CN111731122A - 一种用于车顶无线充电的自动定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：传动单元X轴移动机构、Y轴移动机构及Z轴升降机构；所述定位单元连接至所述控制单元，所述控制单元连接至所述传动单元，所述传动单元连接至所述充电单元。本发明结构设计科学合理，通过机器视觉系统定位停车位置，将位置信息传递给单片机，单片机控制电机的正反转和调速，实现X、Y、Z轴的轴向移动和Z轴方向的转动，进而精准定位玩具车，实现对玩具车的无线充电；且充电单元位于玩具车顶部，有效解决了原有无线充电方式充电效率低、需要不断寻找合适的停车位置以对齐充电装置的难题。

Description

一种用于车顶无线充电的自动定位装置
技术领域
本发明属于电动汽车无线充电机械设备技术领域，涉及充电定位装置，特别涉及一种用于车顶无线充电的自动定位装置。
背景技术
近年来，全球环境日益恶化，气候变暖造成的生态危机越来越严重，发展清洁能源，减少燃油汽车的使用量已成为全球共同努力的目标。电动汽车使用电力产生动力，不需要使用化石能源，无污染，零排放，是最有可能替代燃油汽车的代表。尽管电动汽车的发展速度很快，但是其在实际使用过程中仍然存在很多问题。首先，电动汽车的续航里程短，一般不超过200公里，经常会出现一些由于电动汽车没电而困在高速公路上的情况，导致电动汽车只能作为短途备用车来使用。其次，电动汽车的充电方式不方便，一是充电桩建设数量少，而且不同品牌的汽车充电桩不通用；二是充电受环境的影响较大，例如在雨雪天气在户外使用充电桩，将会增加用户的触电风险。上述问题都极大的限制了电动汽车的使用，由于电池的发展较为缓慢，想从电池上寻求突破是很难实现的，建设电动汽车的无线充电装置是非常必要的。
通过对公开专利的检索，发现以下几篇相似的公开专利文献：
1、CN106059098A公开了一种无线充电车，它由框架、万向轮、无线充电感应线圈和导线组成。框架四角设有四个万向轮，无线充电感应线圈设置在框架的中央，无线充电感应线圈连接导线，当电动汽车要充电时将无线充电车推入电动汽车底盘下，无线充电感应线圈对应电动汽车底盘下的感应器就可以进行感应充电了。
2、CN208896899U公开了一种基于有线/无线一体充的移动充电控制系统，通过服务器将移动充电车与充电管理系统建立互联网通信连接，实现充电管理系统与移动充电车之间的信息交互。当对移动充电车进行充电时，中央控制模块根据预设的充电规则给车载电池和/或放电电池充电，电池充满后，中央控制模块向服务器反馈移动充电车电池已充满的信息；当移动充电车对待充车辆进行充电时，中央控制模块通过电池控制器控制车载电池或放电电池为待充车辆供电，以及控制DC/DC放控制器选择无线充电发射模块供电或直流充电枪供电；利用车载电池和放电电池对待充车辆进行有线或无线充电。
3、CN105790357A公开了一种无人化、易搭建、便于移动的主充电桩平台。包括移动式充电装置、移动充电车、充电桩和无线充电车道，所述移动式充电装置包括太阳能光伏发电系统、储电系统、支撑柱和无线充电器；所述移动式充电装置接入市电，对储电系统提供电能；所述太阳能光伏发电系统安装固定在移动式充电装置的顶部，采用伸展式太阳能电池板对储电系统提供电能。本发明采用箱式组合充电平台，结构组合收拢后可通过运输车承载运输，该运输可同时运输多个该充电平台，用于多个区域的充电站点的建立，通过伸展将太阳能电池板铺开，将支柱固定，接入附近的市电。
4、CN111169309A公开了一种智能电动汽车充电装置，公开了一种用于汽车充电桩的防撞结构，连接杆的一端用于与充电桩的顶部连接、另一端与缓冲杆的一端通过缓冲盘连接；支撑杆的一端与缓冲杆的另一端通过缓冲盘连接、另一端用于与地面压紧接触；缓冲盘的一端面与连接杆或支撑杆连接，缓冲盘的另一端面上开设有环形槽，环形槽是由两个套设的偏心圆筒壁构成；缓冲杆的两端套设有橡胶缓冲套，缓冲杆的两端插入对应侧的缓冲盘上的环形槽内。进一步提供了一种包含上述防撞结构的智能电动汽车充电装置。
现有技术中电动汽车充电装置多以充电桩为主，但充电桩通用性差，需要车主不断的寻找充电桩合适的位置，而且充电桩会增加触电风险，安全性差；也存在无线充电技术，但自动化程度低，需要车主自主移动充电装置来实现有效的充电，存在操作安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种用于车顶无线充电的自动定位装置，实现充电便捷无需手动插拔、设备封闭性好且环境适应性强等优点，利用玩具车模拟电动汽车。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：包括传动单元、控制单元、定位单元及充电单元，所述传动单元X轴移动机构、Y轴移动机构及Z轴升降机构，所述X轴移动机构设置于中部，所述Y轴移动机构设置于X轴移动机构上方，所述Z轴升降垂直于所述X、Y轴移动机构；所述定位单元连接至所述控制单元，所述控制单元连接至所述传动单元，所述传动单元连接至所述充电单元。
而且，所述X轴移动机构包括X轴滑台、滑块、X轴电机、丝杠、丝杠套、联轴器及球轴承，所述X轴滑台上设置燕尾槽滑轨，所述滑块与滑台之间通过所述燕尾槽滑轨连接，所述滑台一侧设置有X轴电机，所述X轴电机的输出轴与丝杠通过联轴器连接，所述丝杠与滑块通过丝杠套连接，所述X轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的X轴向移动，滑块的移动带动充电单元X轴方向的移动。
而且，所述Y轴移动机构包括Y轴滑台、滑块、Y轴电机、丝杠、丝杠套、联轴器及球轴承，所述Y轴滑台上设置燕尾槽滑轨，滑块与滑台之间通过燕尾槽滑轨连接，滑台一侧设置Y轴电机，Y轴电机输出轴与丝杠通过联轴器连接，丝杠与滑块通过丝杠套连接，Y轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的Y轴向的移动，滑块的移动带动充电单元Y轴方向的移动。
而且，所述Z轴升降机构包括顶板、移动板、底座、Z轴电机、螺套及螺纹连接件，所述顶板及底座构成一级升降机构，顶板及底座通过螺纹连接件连接，所述移动板、Z轴电机及螺套构成二级升降机构，Z轴电机的输出轴螺杆与移动板通过螺套连接，顶板的四根立柱穿过移动板，Z轴电机的输出轴通过螺套将旋转运动转化为移动板的Z轴方向移动，移动板的移动带动充电单元Z轴方向的移动。
而且，所述充电单元包括位于充电单元上的发射线圈及位于车顶的接收线圈，所述发射线圈固定在线圈固定架，所述线圈固定架通过插销与旋转马达连接，所述旋转马达与Y轴滑块通过方块连接，所述旋转马达带动发射线圈固定架转动，充电单元的发射线圈与车顶接收线圈更加贴合。
而且，所述定位单元包括CCD、图像采集卡、光源及上位计算机，所述CCD连接至所述图像采集卡，所述图像采集卡连接至所述上位计算机。
而且，所述控制单元包括单片机及电机，所述单片机连接至定位单元。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的用于车顶无线充电的自动定位装置，玩具车可无线充电装置通过充电装置的发射线圈和车顶的接收线圈贴合实现充电，与现有无线充电技术通过汽车底盘充电相比，线圈耦合系数较高，充电效率较高，大大减少了能源的浪费，降低了成本。
2、本发明的用于车顶无线充电的自动定位装置，玩具车可无线充电装置通过机器视觉精准定位汽车所在的位置，来带动线圈X、Y、Z轴方向的移动，让两线圈充分贴合，这项技术在一定程度上降低了驾驶人定位停车的难度，也让无线充电更加高效。
3、本发明的用于车顶无线充电的自动定位装置，玩具车可无线充电装置与充电桩相比，受环境因素影响较小，大大降低了传统充电桩的安全隐患。
4、本发明的用于车顶无线充电的自动定位装置，如果将无线充电装置设置在车底部，若有香烟，口香糖等的包装纸落在充电板附近，这不仅会导致效率的降低，甚至会因涡流效应引起火灾事故或造成汽车的自燃等危险事故。
5、本发明结构设计科学合理，通过机器视觉系统定位玩具车停车位置，将位置信息传递给单片机，单片机控制电机的正反转和调速，实现X、Y、Z轴的轴向移动和Z轴方向的转动，进而精准定位玩具车，使充电发射线圈和车顶接收线圈紧密贴合，实现对玩具车的无线充电，而且充电装置位于玩具车顶部，有效的解决了原有无线充电方式充电效率低、需要不断寻找合适的停车位置以对齐充电装置的难题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明传动单元的结构示意图；
图3为本发明定位单元的原理框图；
图4为本发明控制单元的原理框图。
附图标记说明
1-顶板、2-滑块、3-丝杠、4-X轴固定板、5-Y轴固定板、6-底座、7-螺纹连接件、8-线圈固定架、9-插销、10-旋转马达、11-方块、12-移动板、13-Z轴电机、14-螺套、15-X轴滑台、16-丝杠套、17-球轴承、18-联轴器、19-X轴电机。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：包括传动单元、控制单元、定位单元及充电单元，所述传动单元X轴移动机构、Y轴移动机构及Z轴升降机构，所述X轴移动机构设置于中部，所述Y轴移动机构设置于X轴移动机构上方，所述Z轴升降垂直于所述X、Y轴移动机构；所述定位单元连接至所述控制单元，所述控制单元连接至所述传动单元，所述传动单元连接至所述充电单元。
X轴移动机构包括X轴滑台15、滑块2、X轴电机19、丝杠3、丝杠套16、联轴器18及球轴承17，所述X轴滑台上设置燕尾槽滑轨，所述滑块与滑台之间通过所述燕尾槽滑轨连接，所述滑台一侧通过X轴固定板4设置有X轴电机，所述X轴电机的输出轴与丝杠通过联轴器连接，所述丝杠与滑块通过丝杠套连接，所述X轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的X轴向移动，滑块的移动带动充电单元X轴方向的移动。
Y轴移动机构包括Y轴滑台、滑块、Y轴电机、丝杠、丝杠套、联轴器及球轴承，所述Y轴滑台上设置燕尾槽滑轨，滑块与滑台之间通过燕尾槽滑轨连接，滑台一侧通过Y轴固定板5设置Y轴电机，Y轴电机输出轴与丝杠通过联轴器连接，丝杠与滑块通过丝杠套连接，Y轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的Y轴向的移动，滑块的移动带动充电单元Y轴方向的移动。
Z轴升降机构包括顶板1、移动板12、底座6、Z轴电机13、螺套14及螺纹连接件7，所述顶板及底座构成一级升降机构，顶板及底座通过螺纹连接件连接，所述移动板、Z轴电机及螺套构成二级升降机构，Z轴电机的输出轴螺杆与移动板通过螺套连接，顶板的四根立柱穿过移动板，Z轴电机的输出轴通过螺套将旋转运动转化为移动板的Z轴方向移动，移动板的移动带动充电单元Z轴方向的移动。
充电单元包括位于充电单元上的发射线圈及位于车顶的接收线圈，所述发射线圈固定在线圈固定架8，所述线圈固定架通过插销9与旋转马达10连接，所述旋转马达与Y轴滑块通过方块11连接，所述旋转马达带动发射线圈固定架转动，充电单元的发射线圈与车顶接收线圈更加贴合，通过发射线圈及车顶接收线圈的电磁耦合实现无线充电。
定位单元包括CCD、图像采集卡、光源及上位计算机，所述CCD连接至所述图像采集卡，所述图像采集卡连接至所述上位计算机，所述光源辅助CCD在系统动态时摄取周围环境的相应的图像资料，经过图像采集卡后，经过处理后在上位机算计中与设定的原始环境在信息数据库中进行比对，进而确定玩具车当前的位置，进而经过控制单元对小车位置进行实时的处理。
控制单元包括单片机及电机，所述单片机连接至定位单元，按动控制按键使单片机接收到来自上位计算机的玩具车位置信号后，将信号进行转换，传递给X、Y、Z轴的电机和旋转马达，控制四个电机的正反转和调速，并在LCD上显示，实现充电装置的发射线圈对玩具车的精准定位。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：包括传动单元、控制单元、定位单元及充电单元，所述传动单元X轴移动机构、Y轴移动机构及Z轴升降机构，所述X轴移动机构设置于中部，所述Y轴移动机构设置于X轴移动机构上方，所述Z轴升降垂直于所述X、Y轴移动机构；所述定位单元连接至所述控制单元，所述控制单元连接至所述传动单元，所述传动单元连接至所述充电单元。
2.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述X轴移动机构包括X轴滑台、滑块、X轴电机、丝杠、丝杠套、联轴器及球轴承，所述X轴滑台上设置燕尾槽滑轨，所述滑块与滑台之间通过所述燕尾槽滑轨连接，所述滑台一侧设置有X轴电机，所述X轴电机的输出轴与丝杠通过联轴器连接，所述丝杠与滑块通过丝杠套连接，所述X轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的X轴向移动，滑块的移动带动充电单元X轴方向的移动。
3.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述Y轴移动机构包括Y轴滑台、滑块、Y轴电机、丝杠、丝杠套、联轴器及球轴承，所述Y轴滑台上设置燕尾槽滑轨，滑块与滑台之间通过燕尾槽滑轨连接，滑台一侧设置Y轴电机，Y轴电机输出轴与丝杠通过联轴器连接，丝杠与滑块通过丝杠套连接，Y轴电机带动丝杠转动，通过丝杠套将旋转运动转化为滑块的Y轴向的移动，滑块的移动带动充电单元Y轴方向的移动。
4.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述Z轴升降机构包括顶板、移动板、底座、Z轴电机、螺套及螺纹连接件，所述顶板及底座构成一级升降机构，顶板及底座通过螺纹连接件连接，所述移动板、Z轴电机及螺套构成二级升降机构，Z轴电机的输出轴螺杆与移动板通过螺套连接，顶板的四根立柱穿过移动板，Z轴电机的输出轴通过螺套将旋转运动转化为移动板的Z轴方向移动，移动板的移动带动充电单元Z轴方向的移动。
5.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述充电单元包括位于充电单元上的发射线圈及位于车顶的接收线圈，所述发射线圈固定在线圈固定架，所述线圈固定架通过插销与旋转马达连接，所述旋转马达与Y轴滑块通过方块连接，所述旋转马达带动发射线圈固定架转动，充电单元的发射线圈与车顶接收线圈更加贴合。
6.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述定位单元包括CCD、图像采集卡、光源及上位计算机，所述CCD连接至所述图像采集卡，所述图像采集卡连接至所述上位计算机。
7.根据权利要求1所述的用于车顶无线充电的自动定位装置，其特征在于：所述控制单元包括单片机及电机，所述单片机连接至定位单元。
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