CN110329098B - 一种充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动插接充电装置技术领域，尤其涉及一种充电桩，包括底座、机械臂、自定位系统和接收系统，机械臂包括大臂和小臂，大臂与底座滑动连接，小臂与大臂转动连接，小臂上设置有电动推杆；接收系统包括固定连接的定位套和充电母头，定位套呈母线为圆弧的圆台型，定位套上设置有光发射器；自定位系统包括定位头、十字万向节和充电插头，十字万向节设置在电动推杆远离小臂的一端，定位头与十字万向节连接，定位头与定位套配合，定位头沿其轴向依次设置有转盘、第一压力感应环、第二压力感应环和插头基座，转盘和插头基座均与定位头转动连接，转盘上设置有光电传感器，插头基座上滑动设置有插头移动座，插头移动座上设置有充电插头。

Description

一种充电桩
技术领域
本发明属于自动插接充电装置技术领域，尤其涉及一种充电桩。
背景技术
随着车辆的增多以及日益紧张的环境问题，新能源车辆的普及，越来越多的用户选择纯电动作为能源的轿车，而目前的充电设施都需要依赖人工操作，尤其对于共享电动汽车而言，会由于部分用户无操作经验或者经验欠缺导致不好的体验甚至发生危险。因此，目前急需一种充电桩能匹配大部分车型实现自动对准插接，实现自动化充电操作，模块化、一体化以及智能化将有利于提高便利性和安全性。尤其对于租赁模式和公共运营企业，能达到减少充电设备专有管理人员，提高充电桩的利用率和效率，减少管理费用的效果。
发明内容
为解决现有技术存在的共享电动汽车人工操作进行充电的问题，本发明提供一种充电桩。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种充电桩，包括底座、机械臂、自定位系统、接收系统和控制器，所述机械臂包括大臂和小臂，所述大臂沿Y轴方向与底座滑动连接，所述小臂与大臂绕Y轴方向转动连接，所述小臂上沿X轴方向设置有电动推杆；所述接收系统包括固定连接的定位套和充电母头，所述定位套呈母线为圆弧的圆台型，所述定位套上设置有光发射器；
所述自定位系统包括定位头、十字万向节和充电插头，所述十字万向节设置在电动推杆远离小臂的一端，所述十字万向节用于驱动定位头分别绕Y轴方向转动和绕Z轴方向转动，所述定位头呈与定位套配合的锥台型，所述定位头沿其轴向依次设置有转盘、第一压力感应环、第二压力感应环和插头基座，所述转盘和插头基座均与定位头转动连接，且其转动轴线与定位头的轴线重合，所述转盘上设置有用于接收光发射器信号的光电传感器，所述插头基座上沿X轴方向滑动设置有插头移动座，所述插头移动座上设置有充电插头，当所述定位头插入定位套中，第一压力感应环的周面与定位套的内壁接触且第二压力感应环的端面与定位套的端面接触时，所述插头移动座驱动充电插头插入充电母头；所述机械臂和自定位系统均与控制器电连接。
作为优选，所述充电插头与插头移动座卡接。充电插头可以从插头移动座上拆下并自由更换不同标准的充电插头，提高该充电桩的使用范围。
作为优选，所述插头移动座上开设有环形卡槽，所述充电插头沿径向向内延伸有与环形卡槽配合的环形卡凸。结构简单，便于标准化，便于加工制造，成本低。
作为优选，所述转盘设置在定位头的前端，所述定位头上设置有与转盘传动连接的第一伺服电机。
作为优选，所述定位头的周面上开设有第一环槽，所述第一压力感应环套设在第一环槽上，且所述第一压力感应环的内径大于第一环槽的直径，当所述第一压力感应环的部分内壁与第一环槽接触时，该部分的所述第一压力感应环的周面低于定位头的周面；当所述第一压力感应环的部分内壁与第一环槽脱离时，该部分的所述第一压力感应环的周面高于定位头的周面；所述定位头的周面上开设有第二环槽，所述第二压力感应环套设在第二环槽上，且第二压力感应环的周面高于定位头的周面。以便第一压力感应环在定位头上能有一定自由行程在YZ面平移，当第一压力感应环受压后，定位头继续沿x轴方向向定位套平移，且定位头在YZ平面上根据第一压力感应环受压的反方向移动，直到第二压力感应环受压，第二压力感应环与定位套内壁接触可靠，此时完成定位头插入定位套中，定位结构简单巧妙，便于实现。
进一步地，所述定位头的尾端周面上设置有环齿，所述插头基座上固定设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机的齿轮与环齿啮合；所述插头基座上沿X轴方向设置有齿条，所述插头移动座上固定设置有第三伺服电机，所述第三伺服电机的齿轮与齿条啮合。
进一步地，所述十字万向节的横轴由第四伺服电机驱动绕Y轴方向转动，所述十字万向节的纵轴由第五伺服电机驱动绕Z轴方向转动。
进一步地，所述大臂通过移动导轨沿Y轴方向与底座滑动连接。
进一步地，所述大臂和小臂之间设置有用于驱动小臂绕Y轴方向做俯仰运动的小臂电机。
该充电桩还包括视觉系统，所述视觉系统与控制器电连接。视觉系统控制机械臂驱动定位头实现定位头相对定位套的初定位，视觉系统是现有成熟技术，再利用自定位系统实现精确定位，便于提高定位头插入定位套的效率，且稳定可靠。
有益效果：本发明的充电桩，实现电动汽车自动插接充电，通过锥台型的定位头与定位套的配合，以及十字万向节为腕关节的灵活特性解决了自动插接不准确和插接复杂等问题，由于结构采用了锥台型的定位头与定位套的配合定位和定位过程采用先定位后插接的特性，即使现有视觉系统在目标点定位时产生一定误差，该充电桩也能实现准确定位，容差率大，可以接受较大的视觉系统定位误差实现模糊定点精准定位；因此，车身姿态在一定的容忍度都能实现准确插接，能有效避免硬插接造成充电插头的损坏，实现智能化的自动化充电操作有利于提高便利性和安全性。
附图说明
图1是本发明充电桩的立体结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是本发明充电桩的局部爆炸示意图；
图4是本发明充电桩的局部剖视示意图；
图5是本发明充电桩的接收系统的立体结构示意图；
图中：1、底座，11、移动导轨，2、机械臂，21、大臂，22、小臂，221、电动推杆，23、小臂电机，3、自定位系统，31、定位头，311、第一环槽，312、第二环槽，313、环齿，32、转盘，33、第一压力感应环，34、第二压力感应环，35、十字万向节，351，第四伺服电机，352、第五伺服电机，36、充电插头，361、环形卡凸，37、插头基座，371、齿条，372、第二伺服电机，38、插头移动座，381、环形卡槽，382、第三伺服电机，4、接收系统，41、定位套，42、充电母头，43、光发射器。
具体实施方式
实施例
如图1～5所示，一种充电桩，包括底座1、机械臂2、自定位系统3、接收系统4、控制器和视觉系统，为便于描述，以相互垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向建立空间坐标系，其中Z轴方向朝向竖直方向，所述机械臂2包括大臂21和小臂22，所述大臂21沿Y轴方向与底座1滑动连接，具体地，所述大臂21通过移动导轨11沿Y轴方向与底座1滑动连接，所述小臂22与大臂21绕Y轴方向转动连接，具体地，所述大臂21和小臂22之间设置有用于驱动小臂22绕Y轴方向做俯仰运动的小臂电机23，所述小臂22上沿X轴方向设置有电动推杆221；
如图1～5所示，所述接收系统4包括固定连接的定位套41和充电母头42，所述定位套41呈母线为圆弧的圆台型，所述定位套41上设置有发射波长不同的两个光发射器43，具体地，光发射器43选用红外光发射器；所述接收系统4固定设置在电动汽车上；
如图1～4所示，所述自定位系统3包括定位头31、十字万向节35和充电插头36，所述十字万向节35设置在电动推杆221远离小臂22的一端，所述十字万向节35用于驱动定位头31分别绕Y轴方向转动和绕Z轴方向转动，具体地，所述十字万向节35的横轴由第四伺服电机351驱动绕Y轴方向转动，所述十字万向节35的纵轴由第五伺服电机352驱动绕Z轴方向转动，所述定位头31呈与定位套41配合的锥台型，所述定位头31沿其轴向依次设置有转盘32、第一压力感应环33、第二压力感应环34和插头基座37，所述转盘32和插头基座37均与定位头31转动连接，且其转动轴线与定位头31的轴线重合，所述转盘32设置在定位头31的前端，所述定位头31上设置有与转盘32传动连接的第一伺服电机，所述转盘32上设置有用于接收光发射器43信号的光电传感器，所述插头基座37上沿X轴方向滑动设置有插头移动座38，所述插头移动座38上设置有充电插头36，当所述定位头31插入定位套41中，第一压力感应环33的周面与定位套41的内壁接触且第二压力感应环34的端面与定位套41的端面接触时，所述插头移动座38驱动充电插头36插入充电母头42；所述移动导轨11、视觉系统、机械臂2和自定位系统3均与控制器电连接。
如图3和4所示，为了便于根据不同的车型更换不同的充电插头36，所述充电插头36与插头移动座38卡接，所述插头移动座38上开设有环形卡槽381，所述充电插头36沿径向向内延伸有与环形卡槽381配合的环形卡凸361；
如图3和4所示，所述定位头31的周面上开设有第一环槽311，所述第一压力感应环33套设在第一环槽311上，且所述第一压力感应环33的内径大于第一环槽311的直径，当所述第一压力感应环33的部分内壁与第一环槽311接触时，该部分的所述第一压力感应环33的周面低于定位头31的周面；当所述第一压力感应环33的部分内壁与第一环槽311脱离时，该部分的所述第一压力感应环33的周面高于定位头31的周面，第一压力感应环33的霍尔传感器的尾部固定于定位头31的内腔中，霍尔传感器的头部活动件监测第一压力感应环33的径向移动(霍尔传感器图中未示出)；所述定位头31的周面上开设有第二环槽312，所述第二压力感应环34套设在第二环槽312上，且第二压力感应环34的周面高于定位头31的周面，第二压力感应环34的霍尔传感器的尾部固定于定位头31的内腔中，霍尔传感器的头部活动件监测第二压力感应环34的径向移动(霍尔传感器图中未示出)。
如图3所示，为了设置便于插头基座37绕定位头31转动，所述定位头31的尾端周面上设置有环齿313，所述插头基座37上固定设置有第二伺服电机372，所述第二伺服电机372的齿轮与环齿313啮合；为了便于设置插头移动座38在插头基座37上沿X轴滑动，所述插头基座37上沿X轴方向设置有齿条371，所述插头移动座38上固定设置有第三伺服电机382，所述第三伺服电机382的齿轮与齿条371啮合。
工作原理如下：
静止状态：
非工作状态时电动推杆221处于收缩状态，小臂22和大臂21折合，插头移动座38远离定位头31；
初定位过程：
当电动汽车驶入有效的停车区，视觉系统检测接收系统4的位置，将检测信号发送至控制器，控制器再控制机械臂2运动，小臂电机23驱动小臂22相对于大臂21向上转动打开，电动推杆221带动定位头31朝向定位套41的目标点运动，当定位头31距离目标点的距离达到10cm，在XY平面上捕获点误差在10mm内时，完成初定位。
插入定位过程：
转盘32上的光电传感器接收第一个光发射器43的信号，使得电动推杆221继续驱动定位头31沿x轴方向向定位套41移动，当第一压力感应环33受压后将信号发送至控制器，电动推杆221继续驱动定位头31继续沿x轴方向向定位套41移动，控制器再控制自定位系统3运动，定位头31在YZ平面上根据第一压力感应环33受压的反方向移动，此时根据第一压力感应环33的受压的信号，第四伺服电机351驱动十字万向节35的横轴绕Y轴方向转动，第五伺服电机352驱动十字万向节35的纵轴绕Z轴方向转动，十字万向节35带动定位头31分别绕Y轴方向转动和绕Z轴方向转动，使定位头31与定位套41对中，直到第二压力感应环34的端面与定位套41的端面接触受压，此时第二压力感应环34的轴线与定位套41的轴线重合，完成定位头31插入定位。
充电插接过程：
完成上述定位头31插入定位后，第一伺服电机驱动光电转盘32旋转，当光电传感器接收到第二个光发射器43发射的红外光时，转盘32停止转动，此时通过转盘32的旋转角度信号令第二伺服电机372驱动插头基座37绕定位头31转动微调，直至充电插头36与充电母头42同轴线，第三伺服电机382再驱动插头移动座38带动充电插头36向充电母头42移动，直至充电插头36插入充电母头42，完成充电插接。

Claims (8)

1.一种充电桩，其特征在于：包括底座(1)、机械臂(2)、自定位系统(3)、接收系统(4)和控制器，所述机械臂(2)包括大臂(21)和小臂(22)，所述大臂(21)沿Y轴方向与底座(1)滑动连接，所述小臂(22)与大臂(21)绕Y轴方向转动连接，所述小臂(22)上沿X轴方向设置有电动推杆(221)；所述接收系统(4)包括固定连接的定位套(41)和充电母头(42)，所述定位套(41)呈母线为圆弧的圆台型，所述定位套(41)上设置有光发射器(43)；
所述自定位系统(3)包括定位头(31)、十字万向节(35)和充电插头(36)，所述十字万向节(35)设置在电动推杆(221)远离小臂(22)的一端，所述十字万向节(35)用于驱动定位头(31)分别绕Y轴方向转动和绕Z轴方向转动，所述定位头(31)呈与定位套(41)配合的锥台型，所述定位头(31)沿其轴向依次设置有转盘(32)、第一压力感应环(33)、第二压力感应环(34)和插头基座(37)，所述转盘(32)和插头基座(37)均与定位头(31)转动连接，且其转动轴线与定位头(31)的轴线重合，所述转盘(32)上设置有用于接收光发射器(43)信号的光电传感器，所述插头基座(37)上沿X轴方向滑动设置有插头移动座(38)，所述插头移动座(38)上设置有充电插头(36)，当所述定位头(31)插入定位套(41)中，第一压力感应环(33)的周面与定位套(41)的内壁接触且第二压力感应环(34)的端面与定位套(41)的端面接触时，所述插头移动座(38)驱动充电插头(36)插入充电母头(42)；所述机械臂(2)和自定位系统(3)均与控制器电连接；
所述充电插头(36)与插头移动座(38)卡接；
所述定位头(31)的周面上开设有第一环槽(311)，所述第一压力感应环(33)套设在第一环槽(311)上，且所述第一压力感应环(33)的内径大于第一环槽(311)的直径，当所述第一压力感应环(33)的部分内壁与第一环槽(311)接触时，该部分的所述第一压力感应环(33)的周面低于定位头(31)的周面；当所述第一压力感应环(33)的部分内壁与第一环槽(311)脱离时，该部分的所述第一压力感应环(33)的周面高于定位头(31)的周面；
所述定位头(31)的周面上开设有第二环槽(312)，所述第二压力感应环(34)套设在第二环槽(312)上，且第二压力感应环(34)的周面高于定位头(31)的周面。
2.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述插头移动座(38)上开设有环形卡槽(381)，所述充电插头(36)沿径向向内延伸有与环形卡槽(381)配合的环形卡凸(361)。
3.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述转盘(32)设置在定位头(31)的前端，所述定位头(31)上设置有与转盘(32)传动连接的第一伺服电机。
4.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述定位头(31)的尾端周面上设置有环齿(313)，所述插头基座(37)上固定设置有第二伺服电机(372)，所述第二伺服电机(372)的齿轮与环齿(313)啮合；所述插头基座(37)上沿X轴方向设置有齿条(371)，所述插头移动座(38)上固定设置有第三伺服电机(382)，所述第三伺服电机(382)的齿轮与齿条(371)啮合。
5.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述十字万向节(35)的横轴由第四伺服电机(351)驱动绕Y轴方向转动，所述十字万向节(35)的纵轴由第五伺服电机(352)驱动绕Z轴方向转动。
6.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述大臂(21)通过移动导轨(11)沿Y轴方向与底座(1)滑动连接。
7.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于：所述大臂(21)和小臂(22)之间设置有用于驱动小臂(22)绕Y轴方向做俯仰运动的小臂电机(23)。
8.根据权利要求1～7任一项所述的充电桩，其特征在于：该充电桩还包括视觉系统，所述视觉系统与控制器电连接。
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