CN104241948B - 充电接口自动连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由机械臂自动连接充电电源和汽车上充电口的装置。可以不需要人手动连接插头，通过和汽车的无线通信，停车后自动连接充电，开车前自动断开，简化了操作的复杂性。其特征在于，还包括控制系统、摄像装置及机械臂，所述摄像装置设置于所述充电插头，所述充电插头设置于所述机械臂的前端，所述控制系统根据所述摄像装置拍摄的图像信息控制所述机械臂在三维空间移动，将所述充电插头插入充电接口。

Description

充电接口自动连接装置

技术领域

本发明涉及充电接口连接装置,尤其涉及自动连接和断开充电接口的装置。

背景技术

目前，电动汽车充电主要有三种方式：更换电池、无线感应充电和人工插拔电源线。

更换电池已有自动操作的机器人，但是设备复杂造价高，占地大，不适合在普通车位安装。无线感应充电比导线直接充电传输损耗要大，应用在高能耗的汽车上会浪费大量能源。

直接连接电源线到汽车上进行充电，是最常用的方式。但是现在通常是人工插拔电源接头，电动汽车的续航里程通常比内燃机汽车短，需要相对频繁的充电，每次人工插拔不方便。

发明内容

本发明提供一种自动连接充电接口的装置，可以在停车入位后自动连接电源和车辆上的充电口，并在充满电以后或者开车前自动断开，简化充电操作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：充电器的充电插头上设置摄像头，用摄像头来探测车身上的充电口位置，控制机械臂，引导充电插头准确插入充电口。

本发明一方面提供了一种充电接口自动连接装置，包括充电插头，还包括控制系统、摄像装置及机械臂，所述摄像装置设置于所述充电插头，所述充电插头设置于所述机械臂的前端，所述控制系统根据所述摄像装置拍摄的图像信息控制所述机械臂在三维空间移动，将所述充电插头插入充电接口。

在一实施例中，所述机械臂可整体沿第一轴向及第二轴向移动并进而带动所述充电插头沿第一轴向及第二轴向移动；所述机械臂可伸展和折叠，进而带动所述充电插头沿第三轴向移动。

在一实施例中，所述机械臂可为两段式机械臂。在另一实施例中，所述机械臂包括至少两段轨道。再一实施例中，所述机械臂包括悬臂基座和悬臂，所述悬臂的上端与所述悬臂基座枢接；所述悬臂基座及悬臂可整体沿第一轴向及第二轴向移动并进而带动所述充电插头沿第一轴向及第二轴向移动；所述悬臂可在第二轴向和第三轴向确定的平面内围绕枢接点摆动，进而带动所述充电插头沿第二轴向和第三轴向移动。

在一实施例中，所述充电插头与所述机械臂柔性连接。

在一实施例中，所述摄像装置设置于所述充电插头前端。

在一实施例中，充电接口自动连接装置还包括与控制系统连接的无线通信模块，用无线电从车内控制充电器，使插头在停车入位后自动启动插头插入充电口，充满后或者开车前沿第三轴反向移动，自动断开接头，等待下次充电连接。

另一方面，本发明还提供了一种充电插头，所述充电插头设置摄像装置。

本发明实施例中，自动连接充电接口的装置可自动连接和断开充电插头和车辆上的充电插口，可以不需要人工插入拔出电源插头，简化电动车充电中的人工操作。

附图说明

图1为本发明一实施例的充电系统结构图。

图2为本发明一实施例的自动连接充电接口的装置的折叠状态示意图。

图3为图2所示自动连接充电接口的装置处于一伸展的示意图。

图4为图2所示自动连接充电接口的装置的结构示意图。

图5为本发明一实施例的自动连接充电接口的装置的充电插头未沿Z轴伸出的状态示意图。

图6是图5所示自动连接充电接口的装置的充电插头沿Z轴水平伸出的状态示意图。

图7为图5所示未伸出状态的右视图。

图8为图6所示伸出状态的右视图。

图9为本发明一实施例的自动连接充电接口的装置的结构示意图。

图10A-C为图9所示的自动连接充电接口的装置的工作状态示意图。

图11为本发明一实施例的充电插头结构示意图。

图12为本发明一实施例的汽车充电示意图。

图13A和图13B为一实施例的充电插头摄像头拍摄到的画面示意图。

具体实施方式

实现这个设计的具体技术方案是充电器上设置一个可以沿相互垂直的XYZ三个轴来三维移动物体的机械臂，充电插头固定在机械臂末端，充电插头上设置有摄像头，摄像头拍摄到的画面经控制系统处理后可以判断出汽车上充电口的位置，从而使控制系统通过操纵机械臂来使充电插头对准汽车上的充电插孔并插入连接和拔出断开。可以通过汽车和充电器间的无线通讯来控制充电装置，实现自动连接、充电、断开等步骤，从而简化人工操作，自动充电。

如图1所示，为本发明一实施例的充电系统结构图。汽车10上设置有充电插口12，，充电装置20包括控制系统22，机械臂24及充电插头26。控制系统22控制机械臂24移动，从而控制连接在机械臂24上的充电插头26移动，充电插头26上设置有摄像头262，摄像头262将拍摄到的图像发送回控制系统22，控制系统22根据该图像控制充电插头26移动，直至充电插头26对准汽车10上的充电插口12，将充电插头26插入汽车10上的充电插口12。可通过汽车10与充电装置20间的无线通信方式，或者通过充电装置20上的按钮来控制充电装置20启动连接，充电和断开。从而，在停车入位后，本发明的自动连接充电接口的装置可自动连接充电插头和车辆上的充电插口，并在开车前或充满电后自动断开，可以不需要人工插拔电源插头，简化电动车充电中的人工操作。

充电装置22的机械臂24可有多种实现方式，只要控制系统22可以通过控制机械臂24的移动，进而控制连接在机械臂24前端的充电插头26移动。

如图2-4所示，为本发明一实施例的充电装置示意图。图2为该充电装置一折叠状态示意图。机械臂24(实线表示部分)可在电机(未示出)控制下沿箭头所示的X轴和Y轴移动。通过控制两段式机械臂的伸展和折叠，可以控制插头连接部沿Z轴移动。充电插头26可从插头连接部241向前水平延伸，通过控制插头在XYZ三个方向的移动，调整充电插头的位置，进而插入汽车上的充电插口。

如图3所示，为图2所示充电装置处于一伸展状态的示意图。可以通过控制两段机械臂的变形而使插头连接部241(实线表示部分)而沿Z轴移动。

图4为图2所示充电装置的结构示意图，结合该图介绍通过两段机械臂保证插头沿Z轴移动的设计。两端机械臂24包括插头连接部241，连接杆242，243，245，246，基座247以及臂间连接部244。实现充电插头26沿着Z轴移动的部分主要由共用同一个边的两个平行四边形构成，这两个平行四边形分别是插头连接部241、连接杆242、243及臂间连接部244组成的平行四边形，以及臂间连接部244，连接杆245、246及基座247组成的平行四边形。利用平行四边形变形相对的两条边始终平行的特性来保证插头连接部241和基座247平行，从而保证充电插头26与基座247平行。

但是仅保持平行还无法保证插头连接部241和基座247之间不发生上下的位移而完全水平移动，还需保证两个平行四边形变形的角度始终保持一致。因此，用相互咬合的两个同样齿数的齿轮把连到公共边，即臂间连接部244，的不同平行四边形的两个边，即连接杆242和连接杆245连起来，使得连接杆242和连接杆245相对于公共边的角度始终相同，也就保证了连接部241和基座247之间的相对运动始终是水平移动。

具体运行时，基座247上的电机(图中未示)带动连接杆245旋转，臂间连接部244向下移动的同时始终保持和基座247平行。连接杆242和连接杆245上齿轮保证连接杆242和臂间连接部244间的角度始终与连接杆245和臂间连接部244间的角度大小相同并对称。插头连接部241、连接杆242、243及臂间连接部244也形成平行四边形，随着臂间连接部244的移动，连接杆242和臂间连接部244之间角度变化，插头连接部241相应移动，形成相对于基座247Z轴平移的运动。

本发明的自动连接充电接口的装置可自动连接充电插头和车辆上的充电插口，并在开车前自动断开，可以不需要人工插拔电源插头，简化电动车充电中的人工操作。

如图5-8所示，为本发明另一实施例结构示意图，由电机(未示出)分别控制部件做相互垂直的XYZ三个方向的移动。与上一实施例类似，充电插头可在电机(未示出)控制下沿箭头所示的X轴和Y轴移动，与上一实施例不同的是Z轴的移动是通过几段水平轨道实现的。机械臂至少包括两段轨道，通过轨道的伸出和缩回控制充电插头沿Z轴移动。该至少两段轨道可采用多种设置方式，例如上下层叠设置，或内外嵌套设置，或水平层叠设置等，只要机械臂可伸出和缩回，以控制设置在机械臂前端的充电插头沿Z轴移动。本实施例中，机械臂采用三段上下层叠设置侧轨道。图5为充电插头未沿Z轴移动的状态示意图，图6是充电插头沿Z轴水平伸出的状态示意图。图7和图8分别为未伸出状态和伸出状态的右视图。在本实施例中，机械臂包括三段轨道。在启动连接后，控制充电插头沿X、Y轴调整位置，并通过控制水平轨道逐段伸出，控制充电插头在Z轴的移动，从而调整充电插头对准汽车上的充电插口，进而插入汽车上的充电插口。

如图9、10所示，为本发明另一实施例结构示意图。机械臂包括悬臂基座93和悬臂92，悬臂92的上端与悬臂基座93枢接，悬臂92可在Y轴和Z轴确定的平面内围绕枢接点摆动。悬臂基座93通过可以沿X和Y轴移动的连接杆94连接到充电装置主体95，也就带动了充电插头91的X、Y方向移动，两根悬臂92和充电插头91、悬臂基座93形成了平行四边形，通过悬臂基座93中的电机(未示出)带动任何一根悬臂92摆动，都可以使充电插头91在保持指向方向不变的情况下沿Z轴移动，与此同时也会引起沿Y轴的位置的变化。

如图10A和图10B所示；通过悬臂基座93同时在Y轴的移动，可以修正悬臂92摆动给充电插头91带来的Y轴方向移动，如图10B和图10C所示，悬臂基座93向下移动，使充电插头91的上下位置和图10A左图保持不变，但是水平位置实现了向左移动。这样，当悬臂92摆动的同时，控制系统同时控制悬臂基座93做出相应的上下运动，可以实现充电插头91的水平移动。

上述实施例均可在保证充电插头指向方向不变的情况下，实现插头的三维移动。

如图11所示，为本发明一实施例的充电插头结构示意图。充电插头为长方体，插头前端由斜面倒角，使定位稍有偏差的时候也能顺利插入汽车上的充电插口。插头前端设置有摄像装置，本实施例包括摄像头1110和给摄像头提供照明的LED灯1120。插头侧面设若干金属触点1140。插头和机械臂之间用弹簧1160形成柔性连接，弹簧内设置电线护管1170，管内走充电电源线和数据线,电线通过机械臂连接到充电器主体内的充电电路，充电器主体接电源。弹簧外部设置有弹性护罩1150。柔性连接使得充电插头和汽车上的充电插孔不在同一条直线时，例如汽车停止的位置和车位边线没有完全垂直，或者汽车各个轮胎胎压不同，前后左右负重不同，车身稍有倾斜时，插头可以稍微弯曲或者偏移，从而能顺利插入插口，同时，也保证充电中车身晃动，比如人上下汽车或者移动货物时，充电的汽车被其他汽车刮蹭时，也不会影响插头连接。

如图12所示，为本发明一实施例的汽车充电示意图。汽车和充电装置的位置关系如图12所示。汽车尾部设置有充电插口，从而充电时，汽车尾部需面对充电装置。启动连接后，充电装置控制机械臂，通过从机械臂前端的充电插头上设置的摄像装置获取图像，进而通过该图像信息控制机械臂移动，将充电插头插入汽车上的充电插孔。

图13A和图13B为一实施例的充电插头摄像装置拍摄到的画面示意图。当充电插头没有正对充电插孔的时候，拍摄画面如图13A所示，插口位于整个画面的一侧。控制系统分析画面判断出插口和画面中心的相对位置关系，控制电机带动机械臂沿XY轴移动，使充电插头移动，插头上摄像装置拍摄画面相应变化，直到充电插孔处于画面中心，也就是充电插头正对插孔，如图13B所示。这时，控制系统再控制插头沿Z轴移动，移动中随时通过控制XY轴移动来修正位置(通常情况下不需要)，使插头插入插孔，充电线路和数据线路连通后，停止插头移动。充电完成后，控制插头沿Z轴反方向移动，从插口拔出。车上的充电口盖自动关闭，汽车可以开走。下次汽车泊入后，则充电插头上的摄像头再判读充电插口位置，控制充电插头沿X、Y、Z轴移动，将插头插入插口。

在上述实施例中，除了通过摄像装置识别汽车充电插口位置外，也可以通过红外线信号定位，或者无线电信号定位。

Claims (7)

1.一种充电接口自动连接装置，包括充电插头，其特征在于，还包括控制系统、摄像装置及机械臂，所述摄像装置设置于所述充电插头，所述充电插头设置于所述机械臂的前端，所述控制系统根据所述摄像装置拍摄的图像信息控制所述机械臂在三维空间移动，将所述充电插头插入充电接口，其中，所述机械臂可整体沿第一轴向及第二轴向移动并进而带动所述充电插头沿第一轴向及第二轴向移动；所述机械臂可伸展和折叠，进而带动所述充电插头沿第三轴向移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械臂为两段式机械臂。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械臂包括至少两段轨道。

4.一种充电接口自动连接装置，包括充电插头，其特征在于，还包括控制系统、摄像装置及机械臂，所述摄像装置设置于所述充电插头，所述充电插头设置于所述机械臂的前端，所述控制系统根据所述摄像装置拍摄的图像信息控制所述机械臂在三维空间移动，将所述充电插头插入充电接口，其中，所述机械臂包括悬臂基座和悬臂，所述悬臂的上端与所述悬臂基座枢接；所述悬臂基座及悬臂可整体沿第一轴向及第二轴向移动并进而带动所述充电插头沿第一轴向及第二轴向移动；所述悬臂可在第二轴向和第三轴向确定的平面内围绕枢接点摆动，进而带动所述充电插头沿第二轴向和第三轴向移动。

5.根据权利要求1-4任一所述的装置，其特征在于，所述充电插头与所述机械臂柔性连接。

6.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述摄像装置设置于所述充电插头前端。

7.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，还包括与控制系统连接的无线通信模块。