58围绕第三水平轴f相对于第一臂56旋转。第二机械臂58的相对端经由第四旋转致动器59与可移动承载部60连接，以使可移动承载部60相对于第二臂58围绕水平第四轴g并且围绕第五轴h和第六轴j(它们正交于彼此)旋转。
36.如图4中最佳所示，机器人50包括第一顺应性组件90a，其串联在可移动承载部60和机器人侧充电接口100之间，并且由此与机器人侧充电接口100和传动链的旋转致动器53,55,57,59中的至少一个运动学地串联。在数学上定义与机器人侧充电接口100耦联并且与顺应性相关的笛卡尔坐标系c，其中y轴优选平行于插入方向p。顺应性组件90a提供传动链与机器人侧充电接口100之间的机械顺应性。
37.在该实例中，顺应性组件90a包括安装到承载部框架61的外管91和在该实例中借助于滑动轴承93在外管91内部受直线引导的连杆92。连杆92部分地从外管91突出，并且在该实例中，第一顺应性组件90a包括在连杆92的端部处的端部止动件94，其保持在滑动轴承93后面以确定连杆92相对于承载部框架61的限定的最外侧位置；以及可逆的柔性元件，在该实例中为弹簧，尤其在端部止动件94与承载部框架61之间的螺旋弹簧95，其被偏置以保持端部止动件94与滑动轴承93邻接。在该实例中，当超过限定的阈值力(这克服螺旋弹簧95
的偏置)时，借助螺旋弹簧95，连杆92可在顺应性行程上在朝向可移动承载部60的方向l上弹性地并且可逆地滑回。因此，第一顺应性组件90a提供沿方向l的第一顺应性。旋转致动器53,55,57,59将位移施加到机器人侧充电接口100上，只要不超过顺应性组件90a上的阈值力，机器人侧充电接口100就跟随该位移。
38.在所述实施例中，第一顺应性组件90a被偏置到并且抵靠滑动轴承93。备选地，螺旋弹簧95或任何其它弹性元件在施加或不施加阈值力的情况下提供沿相反方向的弹性，由此连杆92可弹性地和可逆地被推向和拉离可移动承载部60。两个实施例都提供一个自由度的顺应性行程。
39.如图4中所示，第一顺应性组件90a包括示意性示出的距离传感器110，该距离传感器定位和配置成经由第一电缆111提供电信号。该电信号指示端部止动件94相对于可移动承载部框架61的距离，并且因此指示沿方向l的第一顺应性的长度以及沿该方向l施加的外力。第一顺应性组件90a包括端部开关115，该端部开关定位并且配置成检测端部止动件94的邻接，这指示达到第一顺应性的最大长度的情形。然后，端部开关115经由第二电缆116提供对应的信号。
40.图2a和2b示出了根据本发明第二实施例的具有机器人250的充电站201。与第一实施例相对应的部分设有相同的参考标记。下文仅论述偏差部分。
41.机器人250在可移动承载部60与机器人侧充电接口100之间包括多个(在该实施例中为六个)顺应性组件90a-90f。在图中，仅详细示出了它们中的三个。可移动承载部60包括在承载部框架61上的总共六个腿支承件97a-97f，它们在同一平面中并且以三角形构造形成对。机器人250包括在机器人侧充电接口100上的总共六个腿支承件96a-96f，它们在同一平面中并且以三角形构造形成对。顺应性组件90a-90f的外管91具有第一联接件98，第一联接件体现为具有两个自由度的万向旋转接头，其与可移动承载部60的腿支承件97a-97f连接。顺应性组件90a-90f的连杆92具有第二联接件99，第二联接件体现为具有三个自由度的万向旋转接头，其与充电接口100上的腿支承件96a-96f连接。在该实例中，六个顺应性组件90a-90f在机器人侧充电接口100与可移动承载部60之间形成六足机构，以提供呈六个自由度的顺应性。备选地构想，六个顺应性组件90a-90f形成机器人侧充电接口100与可移动承载部60之间的斯图尔特(stewart)平台。顺应性组件90a-90f由此构造成平行于彼此，并且与机器人侧充电接口100和传动链的旋转致动器53,55,57,59中的至少一个串联。单独的顺应性组件90a-90f中的螺旋弹簧95可具有不同的阻抗(在该实例中是不同的刚度)，以确保机器人侧充电接口100相对于可移动承载部60的默认位置，而不会由于例如机器人侧充电接口100中和顺应性组件90a-90f中存在的各种构件的不同个体重量引起重量分布不均匀而悬垂。每个顺应性组件90a-90f都设有距离传感器110和端部开关115。旋转致动器53,55,57,59将位移施加到车辆侧充电接口100上，只要不超过顺应性组件90a-90f中的任一个上的阈值力，车辆侧充电接口100就跟随该位移。
42.图3a和3b示出了根据本发明第三实施例的具有机器人350的充电站301。与第一实施例相对应的部分设有相同的参考标记。下文仅论述偏差部分。
43.机器人350包括在该实例中由位于靠近车辆侧充电接口20的一侧处的车辆区域2旁边的控制台3支承的主基部51。主基部51包括主框架52和在主框架52上的总共六个腿支承件353a-353f，它们在同一平面上并且以三角形构造形成对。机器人350包括具有承载部
框架61的可移动承载部60，以及在承载部框架61上的总共六个腿支承件364a-364f，它们在同一平面上并且以三角形构造形成对，其中成对腿支承件353a-353f之间的距离小于主基部51的成对腿支承件353a-353f之间的距离。承载部60承载机器人侧充电接口100。
44.在该实例中，机器人350包括在主基部51与可移动承载部60之间的总共六个平行的位移组件，它们体现为在主基部51的腿支承件353a-353f与可移动承载部60的腿支承件364a-364f之间延伸的六个腿部371a-371f。腿部371a-371f在结构上是相同的并且在下文中通过参考第一腿部371a来详细描述。
45.第一腿部371a包括具有外管381的直线运动致动器380，外管在其底端处经由第一联接件388连接到主基部51的其腿支承件353a，第一联接件体现为具有两个自由度的万向旋转接头。在该实例中，直线运动致动器380具有安装到外管381的马达383。直线运动致动器380具有驱动杆382，该驱动杆在外管81内部受直线引导并且部分地从外管381突出。驱动杆382例如经由主轴与马达383可操作地连接。如图3a中所示，驱动杆382由此通过相应地对马达383供电而在位移行程上相对于第一联接件388沿方向m往复直线移动。直线运动致动器380具有用以测量驱动杆382相对于外管381的位置的内部传感器，如主轴上的转数传感器或转数计数器。由此，每一个腿部371a-371f都具有此类传感器。
46.腿部371a-371f各自包括与直线运动致动器380串联的相应的顺应性组件90a-90f，其中外管91固定到驱动杆382，并且连杆92具有相应的第二联接件396，第二联接件体现为与承载部框架61上的腿支承件364a-364f连接的具有三个自由度的万向旋转接头。各个腿部371a-371f中的顺应性组件90a-90f的螺旋弹簧95可具有相互不同的阻抗(在该实例中不同的刚度)，以确保机器人侧充电接口100的默认位置，而不会由于例如机器人50中存在的各种构件的不同的各个重量引起重量分布不均匀而悬垂。
47.在该实例中，六个腿部371a-371f在主基部51与可移动承载部60之间形成六足机构70。备选地构想，六个腿部371a-371f形成斯图尔特平台。直线运动致动器80在第一联接件388与第二联接件389之间施加位移，只要不超过顺应性组件90上的阈值力，可移动承载部60和由此车辆侧充电接口100就跟随该位移。可移动承载部60由此可在三个正交方向x、y、z(横向、纵向和竖直)上进行平移，并且围绕这些轴旋转(俯仰、滚动、偏航)，总共六个自由度(6-dof)。当超过阈值力时，第一联接件388和第二联接件389之间施加的位移的一部分可由顺应性组件90a-90f可逆地吸收。
48.备选地或除此之外，可移动承载部60包括如图3a中所示在承载部框架61与机器人侧充电接口100之间的传感器366，如压力传感器矩阵，以获得或导出呈六个自由度的上述顺应性数据。
49.在上述实施例中，旋转致动器53,55,57,59或马达383形成定位实施方式。所应用的顺应性组件90a-90f与其串联形成顺应性实施方式。
50.充电站1,201,301包括用于控制充电站1的操作的电子控制系统。电子控制系统可包括一个或多个成像检测器130，如形成立体相机的摄像机或多个相机，或距离传感器，如lidar、雷达或基于led的传感器，以检测车辆的车辆侧充电接口20在充电站1中的位置。因此，成像检测器130形成视觉系统的一部分。成像检测器130可安装在基部，如安装在主基部51上，或由机器人50承载，如如图所示在机器人侧充电接口100上。
51.控制系统包括与旋转致动器53,55,57,59或马达383连接的电子控制器，以为它们
的旋转供电并且控制它们的旋转。电子控制器与检测器130连接，经由(多个)第一电缆111、与(多个)距离传感器110连接，并且经由(多个)第二电缆116与(多个)端部开关115连接。充电站1,201,301还可包括与(多个)端部开关115连接的冗余电子控制系统，其中上述控制系统是主控制系统。在如由端部开关115检测到的特定极端情形中，冗余控制系统可最终干预或推翻主控制系统。控制系统可与电池充电器连接以经由衬套102,103进行充电，并且从其接收指示机器人侧充电接口100正确插入车辆侧充电接口20的反馈，例如，通过检测车辆侧充电接口20和机器人侧充电接口20内部的接触连接器的匹配顺序。电子控制器可与车辆侧充电接口100与机器人侧充电接口100之间的遥控锁通信，以确定锁的实际状态，或在车辆10充电期间锁定正确插入的机器人侧充电接口100，或检测不良或不完整的插入。
52.电子控制器配置成用于确定充电站1中车辆侧充电接口20的空间位置和定向。这可借助于上述视觉系统来执行，或其可从包括已知车辆的车辆侧充电接口100的位置数据(包括停放车辆10的特定位置数据)的数据库中导出，或其可从与车辆10的通信或从辅助控制系统导出。在数学上定义坐标系s，其联接到车辆侧充电接口20，以确定其在三个正交方向x、y、z上的位置以及围绕这些轴的任何旋转方向，其中y轴优选地平行于接收方向r。
53.电子控制器配置成根据应用的单独顺应性组件90a-90f的方向l上的顺应性行程确定作用在机器人侧充电接口100上的合力和合力矩。在数学上，这借助于以下刚度矩阵和坐标系c表达：|f
x
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
|k
x
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ
0|
ꢀꢀꢀ
|δx||fy|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
|0
ꢀꢀky
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ
0|
ꢀꢀꢀ
|δy||fz|
ꢀꢀꢀꢀ
=
ꢀꢀꢀꢀ
|0
ꢀꢀ0ꢀꢀkz
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ
0|
ꢀꢀꢀ
|δz||m
x
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
|0
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀkrx
ꢀꢀ0ꢀꢀ
0|
ꢀꢀꢀ
|δφ||my|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
|0
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀkry
ꢀꢀ
0|
ꢀꢀꢀ
|δθ||mz|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
|0
ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀ0ꢀꢀkrz
|
ꢀꢀꢀ
|δψ|在该矩阵中，f
x
、fy、fz是沿坐标系轴的以牛顿为单位的力分量，m
x
、my、mz是以牛顿米为单位的围绕坐标系轴的力矩，δx、δy、δz是以米为单位的位移分量，并且δφ、δθ、δψ是以弧度为单位的旋转分量，所有均在坐标系c中表示。六个自由度的刚度分量k
x
、ky、kz、k
rx
、k
ry
、k
rz
与以牛顿每米和牛顿米每弧度为单位的应用螺旋弹簧95的刚度特性有关，并且取决于特定构造和顺应性行程的当前值。当在特定构造中顺应性受到约束，由此所应用的顺应性小于最大六个自由度时，应用显著更高的刚度分量。
54.作用在机器人侧充电接口100上或由机器人50,250,350施加到充电接口100上的力分量和力矩分量与坐标系c的位移和旋转方向中限定的顺应性行程定量相关。以下典型的数量关系适用。
55.下面的量化为坐标系c中的每个方向限定了刚度的可能范围以及顺应性行程的可能范围，根据本发明的实施例的刚度和顺应性行程将位于所述范围中。顺应性行程分别以米或度表示。刚度分别以千牛顿每米和千牛顿米每弧度表示。
56.方向
ꢀꢀ
刚度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
行程x
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0.25, 40]
ꢀꢀꢀ
[0.005, 0.1]y
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0.25, 40]
ꢀꢀꢀ
[0.005, 0.1]z
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0.25, 40]
ꢀꢀꢀ
[0.005, 0.1]
rx
ꢀꢀꢀꢀ
[0.005, 6]
ꢀꢀꢀ
[0.5, 15]ry
ꢀꢀꢀꢀ
[0.005, 6]
ꢀꢀꢀ
[0.5, 15]rz
ꢀꢀꢀꢀ
[0.005, 6]
ꢀꢀꢀ
[0.5, 15]下面的量化为坐标系c中的每个方向限定刚度的最大范围以及顺应性行程的最大范围，根据本发明的实施例的刚度和顺应性行程将位于所述范围中。顺应性行程分别以米或度表示。刚度分别以千牛顿每米和千牛顿米每弧度表示。
[0057]
方向
ꢀꢀꢀꢀ
刚度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
行程x
ꢀꢀꢀꢀ
[0.1, 200]
ꢀꢀ
[0.002, 0.25]y
ꢀꢀꢀꢀ
[0.1, 200]
ꢀꢀ
[0.002, 0.25]z
ꢀꢀꢀꢀ
[0.1, 200]
ꢀꢀ
[0.002, 0.25]rx
ꢀꢀꢀ
[0.001, 24]
ꢀꢀ
[0.25, 30]ry
ꢀꢀꢀ
[0.001, 24]
ꢀꢀ
[0.25, 30]rz
ꢀꢀꢀ
[0.001, 24]
ꢀꢀ
[0.25, 30]电子控制器配置成根据旋转致动器53,55,57,59或马达383、顺应性组件90a-90f的反馈并且通过使用视觉系统来确定机器人侧充电接口100在坐标系o中的位置和定向。
[0058]
充电站1形成充电基础设施的一部分，该充电基础设施具有用于与电子控制器通信并且用于配置电子控制器的远程计算机服务器。电子控制系统装载有由电子控制器的处理器执行的软件，由此充电站1执行如下文阐释的操作。
[0059]
对充电站1,201,301的操作的阐释从机器人50,250,350处于完全缩回位置开始，由此机器人侧充电接口100在待机位置从车辆区域2撤回以允许车辆10进入充电站1,201,301。如图1a中示意性指示，机器人侧充电接口100在该完全缩回位置中距离将停在车辆区域2的车辆10(尤其距离车辆侧充电接口20)有示意性指示的距离q。下文将参照根据第一实施例的充电站1来阐释操作，其中在适用时阐释与根据第二实施例和第三实施例的充电站201,301的不同之处。图6a是沿竖轴示出了由根据第一实施例的充电站1的唯一的第一顺应性组件90a提供的或由根据第二实施例和第三实施例的多个顺应性组件90a-90f提供的例如以毫米为单位的第一顺应性值c1的图，其中为了说明的目的，仅绘制第一顺应性组件90a和第二顺应性组件90b的第一顺应性c1和第二顺应性c2。水平轴指示以秒为单位的经过时间。
[0060]
在图6a的图表中绘制顺应性的特定参考值。在图中，噪声阈值cn指示对于第一顺应性c1和第二顺应性c2可忽略的最大值，因为其不影响机器人50,250,350的正常运行。对于顺应性c1,c2的这些小值通常可能是由机器人50,250,350的传动链中的振动引起的，这些振动经由顺应性组件90a-90f中的一个或多个作用到机器人侧车辆接口100上。如下文所述，其它值cp,cc,ch1,ch2指示当超出时触发特定干预的最大值或最小值。
[0061]
此后，首先参照图6a和7描述理想的充电循环，其不受外部影响的干扰或不受接合充电接口20,100之间的障碍物的干扰。
[0062]
在第一步骤310中，特定车辆10在车辆区域2处的存在借助于成像检测器130，或由任何其它合适的传感器，或由车辆10与充电站1之间的任何类型的数据通信，或由任何类型的远程触发系统，或由车辆10的驾驶员或在充电站1现场的操作员进行登记来通知。
[0063]
当通知车辆10的存在或即将存在时，则在第二步骤320中，充电站1中的车辆侧充
电接口20的空间位置和定向借助于成像传感器130或根据包括已知车辆20的车辆侧充电接口20的位置数据的数据库确定，或从与车辆20的通信中导出或从辅助控制系统获得。这包括在三个正交方向x、y、z上的位置以及围绕这些轴的任何旋转定向。
[0064]
在第三步骤330中，确定机器人侧充电接口100相对于车辆侧充电接口20的对应的特定初始连接位置。初始连接位置限定为机器人侧充电接口100位于车辆侧充电接口20前方但尚未接触车辆侧充电接口的位置。初始连接位置通过以下确定：确定车辆侧充电接口20的位置，然后从车辆侧充电接口20的确定的空间位置和定向中减去和/或添加最大累积系统不准确度，如传感器和致动器不准确度。在数学上，在该位置中，机器人侧充电接口100的任何物理部分与车辆侧充电接口20之间的欧几里得距离t最大为10毫米，并且优选最大为5毫米。在初始连接位置中，机器人侧充电接口100与车辆侧充电接口20以横向于接收方向r的最大5毫米，优选最大3毫米的失准距离对准。在初始连接位置中，机器人侧充电接口100与车辆侧充电接口20以最大3-5度、优选2度、更优选最大1度的偏差角对准。这些偏差可能大于充电接口20,100的自搜索形状特征所允许的偏差，因为这些偏差可在如下所述的应用顺应性下校正。在初始连接位置中，实际上不可能遇到诸如人手之间的物理障碍物。
[0065]
在第四步骤340中，旋转致动器53,55,57,59或马达383单独供电，同时控制其旋转位置以使机器人侧充电接口100进入确定的初始连接位置，同时考虑传动链内部位置确定的最大累积系统不准确度。
[0066]
第二步骤320、第三步骤330和第四步骤340形成定位阶段p1的一部分，其中可迭代这些步骤以使充电接口100处于初始连接位置。在该定位阶段p1中，机器人侧充电接口100朝向车辆10进行相对较大的行进行程，理想情况下没有具有高于噪声阈值cn的值的顺应性组件90a的任何顺应性行程。定位阶段p1可由成像支持定位阶段p1v和随后的盲定位阶段p1b构成。在成像支持定位阶段p1v中，机器人侧充电接口100从完全缩回位置移动到如下位置，在该位置中成像检测器130由于机器人50,250,350的接近部分的存在而不再能清楚地确定车辆侧充电接口20。
[0067]
在第六步骤360中，旋转致动器53,55,57,59或马达383被单独供电，同时其旋转位置受控制以将机器人侧充电接口100从如图5a中所示的初始连接位置带到如图5b中所示的机器人侧充电接口100相对于车辆侧充电接口20的正确最终接合位置。在充电接口20,100正确接合后，遥控锁激活以锁定接合。第六步骤360形成连接阶段p2的一部分。在数学上，机器人侧充电接口100的坐标系c与车辆侧充电接口20的坐标系s同位(collocated)。
[0068]
在连接阶段p2期间，由于要求压缩力来克服摩擦并且正确地将机器人侧充电接口100带入匹配的车辆侧充电接口20中，因此预期会有一些顺应性。在连接阶段p2期间，可能出现第一顺应性cw1和第二顺应性cw2的值之间的一些差异，由此得出可校正的失准并且引起或检测其校正，这由连接指令确定。例如，如图5c中所示的第一物理接触200可迫使机器人侧充电接口100相对于车辆侧充电接口20倾斜或滑动，同时经由偏置螺旋弹簧95从主基部51传递推力。当超过其限定的阈值力时，螺旋弹簧95可受压缩，这借助于传感器66,96,110监测。由单独的螺旋弹簧95提供的顺应性可引起机器人侧充电接口100通过其自搜索形状特征在沿车辆侧充电接口20的方向v上的滑移，和/或电马达83的校正激活基于传感器66,96,110的信号确定。在图5c中，所示失准包含在同一平面中的平移和旋转。很明显，所有六个自由度中的任何失准都可能发生，可通过旋转致动器53,54,56,59,383的对应校正动
作来检测和校正。如此重复直到达到机器人侧充电接口100相对于车辆侧充电接口20的适当最终接合位置。在该迭代中，如图5d中所示的进一步的物理接触201可通过在方向w上引起滑移来检测和校正。由于该迭代，可能补偿大于由充电接口20,100的自搜索形状特征所允许的偏差。机器人50的行程结束使得第一顺应性c1和第二顺应性c2具有与顺应性行程的最大长度的大约一半相对应的值，由此在根据第一实施例和第二实施例的机器人50,250中，机器人侧充电接口100可弹性地朝向和远离可移动承载部60移动，并且在根据第三实施例的机器人350中，可移动承载部60可跟随车辆侧充电接口20的移动。
[0069]
在第八步骤380中，激活充电。第八步骤380形成充电阶段p3的一部分。在充电阶段p3期间，由于车辆10相对于机器人50轻微移动，故可能会发生顺应性值的一些变化。车辆10的轻微移动可能是由踏入或踏出的乘客或作用在车辆10上的风引起的。
[0070]
在第十步骤400中，遥控锁释放以解锁充电接口20,100的接合。机器人侧充电接口100通过旋转致动器53,54,56,59或马达383的对应驱动而缩回，并且与车辆侧充电接口20断开。第十步骤400形成断开阶段p4的一部分。
[0071]
在充电阶段p3期间，第一顺应性c1和第二顺应性c2借助于(多个)距离传感器110连续测量和监测。在充电阶段p3期间，忽略值低于噪声阈值cn的任何顺应性。
[0072]
在上述理想充电循环中，第一顺应性c1和第二顺应性c2都具有在定位阶段pi期间保持低于定位干预值cp的值。在连接阶段p2期间，第一顺应性c1和第二顺应性c2都具有保持低于较高连接干预值cc的值。在充电阶段p3期间，第一顺应性c1和第二顺应性c2具有在例如等于连接干预值cc的第一充电干预值ch1，以及例如高于定位干预值cp并且低于连接干预值cc的第二充电干预值ch2内保持平衡的值。
[0073]
下文将参照图6a-6e论述一些偏差场景，其中电子控制系统引起特定干预以提供充电站1的安全操作。
[0074]
图6b示出了在定位阶段p1期间，第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过定位干预值cp的值的场景。然后可推断出发生与意外物体的碰撞，例如与站在机器人50,250,350与车辆10之间的人的碰撞。然后在第五步骤350中，旋转致动器53,54,56,59或马达383停止或受致动以将机器人侧充电接口100缩回至其完全缩回位置。
[0075]
图6c示出了在连接阶段p2开始时第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过连接干预值cc的值的场景。然后得出结论，机器人侧充电接口100意外地与车辆侧充电接口20失准到其无法再正确连接的程度。施加的压缩力超过了允许的插入力。这可例如由在连接阶段p2期间车辆10的意外移动引起。然后在第七步骤370中，旋转致动器53,54,56,59或马达383受致动以将机器人侧充电接口100朝其完全缩回位置缩回或缩回到初始连接位置中。
[0076]
图6d示出了在连接阶段p2开始时在第一顺应性c1与第二顺应性c2之间存在较大相互差异的场景。然后得出结论，机器人侧充电接口100相对于车辆侧充电接口20意外旋转。这可例如由在连接阶段p2期间车辆10的意外移动引起。然后在第七步骤370中，旋转致动器53,55,57,59或马达383受致动以将机器人侧充电接口100朝其完全缩回位置缩回或缩回到初始连接位置中。
[0077]
图6e示出了在连接阶段p2期间第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过连接干预值cc的值的场景。例如，这可能是由机器人侧充电接口100插入车辆侧20中期间的连接器受阻引起的。然后在第七步骤370中，旋转致动器53,55,57,59或马达383受致动以将机器人侧
充电接口100朝其完全缩回位置缩回或缩回到初始连接位置中。
[0078]
图6f示出了在充电阶段p3期间，第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第一充电干预值cc1或低于第二充电干预值cc2的值的场景。这可能是由车辆10的剧烈移动引起的，例如由于许多乘客踏入车辆10，这将车辆侧充电接口20推向可移动平台60，以致达到顺应性组件90a-90f的其安全吸收的极限。然后在第九步骤390中，根据第一实施例或第二实施例的机器人50,250的旋转致动器53,55,57,59受致动以相对于车辆10重新定位可移动平台60，由此第一顺应性c1和第二顺应性c2具有在第一充电干预值cc1与第二充电干预值cc2之间再次平衡的值，或根据第三实施例的机器人350的马达383受致动来以同样的效果重新平衡顺应性组件90a-90f。
[0079]
在所有场景中，借助于距离传感器110针对超过第一警告干预值cw1监测第一顺应性c1和第二顺应性c2的值。第一警告干预值cw1高于定位干预值cp、连接干预值cc和第一充电干预值cc1。当第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第一干预值cw1的值时，旋转致动器53,54,56,59或马达383在定位阶段p1或连接阶段p2期间在活动时立即停止，并且在充电阶段p3期间，充电电流中断。当第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第一干预值cw1的值时，触发声音警报或视觉警报。
[0080]
在所有场景中，借助于端部开关115针对超过第二警告干预值cw2监测第一顺应性c1和第二顺应性c2的值。第二警告干预值cw2高于第一警告干预值cw1。当第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第一警告干预值cw2的值时，旋转致动器53,54,56,59或马达383在定位阶段p1或连接阶段p2期间在活动时立即停止，并且在充电阶段p3期间，充电电流中断。当第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第二警告干预值cw2的值时，触发声音警报或视觉警报。当第一顺应性c1或第二顺应性c2具有超过第二警告干预值cw2的值时，释放锁定机器人侧充电接口100和车辆侧充电接口20的遥控锁以允许充电接口20,100被动地彼此脱离，或通过相应地为旋转致动器53,54,56,59或马达供电而主动地脱离。
[0081]
在实践中，第一定位干预值为第一连接干预值的50%或更小，优选25%或更小。在所述实施例中，第一充电干预值ch1等于充电干预值cc。
[0082]
应当理解，以上描述被包括以说明优选实施例的操作，而非意味着限制本发明的范围。根据以上论述，对于本领域技术人员来说，许多变型将是显而易见的，这些变型仍将包含在本发明的范围内。