一种可伸缩的自动充电枪装置及充电方法与流程

[0001]
本发明涉及充电枪领域，特别是涉及一种可伸缩的自动充电枪装置及充电方法。


背景技术：

[0002]
电动汽车已成为未来汽车工业的发展主线之一。随着国家对新型基础设施建设的推广，建设充电桩以及新能源汽车成为趋势。电动汽车配备的充电装置是新型城市基础设施之一，充电枪是充电装置的核心部件，其性能优劣对电动汽车推广普及产生重要影响。
[0003]
现有的充电枪装置存在以下几个核心问题：(1)充电枪多为手动操作模式。若为电动汽车充电，需将充电枪从充电桩收纳装置取出，手动插入电动汽车充电口，充电完成后，仍需手动将充电枪拔出并放回收纳装置，具有自动化水平低的缺点；(2)目前市面上的自动充电装置多基于固定刚性六轴机械臂结构，其空间利用率低且充电灵活度不足；(3)受新冠肺炎疫情影响，个人卫生防疫防控面临诸多挑战，而充电枪的人为操作必然会造成感染几率增加，安全风险系数偏低。
[0004]
为解决上述问题，亟需提供一种具有高空间利用率的可伸缩自动充电枪装置。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种可伸缩的自动充电枪装置及充电方法，提高了充电枪的高空间利用率和自动化水平。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007]
一种可伸缩的自动充电枪装置，包括：控制箱、驱动模块、控制箱摄像头、可伸缩矩形臂模块、充电线、机械臂自旋转电机、自旋转机械臂、机械臂摆动电机、摆动机械臂、充电枪头自旋转电机以及充电枪头；
[0008]
所述驱动模块设置在所述控制箱内部；所述驱动模块用于输出电力扭矩，驱动所述可伸缩矩形臂模块伸缩；
[0009]
所述控制箱分别与所述驱动模块、控制箱摄像头、机械臂自旋转电机、机械臂摆动电机以及充电枪头自旋转电机连接；
[0010]
所述控制箱摄像头设置在所述控制箱表面；所述控制箱摄像头用于识别车辆位置和充电口的位置；
[0011]
所述可伸缩矩形臂模块与所述驱动模块连接；
[0012]
所述充电线与电源和所述充电枪头连接；
[0013]
所述机械臂自旋转电机设置在所述自旋转机械臂的关节内部，所述自旋转机械臂与所述可伸缩矩形臂模块连接；
[0014]
所述机械臂摆动电机设置在所述摆动机械臂内部，所述摆动机械臂与所述自旋转机械臂连接；
[0015]
所述充电枪头自旋转电机与所述充电枪头连接；
[0016]
所述自旋转机械臂在所述机械臂自旋转电机的驱动下带动所述摆动机械臂和所
述充电枪头旋转，所述摆动机械臂在所述机械臂摆动电机的驱动下带动所述充电枪头摆动，所述充电枪头在所述充电枪头自旋转电机的带动下进行旋转。
[0017]
可选的，所述驱动模块包括：驱动电机、联轴器、丝杠以及固定板；
[0018]
所述驱动电机的输入轴与所述控制箱连接，所述驱动电机的输出轴与所述联轴器连接，所述驱动电机用于将所述电力扭矩传递至所述联轴器；
[0019]
所述联轴器与所述丝杠连接，所述联轴器将接收的所述电力扭矩传递至所述丝杠，所述丝杠将所述电力扭矩转化为直线方向的力或力矩；
[0020]
所述丝杠固定在所述固定板上，所述丝杠与所述驱动绳索连接。
[0021]
所述驱动模块包括：电动推杆驱动电机、电动推杆伸缩杆以及电动推杆末端固定接头；
[0022]
电动推杆驱动电机分别与所述控制箱以及所述电动推杆伸缩杆连接；
[0023]
所述电动推杆末端固定接头位于所述电动推杆伸缩杆的末端，并与所述可伸缩矩形臂模块的末端连接。
[0024]
可选的，所述可伸缩矩形臂模块包括多节矩形臂；
[0025]
在相邻两节所述矩形臂中，下方矩形臂嵌套在上方矩形臂上。
[0026]
可选的，所述矩形臂包括轴肩和限位块；
[0027]
所述轴肩设置在所述矩形臂的下端；通过所述轴肩与所述矩形臂对应的下方矩形臂的限位块连接；
[0028]
所述限位块设置在所述矩形臂的上端，通过所述限位块与所述矩形臂对应的上方矩形臂的轴肩连接；
[0029]
所述限位块与对应的所述驱动模块连接。
[0030]
可选的，所述的自动充电枪装置还包括：充电线出口关节；
[0031]
所述充电线出口关节分别与所述可伸缩矩形臂模块和所述自旋转机械臂连接；
[0032]
所述充电线设置在所述可伸缩矩形臂模块内部，并通过所述充电线出口关节从所述可伸缩矩形臂模块中引出。
[0033]
可选的，所述的自动充电枪装置还包括：充电枪搭载摄像头；
[0034]
所述充电枪搭载摄像头设置在所述充电枪头上，并与所述控制箱连接；所述充电枪搭载摄像头用于获取所述充电口的位置。
[0035]
一种可伸缩的自动充电枪装置的充电方法，包括：
[0036]
获取电车辆位置和充电口的位置；
[0037]
根据所述车辆位置和所述充电口的位置驱动可伸缩矩形臂模块进行伸长；
[0038]
当所述可伸缩矩形臂模块达到最大长度时，根据所述车辆位置和所述充电口的位置，驱动机械臂自旋转电机带动自旋转机械臂、摆动机械臂和充电枪头旋转，使所述自旋转机械臂、摆动机械臂和充电枪头所在的平面与所述充电口的平面垂直；
[0039]
驱动机械臂摆动电机带动所述摆动机械臂、充电枪头转动，使所述充电枪头与所述充电口对接。
[0040]
可选的，所述驱动所述摆动机械臂带动充电枪头转动，使所述充电枪头与所述充电口对接，之后还包括：
[0041]
利用充电枪搭载摄像头获取所述充电口的图像；
[0042]
根据所述充电口的图像，判断所述充电枪头是否与所述充电口对准；
[0043]
若所述充电枪头与所述充电口对准，则完成所述充电枪头与所述充电口对接；
[0044]
若所述充电枪头与所述充电口没有对准，则驱动充电枪头自旋转电机开始转动，使所述充电枪头旋转到设定位置，完成对接。
[0045]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0046]
本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置及充电方法，利用可伸缩矩形臂模块进行矩形臂的伸缩控制，当充电装置未工作时，机械臂处于收缩状态，充电装置所占空间较小。通过可伸缩矩形臂模块缩短充电枪头与待充电车辆充电口的距离。利用控制箱摄像头获取电车辆位置和充电口的位置，通过所述自旋转机械臂在所述机械臂自旋转电机的驱动下带动所述摆动机械臂和所述充电枪头旋转，所述摆动机械臂在所述机械臂摆动电机的驱动下带动所述充电枪头摆动，所述充电枪头在所述充电枪头自旋转电机的带动下进行旋转。即布置三个自由度，不仅实现充电枪头与待充电车辆充电口对接，还可以完成充电枪头自旋转，使充电枪头里的不同型号电流接口与待充电车辆充电口的接口位置一一对应，对接更加精准。提高电动汽车充电的自动化水平。
附图说明
[0047]
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1为本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置处于伸出模式时结构示意图；
[0049]
图2为本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置处于收缩模式时的结构示意图；
[0050]
图3为本发明所提供的相邻矩形臂的连接示意图；
[0051]
图4为驱动模块包括电动推杆驱动电机、电动推杆伸缩杆以及电动推杆末端固定接头时的结构示意图。
具体实施方式
[0052]
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，都属于本发明保护的范围。
[0053]
本发明的目的是提供一种可伸缩的自动充电枪装置及充电方法，提高了充电枪的高空间利用率和自动化水平。
[0054]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0055]
图1为本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置处于伸出模式时的结构示意图，图2为本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置处于收缩模式时的结构示意图，如
图1和图2所示，本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置，包括：控制箱1、驱动模块、控制箱摄像头5、可伸缩矩形臂模块、充电线13、机械臂自旋转电机15、自旋转机械臂16、机械臂摆动电机17、摆动机械臂18、充电枪头自旋转电机19以及充电枪头20。
[0056]
所述驱动模块设置在所述控制箱1内部；所述驱动模块用于输出电力扭矩，驱动所述可伸缩矩形臂模块伸缩。驱动模块是驱动可伸缩矩形臂模块运动的动力源。
[0057]
所述控制箱1分别与所述驱动模块、控制箱摄像头5、机械臂自旋转电机15、机械臂摆动电机17以及充电枪头自旋转电机19连接。
[0058]
所述控制箱摄像头5设置在所述控制箱1表面；所述控制箱摄像头5用于识别车辆位置和充电口的位置。
[0059]
所述可伸缩矩形臂模块与所述驱动模块连接。
[0060]
所述充电线13与电源和所述充电枪头20连接。
[0061]
所述机械臂自旋转电机15设置在所述自旋转机械臂16的关节内部，所述自旋转机械臂16与所述可伸缩矩形臂模块连接。
[0062]
所述机械臂摆动电机17设置在所述摆动机械臂18内部，所述摆动机械臂18与所述自旋转机械臂16连接。
[0063]
所述充电枪头自旋转电机19与所述充电枪头20连接。
[0064]
所述自旋转机械臂16在所述机械臂自旋转电机15的驱动下带动所述摆动机械臂18和所述充电枪头20旋转，所述摆动机械臂18在所述机械臂摆动电机17的驱动下带动所述充电枪头20摆动，所述充电枪头20在所述充电枪头自旋转电机19的带动下进行旋转。
[0065]
充电枪头自旋转电机19可带动充电枪头20自旋转，使充电枪头20里的不同型号电流接口与待充电车辆充电口的接口位置一一对应，实现微调节。
[0066]
作为一个具体的实施例，充电枪头20采用直流充电形式。
[0067]
作为一个具体的实施例，所述驱动模块包括：驱动电机2、联轴器3、丝杠4以及固定板6。
[0068]
所述驱动电机2的输入轴与所述控制箱1连接，所述驱动电机2的输出轴与所述联轴器3连接，所述驱动电机2用于将所述电力扭矩传递至所述联轴器3。联轴器3起到缓冲、减振和提高轴的动态性能的作用。
[0069]
所述联轴器3与所述丝杠4连接，所述联轴器3将接收的所述电力扭矩传递至所述丝杠4，所述丝杠4将所述电力扭矩转化为直线方向的力或力矩。
[0070]
所述丝杠4固定在所述固定板6上，所述丝杠4与所述驱动绳索12连接。
[0071]
作为一个具体的实施例，所述可伸缩矩形臂模块包括多节矩形臂。
[0072]
在相邻两节所述矩形臂中，下方矩形臂嵌套在上方矩形臂上。
[0073]
图3为相邻矩形臂结构连接图，如图3所示，矩形臂8、9、10、11直径依次递减，每一节矩形臂下端都有轴肩，与它连接的下方矩形臂上端有个限位块22，进而形成配合，使下面的矩形臂嵌套在上面矩形臂上，不至于脱落。
[0074]
作为一个具体的实施例，所述矩形臂包括轴肩和限位块22。
[0075]
所述轴肩设置在所述矩形臂的下端；通过所述轴肩与所述矩形臂对应的下方矩形臂的限位块22连接。
[0076]
所述限位块22设置在所述矩形臂的上端，通过所述限位块22与所述矩形臂对应的
上方矩形臂的轴肩连接。
[0077]
所述限位块22与对应的所述驱动绳索12连接。
[0078]
驱动电机2转动可以牵引驱动绳索12让矩形臂上下运动，使矩形臂可以收缩到矩形臂6内，减少装置所占空间，优化了整体布局。
[0079]
驱动绳索12末端与矩形臂内的限位块22连接，当电机正转时，收放线装置开始放线，驱动绳索12牵引矩伸缩矩形臂伸长，电机反转，收放线装置收线，牵引伸缩矩形臂收缩。每两条驱动绳索12驱动一节矩形臂。
[0080]
作为一个具体的实施例，所述的自动充电枪装置还包括：充电线出口关节14。
[0081]
所述充电线出口关节14分别与所述可伸缩矩形臂模块和所述自旋转机械臂16连接。
[0082]
所述充电线13设置在所述可伸缩矩形臂模块内部，并通过所述充电线出口关节14从所述可伸缩矩形臂模块中引出。
[0083]
作为一个具体的实施例，所述的自动充电枪装置还包括：充电枪搭载摄像头21。
[0084]
所述充电枪搭载摄像头21设置在所述充电枪头20上，并与所述控制箱1连接；所述充电枪搭载摄像头21用于获取所述充电口的位置。
[0085]
图4为驱动模块包括电动推杆驱动电机22、电动推杆伸缩杆23以及电动推杆末端固定接头24时的结构示意图，作为一个具体的实施例；
[0086]
所述驱动模块包括：电动推杆驱动电机22、电动推杆伸缩杆23以及电动推杆末端固定接头24；
[0087]
电动推杆驱动电机22分别与所述控制箱以及所述电动推杆伸缩杆23连接；
[0088]
所述电动推杆末端固定接头24位于所述电动推杆伸缩杆23的末端，并与所述可伸缩矩形臂模块的末端连接。
[0089]
基于上述的驱动模块，所述充电线在机械臂关节引出来的长度是固定的，其长度能够让摆动关节和自旋转关节运动不会发生干涉，布置在伸缩臂里的充电线可以随伸缩矩形臂的伸缩而收放，充电线是通过卷线结构实现收放的。
[0090]
基于上述驱动模块，本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置的充电原理为：
[0091]
1、当待充电汽车停靠在停车位后，位于控制箱体上的摄像头检测到待充电车辆及其充电口位置，机械臂准备运动。
[0092]
2、充电机械臂的运动根据检测到的充电口位置信息，位于控制箱的电动推杆驱动电机22开始转动，、电动推杆伸缩杆23开始伸长，由于电动推杆末端固定接头24与矩形臂11相连，它带动着矩形臂11运动，矩形臂7固定连接在控制箱体上，由于矩形臂的重力作用，矩形臂10、9、8其实随矩形臂11一起向下运动，待矩形臂8运动到矩形臂7的轴肩处，矩形臂8停止运动。矩形臂9、10、11继续向下运动，待矩形臂9运动到矩形臂8的轴肩处，矩形臂9停止向下运动。矩形臂10、11重复上述运动，从而使伸缩机械臂处于合适长度。
[0093]
安装在控制箱体上的摄像头拍摄车辆的图像信息，得到充电口相对于车辆的三维坐标(u，v，w)(以车辆后轴中心为车辆坐标系原点，指向车头方向为u轴正向，指向左后轮方向为v轴正向，垂直地面向上为w轴正向)。然后计算出车辆后轴中心相对于充电机械臂端部(定为空间坐标原点)的三极坐标(x1，y1，z1)，结合已知充电口相对于车辆坐标系的位置坐
标(u，v，w)和车辆位姿，通过坐标转换，得到充电口相对于充电机械臂端部的空间位置坐标(x，y，z)。然后机械臂自旋转电机开始转动，带动充电枪头装置自旋转，使自旋转机械臂、摆动机械臂和充电枪头所在的平面与待充电车辆充电口的平面垂直。然后机械臂摆动电机开始转动，带动与摆动机械臂相连的充电枪头的转动，从而使充电枪头与待充电车辆充电口对接。
[0094]
充电枪头搭载的摄像头会拍摄一组照片，通过图像识别，判断此刻采集到的图片与精准对接的照片是否一致，如果不一致，获取偏转角度作为输入控制枪头旋转电机的旋转角度。控制箱控制充电枪头自旋转电机开始转动，使充电枪头旋转到合适位置，便于完成对接。
[0095]
3、精确对准后，驱动电机控制机械臂继续运动，充电枪头与充电口对接，充电枪头的螺纹使其与充电口固定，进行充电；
[0096]
4、充电完成后，位于关节里的电机协作控制充电枪退出充电口，然后再由控制箱里的驱动电机控制伸缩机械臂运动，使矩形臂收缩，机械充电臂一个工作过程完成。
[0097]
本发明还提供一种可伸缩的自动充电枪装置的充电方法，包括：
[0098]
s1，获取电车辆位置和充电口的位置。
[0099]
s2，根据所述车辆位置和所述充电口的位置驱动可伸缩矩形臂模块进行伸长。
[0100]
s3，当所述可伸缩矩形臂模块达到最大长度时，根据所述车辆位置和所述充电口的位置，驱动机械臂自旋转电机15带动自旋转机械臂16、摆动机械臂18和充电枪头20旋转，使所述自旋转机械臂16、摆动机械臂18和充电枪头20所在的平面与所述充电口的平面垂直。
[0101]
s4，驱动机械臂摆动电机17带动所述摆动机械臂18、充电枪头20转动，使所述充电枪头20与所述充电口对接。
[0102]
s4之后还包括：
[0103]
利用充电枪搭载摄像头21获取所述充电口的图像。
[0104]
根据所述充电口的图像，判断所述充电枪头20是否与所述充电口对准。
[0105]
若所述充电枪头20与所述充电口对准，则完成所述充电枪头20与所述充电口对接。
[0106]
若所述充电枪头20与所述充电口没有对准，则驱动充电枪头自旋转电机19开始转动，使所述充电枪头20旋转到设定位置，完成对接。
[0107]
作为一个具体的实施例，本发明所提供的一种可伸缩的自动充电枪装置的充电方法具体包括以下步骤：
[0108]
1.当待充电汽车停靠在停车位后，位于控制箱1上的摄像头检测到待充电车辆及其充电口位置，机械臂准备运动。
[0109]
2.充电矩形臂的运动
[0110]
2.1.根据检测到的充电口位置信息，位于控制箱的驱动电机2开始转动，与矩形臂11相连的两根驱动绳索12的驱动电机2开始正转，收放线装置开始放线，与矩形臂11连接的驱动绳索12牵引矩形臂11向下运动，待矩形臂伸缩最大长度时，控制矩形臂10运动的驱动电机2开始转动，矩形臂10完成矩形臂11的运动过程。重复上述运动使矩形臂11、10、9、8、7依次伸开，使伸缩机械臂处于合适长度。
[0111]
2.2.安装在控制箱1上的摄像头拍摄车辆的图像信息，得到充电口相对于车辆的三维坐标(u，v，w)(以车辆后轴中心为车辆坐标系原点，指向车头方向为u轴正向，指向左后轮方向为v轴正向，垂直地面向上为w轴正向)。然后计算出车辆后轴中心相对于充电机械臂端部(定为空间坐标原点)的三极坐标(x1，y1，z1)，结合已知充电口相对于车辆坐标系的位置坐标(u，v，w)和车辆位姿，通过坐标转换，得到充电口相对于充电机械臂端部的空间位置坐标(x，y，z)。然后机械臂自旋转电机15开始转动，带动充电枪头20自旋转，使自旋转机械臂16、摆动机械臂18和充电枪头20所在的平面与待充电车辆充电口的平面垂直。然后机械臂摆动电机17开始转动，带动与摆动机械臂18相连的充电枪头20的转动，从而使充电枪头20与待充电车辆充电口对接。
[0112]
2.3.充电枪头20搭载摄像头会拍摄一组照片，通过图像识别，判断此刻采集到的图片与精准对接的照片是否一致，如果不一致，获取偏转角度作为输入控制枪头旋转电机的旋转角度。控制箱控制充电枪头自旋转电机19开始转动，使充电枪头20旋转到合适位置，便于完成对接。
[0113]
3、精确对准后，驱动电机2控制机械臂继续运动，充电枪头20与充电口对接，充电枪头20的螺纹使其与充电口固定，进行充电；
[0114]
4、充电完成后，位于关节里的电机协作控制充电枪退出充电口，然后再由控制箱里的驱动电机2控制伸缩机械臂运动，使矩形臂收缩，机械充电臂一个工作过程完成。
[0115]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0116]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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