一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人的制作方法

1.本实用新型涉及电动汽车充电技术领域，特别涉及一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人。


背景技术：

2.电动汽车作为一种新型交通工具，在缓解能源危机、促进人类与环境的和谐发展，具有传统汽车不可比拟的优势，目前已成为各国政府、汽车制造商、能源企业关注的焦点。我国新能源汽车行业发展迅猛，其中以纯电为动力的电动汽车占了大部分的市场份额，电动汽车的续航里程已超过500km，加之对电动汽车的鼓励等利好因素，预测电动汽车的应用会逐渐普及。家用电动汽车多在白天行驶且每日的行驶里程不高，电动汽车的晚间充电需求会非常普遍。当前普遍采用的是位置固定充电桩设计方案，既电动汽车找充电桩，这样每台电动汽车对应需要一台充电桩，建设成本极高，充电桩不用的时候也会造成极大浪费。
3.随着电动汽车的普及，电动汽车将大规模接入电网充电，对电力系统的运行和规划产生不可忽视的影响，且这种影响主要体现在配电网和微网层面。为了提高供电系统效率，我国已逐步开始实施高峰、平段、低谷等多个时段电价阶梯计费，峰、谷之间的价差有的达50％以上。利用23：00～次日7：00这个长达8小时的低谷时段为电动汽车充电，不仅可以为电动汽车用户节约大量的用车成本，也可以提高国家供电系统效率。
4.当电动汽车电池电量处于10
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20％，续航里程剩50
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100公里的时候，驾驶者将会产生里程焦虑。这时，电动汽车用户会开始寻找充电桩，并试图将汽车充满电。但是，将电量耗尽之后又充满，对于电池的使用寿命将会极大损害。从电动汽车电池保养的角度，不要等到将汽车电池电量完全耗尽，也不要充满，充电电量达到70％—80％，是最有利电池寿命的。
5.根据当前产品化的快速电动汽车充电桩产品，可以在十几分钟到三十分钟内完成70％—80％的充电容量的参数保守估测，8小时的低谷时段可以为15
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20辆电动汽车充电。
6.基于以上因素，本实用新型开发了一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人，能够在用电低谷自动找车充电。
8.本实用新型的技术方案为：一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人，包括轮式循迹机器人、充电桩、机械手和充电插头，所述充电桩安装在轮式循迹机器人上，机械手安装在充电桩上，所述充电插头设置于机械手的端部，所述机械手的端部还设有用于识别电动汽车充电插口环形识别圈的摄像头，所述轮式循迹机器人包括运输车，所述运输车包括本体、两个驱动轮和一个万向轮，本体上设有驱动组件、主控制器、定位装置、循迹传感器和电源，主控制器与驱动组件、工位传感器、循迹传感器和电源连接，所述地面上设有轨迹，所述运输车沿轨迹行走。其中，轮式循迹机器人搭载充电桩、机械手和充电插头在预定的轨迹上运输，实现给电动汽车充电，如需改变行驶轨迹，只需重新设计地面的轨迹，操作简便，
两个驱动轮和一个万向轮的设计能够提高运输车转向的灵活性，简化转向结构设计。
9.所述驱动轮位于本体后部的两侧，所述万向轮位于本体前部的中心位置。
10.所述运输车还包括支撑轮，所述支撑轮位于本体前部的两侧，所述支撑轮为悬空设计。其中，支撑轮用于运输车转弯时提供支撑，防止运输车侧翻。
11.所述本体上还设有障碍检测传感器，所述障碍检测传感器采用超声波测距器。主控制器接收超声波测距器的检测信号并处理得到前方障碍距离，判断前进或停止。
12.所述驱动组件包括两个带编码器的电动机，每个电动机分别独立控制一个驱动轮。其中，运输车需要转向时，通过驱动组件给两个驱动轮提供不同的速度来实现。电动机采用带编码器的直流电动机，驱动轮由带编码器的直流电动机驱动，当直流电动机在内置的驱动板的控制下转动时，编码器发出的反馈脉冲由驱动板反馈到主控制器，主控制器通过2个直流电动机的编码器反馈的脉冲个数，就可以粗略判断出机器人所在位置，配合工位前的线段编码，就可以实现机器人在对应工位的准确定位。
13.所述地面的轨迹采用磁性油漆或电缆，所述轨迹以线段编码方式设计。其中，运输车沿轨迹行驶，在指定工位以线段编码方式画线，可命令运输车在中途顶点停留。
14.所述循迹传感器采用红外线循迹传感器，两个循迹传感器位于本体的前部两侧，所述主控制器采用单片机。
15.所述充电桩上设有母线，所述母线与电网连接，充电插头通过电缆与母线连接。
16.所述机械手包括第一机械臂、第二机械臂，所述第一机械臂的一端通过第一伺服电机固定在充电桩上，第一机械臂的另一端与第二机械臂的一端铰接，第一机械臂与第二机械臂的铰接处设有第二伺服电机，所述第二机械臂的另一端与充电插头连接，第二机械臂与充电插头的连接处设有第三伺服电机。
17.所述第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机均通过电线连接主控制器。
18.一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人的使用过程为：
19.1.电动汽车驶入停车位；
20.2.电动汽车用户在手机充电app上输入停车位号，预约充电时间段；
21.3.电动汽车充电桩循迹机器人根据用户预约的时间段和先后顺序，自动循迹行驶到当前待充电车辆的车位处。电动汽车充电桩循迹机器人定位采用地面循迹方式，实现固定路线运动，利用车轮发出的脉冲计数，实现车位识别，再利用指向车位的线段定位停止的位置。
22.4.电动汽车充电桩循迹机器人的机械手寻找充电插口特征标志位置，并将充电插头插入车辆充电插口。利用贴在车辆充电口的荧光识别标志，引导机械手将充电插头准确插入车辆充电口，电动汽车充电桩循迹机器人通过电动汽车bms系统，自动识别汽车vin，开启充电，计算出充电时间和金额通过充电app反馈给电动汽车用户。
23.5.根据用户需求完成充电后，电动汽车充电桩循迹机器人自动结束订单，在充电app上生成支付信息，等待电动汽车用户付款，机器人的机械手自动拔出并复位。
24.6.电动汽车充电器(桩)机器人自动运动到下一车位，为后续车辆充电。
25.本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
26.本自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人，充电桩和充电插头安装在轮式循迹机器人上，在用电低谷期时段利用自动移动的机器人为多辆车充电，可以降低停车场充电设
施的建设成本，可以降低车主用车成本，有利于普及电动车应用，提高环保水平。电动汽车实现错峰用电，大幅度降低电动车用户的用车成本，缓解供电系统调度压力，提高电力系统使用效率，降低电力系统建设成本(电力系统储备功率与时区平均用电量成正比)，提高发电厂电能利用率。
27.本自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人采用循迹方式，系统结构简单、成本低、定位精准。可以与手机客户端app连接，采用先充电，后支付的方式，汽车用户可以远程移动支付，解决了充电桩所在位置手机信号不好(例如在地下停车库)时，手机不能扫描导致汽车不能充电的问题，也解决了当用户余额不足，自动断电，就算用户充值后也不能自动开启充电的问题。
28.本自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人，能够实现充电桩自动找车，能为小区停车场多辆汽车自动进行自动充电，特别是在夜间，在为一台车充电到70％—80％后自动寻找下一台需要充电的汽车，极大地提高了国家供电系统效率，降低了充电成本，方便了电动汽车车主，实现了资源的最大利用。轮式循迹机器人采用在地面设置轨迹的方式，低成本的实现了在预定轨迹上的行走。如果需要改变行驶轨迹，只需重新使用油漆画线或铺设地面引导电缆，工作过程极其简单。轨迹采用线段编码方式，定位精度高，降低成本。运输车采用五轮设计，简化操控设计。
附图说明
29.图1为本自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人的结构示意图。
30.图2为充电插口的结构示意图。
31.图3为轮式循迹机器人的结构示意图。
32.图4为轮式循迹机器人的控制逻辑图。
33.图5为本自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人的工作场地示意图。
34.其中，图中所示，1为驱动轮、2为支撑轮、3为万向轮、4为定位装置、5为循迹传感器、6为障碍检测传感器、7为本体、8为充电桩、9为机械手、10为充电插头、11为母线、12为电缆、13为摄像头、14为第一机械臂、15为第二机械臂、16为自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人、17为轨迹。
具体实施方式
35.下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
36.实施例
37.本实施例一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人，如图1
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4所示，包括轮式循迹机器人、充电桩8、机械手9和充电插头10，所述充电桩安装在轮式循迹机器人上，机械手安装在充电桩上，所述充电插头设置于机械手的端部，所述机械手的端部还设有用于识别电动汽车充电插口环形识别圈的摄像头13，所述轮式循迹机器人包括运输车，所述运输车包括本体7、两个驱动轮1和一个万向轮3，本体上设有驱动组件、主控制器、定位装置4、循迹传感器5和电源，主控制器与驱动组件、工位传感器、循迹传感器和电源连接，所述地面上设有轨迹，所述运输车沿轨迹行走。其中，轮式循迹机器人搭载充电桩、机械手和充电插头在
预定的轨迹上运输，实现给电动汽车充电，如需改变行驶轨迹，只需重新设计地面的轨迹，操作简便，两个驱动轮和一个万向轮的设计能够提高运输车转向的灵活性，简化转向结构设计。摄像头通过贴在电动汽车充电插口上的环形识别圈引导机械手和充电插头，将充电插头准确插入电动汽车充电插口。
38.所述驱动轮位于本体后部的两侧，所述万向轮位于本体前部的中心位置。
39.所述运输车还包括支撑轮2，所述支撑轮位于本体前部的两侧，所述支撑轮为悬空设计。其中，支撑轮用于运输车转弯时提供支撑，防止运输车侧翻。
40.所述本体上还设有障碍检测传感器6，所述障碍检测传感器采用超声波测距器。主控制器接收超声波测距器的检测信号并处理得到前方障碍距离，判断前进或停止。
41.所述驱动组件包括两个带编码器的电动机，每个电动机分别独立控制一个驱动轮。其中，运输车需要转向时，通过驱动组件给两个驱动轮提供不同的速度来实现。电动机采用带编码器的直流电动机，驱动轮由带编码器的直流电动机驱动，当直流电动机在内置的驱动板的控制下转动时，编码器发出的反馈脉冲由驱动板反馈到主控制器，主控制器通过2个直流电动机的编码器反馈的脉冲个数，就可以粗略判断出机器人所在位置，配合工位前的线段编码，就可以实现机器人在对应工位的准确定位。
42.所述地面的轨迹采用磁性油漆或电缆12，所述轨迹以线段编码方式设计。其中，运输车沿轨迹行驶，在指定工位以线段编码方式画线，可命令运输车在中途顶点停留。
43.所述循迹传感器采用红外线循迹传感器，两个循迹传感器位于本体的前部两侧，所述主控制器采用单片机。
44.所述充电桩上设有母线11，所述母线与电网连接，充电插头通过电缆与母线连接。
45.所述机械手包括第一机械臂14、第二机械臂15，所述第一机械臂的一端通过第一伺服电机固定在充电桩上，第一机械臂的另一端与第二机械臂的一端铰接，第一机械臂与第二机械臂的铰接处设有第二伺服电机，所述第二机械臂的另一端与充电插头连接，第二机械臂与充电插头的连接处设有第三伺服电机。
46.所述第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机均通过电线连接主控制器。第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机控制第一机械臂、第二机械臂和充电插头，机械手采用多臂杆铰接的方式更为灵活地实现拔插充电插头。
47.上述一种自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人的使用过程为：
48.1.电动汽车驶入停车位；
49.2.电动汽车用户在手机充电app上输入停车位号，预约充电时间段；
50.3.电动汽车充电桩循迹机器人根据用户预约的时间段和先后顺序，自动循迹行驶到当前待充电车辆的车位处。电动汽车充电桩循迹机器人定位采用地面循迹方式，实现固定路线运动，利用车轮发出的脉冲计数，实现车位识别，再利用指向车位的线段定位停止的位置。
51.4.电动汽车充电桩循迹机器人的机械手寻找充电插口特征标志位置，并将充电插头插入车辆充电插口。利用贴在车辆充电口的荧光识别标志，引导机械手将充电插头准确插入车辆充电口，电动汽车充电桩循迹机器人通过电动汽车bms系统，自动识别汽车vin，开启充电，计算出充电时间和金额通过充电app反馈给电动汽车用户。
52.5.根据用户需求完成充电后，电动汽车充电桩循迹机器人自动结束订单，在充电
app上生成支付信息，等待电动汽车用户付款，机器人的机械手自动拔出并复位。
53.6.电动汽车充电器(桩)机器人自动运动到下一车位，为后续车辆充电。
54.电动汽车充电桩循迹机器人的工作场地示意图如下图5所示。自动移动的电动汽车充电桩循迹机器人16沿停车场地面划定的轨迹17，依据用户预约的充电度数或充电量、用车时间数据和当前时间自动运动到当前待充电车辆的车位处，由机械手上的摄像头寻找充电插口特征标志位置，并将充电插头插入车辆充电插口，为车辆充电。完成当前车辆充电后，自动运动到下一车位，为后续车辆充电。
55.如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。