一种新能源汽车自识别无介入式充电桩及自动充电方法与流程

1.本发明涉及充电桩领域，具体是涉及一种新能源汽车自识别无介入式充电桩。本发明还涉及一种新能源汽车自动充电方法。


背景技术：

2.由于新能源汽车充电时间较长，所以需要频繁充电，目前的新能源汽车的车主们，通常将汽车停靠在具有充电桩的停车位之后，会主动将充电桩上的充电手柄插入车身上的充电接口，然后对汽车进行充电。
3.但是，由于城市里的停车位越发紧张，导致立体车库越来越多，而对于新能源汽车的车主们来说，立体车库是一个无法充电的地方。尽管，现有专利申请号cn201210032349.4公开的“一种带电动汽车自动充电设施的机械式立体车库”为新能源汽车的车主们提供了在立体车库充电的技术方案，但是该技术方案具有一个使其难以实施的缺陷，即：需要为每一个载车板安装台板供电系统，但是新能源汽车的数量不多，大部分载车板上的台板供电系统长期空置，使得投资的回收周期非常漫长，甚至可能亏本。
4.如果想要减少供电系统的数量，尽量做到供电系统的数量与可能停靠的新能源汽车的数量相一致，就得实现某些载车板只为新能源汽车提供服务，但是燃油汽车的车主不会在意哪些载车板是新能源汽车专用的，通常会直接混用，造成燃油车停靠在具有供电系统的载车板上，而新能源汽车没有相应的载车板使用的问题。
5.如果由载车板智能地将新能源汽车自动送入具有供电系统的车位，就需要有人在车位上给新能源汽车插入充电手柄，而立体车库的高处是没有工作人员的，也没有可供车主行走的空间，因此，需要一种能够自动将充电手柄插入到新能源汽车充电口中的充电桩。
6.目前，专利申请号cn201910506364.x公开了一种基于图像的加油机器人视觉引导的方法，这意味着可以通过机器人自动地将加油枪插入到加油口中。但是通过机器人自动地将充电枪插入到充电口中却没有那么容易，因为插拔过加油枪和充电枪的人都知道，加油枪插入到加油口中不需要精确对准，还能够上下左右改变角度，而充电枪插入到充电口中则需要精确对准，还需要施加一定的力量才能够插拔，因为充电枪需要与充电口密闭连接，使其具有防雨、防虫的效果。因此，使用现有的机器人插拔充电枪尚不够精确、可靠。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
8.本技术提供一种新能源汽车自识别无介入式充电桩，包括，电源，其用于提供为新能源汽车充电的电力；以及至少一个充电枪组件，其与电源电连接，用以插接在新能源汽车的充电口中；自识别无介入式充电桩还包括，机器人，其输出端可环绕新能源汽车的周身移动；以及直线驱动器，其设置在机器人的输出端；以及浮动导向机构，其非工作部设置在机器人的输出端，其工作部具有彼此之间柔性连接的两端，浮动导向机构的工作部的一端与直线驱动器的输出端连接；以及充电枪夹爪，其设置在浮动导向机构的工作部的另一端，充
电枪夹爪用于夹持充电枪组件；以及视觉引导系统，其用于引导机器人的输出端移动使其驱使被充电枪夹爪夹持的充电枪组件对准充电口。
9.优选的，浮动导向机构包括，导向筒，其设置在机器人的输出端，导向筒上设置有贯穿导向筒的圆孔，导向筒上还设置有自圆孔的内壁径向朝内延伸的突起，突起的轴向截面为圆环形状，突起的径向截面为山丘形状；以及导向杆，其同轴设置在导向筒内部，导向杆是圆杆形状，导向杆与突起形成的圆孔滑动配合，导向杆的一端与直线驱动器的输出端柔性连接，导向杆的另一端与充电枪夹爪固定连接。
10.优选的，浮动导向机构还包括滑块，其可滑动地设置在圆孔内部，滑块位于直线驱动器的输出端和导向杆之间，滑块朝向导向杆的一面设置有碗型凹槽，导向杆朝向滑块的一端设置有球头，球头与滑块磁性连接。
11.优选的，导向杆的中端设置有球体，球体位于突起远离直线驱动器输出端的一侧，直线驱动器的输出端位于初始位置时，球体的外球面与突起的外周面抵靠。
12.优选的，导向杆包括，第一杆，球头设置在第一杆的一端，第一杆的另一端与球体螺纹连接，第一杆与突起形成的圆孔滑动配合；以及与第一杆同轴的第二杆，球体设置在第二杆的一端，第二杆的另一端与充电枪夹爪固定连接。
13.优选的，浮动导向机构还包括配重件，充电枪夹爪的重心位于导向筒的轴线上，配重件与充电枪夹爪固定连接并且偏离导向筒的轴线。
14.优选的，浮动导向机构还包括拉压力传感器，直线驱动器的输出端通过拉压力传感器与滑块连接。
15.优选的，自识别无介入式充电桩还包括，至少一个摄像头，其设置在新能源汽车的周身旁侧；以及工业电脑，其与每个摄像头通讯连接，工业电脑运行时对摄像头传输的图像信号进行处理以识别充电口的种类和新能源汽车的车牌号。
16.优选的，电源包括电源本体和充电枪支架，充电枪组件包括枪头和电源线，枪头通过电源线与电源本体电连接，充电枪支架与枪头插接。
17.本技术还提供一种新能源汽车自识别无介入式充电桩的自动充电方法，自识别无介入式充电桩包括，电源，其用于提供为新能源汽车充电的电力；以及至少一个充电枪组件，其与电源电连接，用以插接在新能源汽车的充电口中；以及机器人，其输出端可环绕新能源汽车的周身移动；以及直线驱动器，其设置在机器人的输出端；以及浮动导向机构，其设置在机器人的输出端，浮动导向机构具有柔性连接的两端，浮动导向机构的一端与直线驱动器的输出端连接；以及充电枪夹爪，其设置在浮动导向机构的另一端，充电枪夹爪用于夹持充电枪组件；以及视觉引导系统，其用于引导机器人的输出端移动使其驱动充电枪夹爪夹持的充电枪组件对准充电口；以及至少一个摄像头，其设置在新能源汽车的周身旁侧；以及工业电脑，其与每个摄像头通讯连接，工业电脑运行时对摄像头传输的图像信号进行处理以识别充电口的种类和新能源汽车的车牌号；自动充电方法包括以下步骤：s1，自动识别新能源汽车；s1a，工业电脑通过摄像头传输的照片识别充电口的种类；s1b，工业电脑通过摄像头传输的照片识别新能源汽车的车牌号；s2，自动插入充电枪组件；s2a，工业电脑根据充电口的种类选择合适的充电枪组件并将其位置发送给机器人；s2b，机器人驱动充电枪夹爪移动至合适的充电枪组件旁侧，充电枪夹爪夹紧充电枪组件；s2c，机器人驱动充电枪夹爪移动，使得充电枪夹爪带动充电枪组件移动至充电口的旁侧，并且充电枪组件对准充
电口；s2d，直线驱动器通过浮动导向机构驱动充电枪夹爪朝向充电口移动，充电枪组件通过浮动导向机构自适应地插入到充电口中。
18.本技术通过浮动导向机构连接充电枪夹爪和用于驱动充电枪夹爪直线移动的直线驱动器，使得本技术可以使用现有的机器人视觉引导系统将充电枪组件自动地对准充电口，然后直线驱动器驱动充电枪组件使其自适应地调整自身的角度并且平滑地插入至充电口内部，接着通过电源、充电枪组件、充电口向新能源汽车充电，从而实现了新能源汽车自识别无介入式充电的功能。
附图说明
19.图1是一种实现本发明的自识别无介入式充电桩应用于垂直升降式立体停车库中的侧视图；
20.图2是一种实现本发明的自识别无介入式充电桩应用于垂直升降式立体停车库中的主视图；
21.图3是一种实现本发明的自识别无介入式充电桩应用于垂直升降式立体停车库中的俯视图；
22.图4是一种实现本发明的自识别无介入式充电桩应用于垂直升降式立体停车库中的立体图；
23.图5是一种实现本发明的自识别无介入式充电桩隐去机器人后的立体图；
24.图6是图5的a处局部放大图；
25.图7是一种实现本发明的柔性插拔装置和充电枪组件的立体图；
26.图8是一种实现本发明的柔性插拔装置夹持充电枪组件待对准充电口时的立体图；
27.图9是一种实现本发明的柔性插拔装置夹持充电枪组件对准充电口的立体图；
28.图10是一种实现本发明的柔性插拔装置夹持充电枪组件插入充电口时的立体图；
29.图11是一种实现本发明的柔性插拔装置夹持充电枪组件对准充电口的剖视图；
30.图12是一种实现本发明的柔性插拔装置夹持充电枪组件插入充电口时的剖视图；
31.图13是图12的b处局部放大图；
32.图中标号为：
[0033]1‑
新能源汽车；1a
‑
充电口；
[0034]2‑
电源；2a
‑
电源本体；2b
‑
充电枪支架；2b1
‑
立柱；2b2
‑
承板；2b3
‑
卡条；
[0035]3‑
充电枪组件；3a
‑
枪头；3a1
‑
卡槽；3b
‑
电源线；3c
‑
定位部；3c1
‑
定位孔；
[0036]4‑
机器人；4a
‑
天车；4b
‑
轨道车；4c
‑
电动推杆；4d
‑
电机；
[0037]5‑
柔性插拔装置；5a
‑
直线驱动器；5b
‑
充电枪夹爪；5b1
‑
电动旋转夹爪；5b2
‑
夹具；5b3
‑
定位销；5c
‑
导向筒；5c1
‑
圆孔；5c2
‑
突起；5d
‑
导向杆；5d1
‑
球头；5d2
‑
球体；5d3
‑
第一杆；5d4
‑
第二杆；5e
‑
滑块；5e1
‑
碗型凹槽；5g
‑
配重件；5f
‑
拉压力传感器；
[0038]6‑
摄像头。
具体实施方式
[0039]
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优
选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0040]
为了解决如何自动地给新能源汽车充电的技术问题，如图1至图13所示，提供一种新能源汽车自识别无介入式充电桩，其适用于如图1至图4所示的垂直升降式立体停车库，在每个新能源汽车停车位的旁侧均设置有一个自识别无介入式充电桩，其包括，电源2，其用于提供为新能源汽车1充电的电力；以及至少一个充电枪组件3，其与电源2电连接，用以插接在新能源汽车1的充电口1a中；自识别无介入式充电桩还包括，机器人4，其输出端可环绕新能源汽车1的周身移动；以及直线驱动器5a，其设置在机器人4的输出端；以及浮动导向机构，其非工作部设置在机器人4的输出端，其工作部具有彼此之间柔性连接的两端，浮动导向机构的工作部的一端与直线驱动器5a的输出端连接；以及充电枪夹爪5b，其设置在浮动导向机构的工作部的另一端，充电枪夹爪5b用于夹持充电枪组件3；以及视觉引导系统，其用于引导机器人4的输出端移动使其驱使被充电枪夹爪5b夹持的充电枪组件3对准充电口1a。
[0041]
充电枪组件3具有多个，并且针对每一种形状的充电口1a均有一个对应形状的充电枪组件3，多个充电枪组件3通过一个电源2供电，从而使得该充电桩可以对多种新能源汽车1充电。
[0042]
直线驱动器5a采用伺服电动推杆，直线驱动器5a、浮动导向机构和充电枪夹爪5b构成了柔性插拔装置5，机器人4用于驱动柔性插拔装置5环绕新能源汽车1的周身移动，使得充电枪组件3对准充电口1a，机器人4通过视觉引导系统识别充电口1a，并且引导充电枪组件3使其基本上与充电口1a对准。
[0043]
柔性插拔装置5用于驱动充电枪夹爪5b夹持的充电枪组件3插入到充电口1a中，并且插拔的过程中充电枪组件3可以跟随充电口1a的形状自适应地滑动，从而避免机械插拔的过程中充电枪组件3或者充电口1a损坏。
[0044]
需要说明的是，上述结构及其工作原理也适用于普通的新能源汽车充电站，只是目前的使用和维护成本均高于人工服务或者自助服务。
[0045]
视觉引导系统的工作原理已在背景技术中说明，此处不做累述。
[0046]
为了解决如何构成浮动导向机构的技术问题，如图11至图13所示，提供以下优选技术方案：
[0047]
浮动导向机构包括，导向筒5c，其设置在机器人4的输出端，导向筒5c上设置有贯穿导向筒5c的圆孔5c1，导向筒5c上还设置有自圆孔5c1的内壁径向朝内延伸的突起5c2，突起5c2的轴向截面为圆环形状，突起5c2的径向截面为山丘形状；以及导向杆5d，其同轴设置在导向筒5c内部，导向杆5d是圆杆形状，导向杆5d与突起5c2形成的圆孔滑动配合，导向杆5d的一端与直线驱动器5a的输出端柔性连接，导向杆5d的另一端与充电枪夹爪5b固定连接。
[0048]
具体的，导向杆5d可以在突起5c2形成的圆孔中沿着导向筒5c的轴线滑动，同时也可以与导向筒5c的轴线具有一定的角度，从而倾斜地在导向筒5c中滑动，进而使得直线驱动器5a通过导向杆5d驱动充电枪夹爪5b直线移动时，充电枪夹爪5b的移动轨迹可以自适应地改变一定的角度，从而使得充电枪组件3可以更容易地插入到充电口1a中。
[0049]
为了解决如何使得导向杆5d的一端与直线驱动器5a的输出端柔性连接的技术问题，如图11和图12所示，提供以下优选技术方案：
[0050]
浮动导向机构还包括滑块5e，其可滑动地设置在圆孔5c1内部，滑块5e位于直线驱动器5a的输出端和导向杆5d之间，滑块5e朝向导向杆5d的一面设置有碗型凹槽5e1，导向杆5d朝向滑块5e的一端设置有球头5d1，球头5d1与滑块5e磁性连接。
[0051]
具体的，滑块5e是永磁体，球头5d1是铁磁性材料，直线驱动器5a的输出端通过滑块5e和球头5d1柔性连接，直线驱动器5a工作驱动滑块5e在圆孔5c1中轴向滑动，滑块5e推拉球头5d1使得导向杆5d在突起5c2形成的圆孔中滑动，导向杆5d适应性地倾斜时，球头5d1在碗型凹槽5e1中滑动。
[0052]
或者，导向杆5d可以是一整根挠性的圆杆，其与滑块5e铰接，也能实现与上述结构相同的功能和效果。
[0053]
由于导向杆5d的两端均是浮动的，这就使得导向杆5d安装有充电枪夹爪5b的一端其位置不确定，从而使得机器人4难以通过视觉引导系统将充电枪夹爪5b夹持的充电枪组件3对准充电口1a，为了解决这一技术问题，提供以下优选技术方案：
[0054]
导向杆5d的中端设置有球体5d2，球体5d2位于突起5c2远离直线驱动器5a输出端的一侧，直线驱动器5a的输出端位于初始位置时，球体5d2的外球面与突起5c2的外周面抵靠。
[0055]
具体的，如图11所示，圆孔5c1与突起5c2构成了两个圆锥形的孔，直线驱动器5a的输出端处于初始位置，球体5d2的球面与其中一个圆锥形孔的孔壁抵靠，从而使得球体5d2的球心位于圆孔5c1的轴线上，同时，滑块5e与突起5c2之间的距离最大，从而使得球头5d1的球心也位于圆孔5c1的轴线上，进而使得导向杆5d得以定位，从而确定充电枪夹爪5b的位置。
[0056]
由于导向杆5d具有球头5d1和球体5d2这两个大于突起5c2形成的圆孔直径的部位，并且球头5d1和球体5d2分别位于突起5c2的两侧，为了解决如何将导向杆5d安装在导向筒5c内部的技术问题，如图11和12所示，提供以下优选技术方案：
[0057]
导向杆5d包括，第一杆5d3，球头5d1设置在第一杆5d3的一端，第一杆5d3的另一端与球体5d2螺纹连接，第一杆5d3与突起5c2形成的圆孔滑动配合；以及与第一杆5d3同轴的第二杆5d4，球体5d2设置在第二杆5d4的一端，第二杆5d4的另一端与充电枪夹爪5b固定连接。
[0058]
具体的，导向杆5d分为由球头5d1和第一杆5d3构成的一部分，以及由球体5d2和第二杆5d4构成的另一部分，从而使得导向杆5d得以安装在导向筒5c内部，并且突起5c2位于球头5d1和球体5d2之间。
[0059]
由于球头5d1与滑块5e之间是通过磁力连接的，所以导向杆5d可以自由旋转，从而导致充电枪夹爪5b的角度不确定，进而使得充电枪夹爪5b难以夹持充电枪组件3，为了解决这一技术问题，如图11和12所示，提供以下优选技术方案：
[0060]
浮动导向机构还包括配重件5g，充电枪夹爪5b的重心位于导向筒5c的轴线上，配重件5g与充电枪夹爪5b固定连接并且偏离导向筒5c的轴线。
[0061]
具体的，配重件5g通过自身的重力牵引充电枪夹爪5b旋转，使得非工作状态下，充电枪夹爪5b始终保持规定的角度。
[0062]
或者，充电枪夹爪5b的重心偏离导向筒5c的轴线，从而使得非工作状态下，充电枪夹爪5b受自身重力影响始终保持规定的角度。
[0063]
浮动导向机构还包括拉压力传感器5f，直线驱动器5a的输出端通过拉压力传感器5f与滑块5e连接。
[0064]
充电枪夹爪5b的输出端通过连杆、拉压力传感器5f与滑块5e连接，拉压力传感器5f通过控制器与直线驱动器5a通讯连接，拉压力传感器5f用于感应直线驱动器5a的输出力，在充电枪组件3已经完全插入充电口1a中时，直线驱动器5a停止工作。
[0065]
为了解决如何自动识别新能源汽车1，使得机器人4可以选择与充电口1a形状吻合的充电枪组件3的技术问题，如图5和图6所示，提供以下优选技术方案：
[0066]
自识别无介入式充电桩还包括，至少一个摄像头6，其设置在新能源汽车1的周身旁侧；以及工业电脑，其与每个摄像头6通讯连接，工业电脑运行时对摄像头6传输的图像信号进行处理以识别充电口1a的种类和新能源汽车1的车牌号。
[0067]
具体的，工业电脑包括处理器和存储介质，存储介质内存储有车牌识别程序、充电口识别程序以及所有种类充电口的形状特征。
[0068]
充电口识别程序被处理器执行时，将存储介质内存储的所有种类充电口的形状特征与摄像头6传输的充电口照片进行比较，判断充电口1a的种类，然后将识别结果传输至机器人4，使得机器人4可以选择合适的充电枪组件3。
[0069]
电源2内置有计费系统，车牌识别程序被处理器执行时，将车牌号发送给计费系统，计费系统将电费与车牌号配对，使得车主可以在缴纳停车费时一并缴纳充电费用。
[0070]
现有的充电桩通常有用于放置充电枪组件3的支架，而现有的充电桩通常只有两个枪头，也就是只有两个支架，为了解决当充电枪组件3具有三个以上时，一个充电枪组件3被机器人4通过充电枪夹爪5b夹持，其他的充电枪组件3如何放置的技术问题，如图6所示，提供以下优选技术方案：
[0071]
电源2包括电源本体2a和充电枪支架2b，充电枪组件3包括枪头3a和电源线3b，枪头3a通过电源线3b与电源本体2a电连接，充电枪支架2b与枪头3a插接。
[0072]
具体的，电源本体2a采用现有的新能源汽车充电桩。
[0073]
充电枪支架2b包括立柱2b1；以及承板2b2，其水平设置在立柱2b1的顶端；以及两个卡条2b3，其竖直设置在承板2b2的两侧；枪头3a的两侧面设置有与卡条2b3滑动配合的卡槽3a1。
[0074]
机器人4通过充电枪夹爪5b将枪头3a夹取，然后将枪头3a竖直向上提升，即可从充电枪支架2b上取出充电枪组件3，同理，将卡槽3a1对准卡条2b3，然后将枪头3a竖直向下放置，即可将充电枪组件3放回到充电枪支架2b上。
[0075]
或者，充电枪支架2b也可以是与枪头3a的插接部位形状吻合的插槽，机器人4可以将枪头3a倾斜向下或者竖直向下插入到插槽内部，也可以实现定位充电枪组件3的目的。
[0076]
为了解决充电枪夹爪5b如何夹取充电枪组件3的技术问题，如图6和图7所示，提供以下优选技术方案：
[0077]
充电枪组件3还包括定位部3c，其设置在枪头3a远离充电口1a的一侧，定位部3c上设置有多个定位孔3c1；充电枪夹爪5b包括，电动旋转夹爪5b1，其设置在浮动导向机构远离直线驱动器5a的一端；以及两个夹具5b2，其设置在电动旋转夹爪5b1的输出端，电动旋转夹爪5b1用于驱动夹具5b2夹持在定位部3c的两侧；以及定位销5b3，其设置在每个夹具5b2上，定位销5b3与定位孔3c1插接配合；陀螺仪，其设置在电动旋转夹爪5b1上。
[0078]
具体的，现有的充电枪组件3其形状均设计成便于人手把持的形状，而不便于机械手抓持，因此，有必要设计便于机械手抓持的充电枪组件3，并且为其设计相应的夹具和定位结构。电动旋转夹爪5b1采用伺服旋转电动夹爪，其具有夹持和旋转两个功能，其可以通过夹具5b2和定位销5b3夹紧定位部3c，同时驱动充电枪组件3调整角度。
[0079]
由于电源线3b具有重量，并且电源线3b的重心与枪头3a的重心不一致，因此，在机器人4通过柔性插拔装置5将枪头3a移动至充电口1a的旁侧时，枪头3a可能会受到电源线3b的影响而产生偏转，该偏转不一定能够通过配重件5g自动复位，因此，还需要陀螺仪将电动旋转夹爪5b1的偏转角度传输给控制器，控制器再将电动旋转夹爪5b1的偏转角度反馈给电动旋转夹爪5b1，使得电动旋转夹爪5b1驱动夹具5b2旋转一定的角度以补偿其自身偏转造成的误差。
[0080]
为了解决如何驱动柔性插拔装置5移动，使得充电枪组件3对准充电口1a的技术问题，如图1至图4所示，提供以下优选技术方案：
[0081]
机器人4包括，天车4a，其具有可水平移动的横梁，用于提供x轴直线移动；以及轨道车4b，其可移动的安装在天车4a的横梁上，用于提供y轴直线移动；以及电动推杆4c，其竖直安装在轨道车4b的输出端，用于提供z轴直线移动；以及电机4d，其固定安装在电动推杆4c的输出端，电机4d的输出轴竖直设置，用于提供z轴转动。
[0082]
具体的，上述结构只是机器人4的一种实施方式，其还可以包括更多的轴，从而使得充电枪夹爪具有更多的自由度。
[0083]
上述自识别无介入式充电桩通过以下步骤实现自动充电：
[0084]
s1，自动识别新能源汽车1；
[0085]
s1a，工业电脑通过摄像头6传输的照片识别充电口1a的种类；
[0086]
s1b，工业电脑通过摄像头6传输的照片识别新能源汽车1的车牌号；
[0087]
s2，自动插入充电枪组件3；
[0088]
s2a，工业电脑根据充电口1a的种类选择合适的充电枪组件3并将其位置发送给机器人4；
[0089]
s2b，机器人4驱动充电枪夹爪5b移动至合适的充电枪组件3旁侧，充电枪夹爪5b夹紧充电枪组件3；
[0090]
s2c，机器人4驱动充电枪夹爪5b移动，使得充电枪夹爪5b带动充电枪组件3移动至充电口1a的旁侧，并且充电枪组件3对准充电口1a；
[0091]
s2d，直线驱动器5a通过浮动导向机构驱动充电枪夹爪5b朝向充电口1a移动，充电枪组件3通过浮动导向机构自适应地插入到充电口1a中；
[0092]
s3，自动计费；
[0093]
s3a，记录与车牌号对应的充电电费；
[0094]
s3b，通知车主在取车时缴费，或者
[0095]
s3c，通知车主在驶出停车场时与停车费一同缴费。
[0096]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其
等同物界定。