CN111867877A - 用于将充电连接器自动连接至交通工具，尤其是陆地交通工具的充电连接器插座的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将充电连接器(12)自动连接至交通工具(2)，优选为陆地交通工具(2)的充电连接器插座(21)的方法，至少包括以下步骤：通过至少一个第一图像捕获单元(13)对充电连接器插座(21)和/或交通工具(2)进行第一光学捕获(100)作为第一图像，该第一图像捕获单元(13)布置成可与充电连接器(12)一起移动；基于第一图像确定(200)充电连接器插座(21)和/或交通工具(2)的位置；通过定位单元(10)减小(300)充电连接器(12)与充电连接器插座(21)和/或交通工具(2)之间的距离；以及通过第一图像捕获单元(13)对充电连接器插座(21)和/或交通工具(2)进行第二光学捕获(400)作为第二图像。

Description

用于将充电连接器自动连接至交通工具，尤其是陆地交通工 具的充电连接器插座的方法和装置

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于将充电连接器自动连接至交通工具，优选为陆地交通工具的充电连接器插座的方法、一种根据权利要求17所述的用于执行这种方法的装置以及一种根据权利要求18所述的用于执行这种方法的计算机程序产品。

交通工具在陆地、水和空中已经使用了很长时间，例如用于运送人和物体。迄今为止，在大多数应用中，带有内燃发动机的交通工具虽然已经普及，但是早就知道了其驱动器完全或部分地被供给电能的交通工具。这也适用于陆地交通工具，其中例如高尔夫球车、电动车和电动叉车已经长时间用作特殊应用的电动交通工具。多年来，由于环保意识的增强，陆地交通工具的趋势已越来越趋向于电动交通工具，因此，这种类型的公共汽车、卡车和乘客用交通工具正越来越多地发展为批量生产标准，并且越来越多投放市场。取决于电驱动器的实施或电驱动器的供应，这种交通工具被称为电动交通工具或混合动力电动交通工具。

对于电动陆地交通工具，例如公共汽车、卡车和乘用车，迄今为止，有限的行驶距离是主要的缺点。这本质上是由作为可再充电电能存储器的蓄电池的重量、尺寸和成本引起的。为了增加这些交通工具的行驶距离，必须增加蓄电装置的容量。这导致使用甚至更重、更大和更昂贵的蓄电池。

为了避免这种重量并且特别是避免增加的成本，因此可以电动操作的许多陆地交通工具装备有具有相对低容量的可充电电能存储装置，这减小了它们的行驶距离，但是可以节省重量、空间和成本。到目前为止，对于客户的购买决定而言，这可能比交通工具的行驶范围更为重要。

相反，由于其相对较低的容量，因此有必要尽可能频繁地对可充电电能存储装置进行充电，以便能够以尽可能完全的充电并因此以最大可能的行驶距离开始使用交通工具。为此，例如在家里、在工作时间或购物时在停车场，可以将交通工具整夜连接到位于那里的充电站，以便利用在使用中的任何中断进行充电。

但是，这可能意味着用户必须在每次使用后将其交通工具连接至这种充电站，并在每次使用之前再次将其与充电站断开连接。充电可能需要用户去充电站，拿起充电电缆，打开交通工具充电连接器上的百叶窗，将充电电缆的充电插头插入交通工具的充电连接器，从而建立导电连接以进行充电。充电结束后，必须以相反的顺序重复这些步骤。这种努力和为此所需的时间可能会打扰用户，并因此妨碍这种电动交通工具的获取和使用。

由于这个原因，当前正在开发充电装置，以使用户尽可能彻底免除充电过程的前述步骤。例如，联合项目AUTOPLES(“电动交通工具系统的自动停车和充电”)的目标是一种电动交通工具，其在没有用户的情况下在预定的作用半径内自动行驶到充电站(例如在停车场内)并执行充电过程，然后在必要时可以返回给用户。相应的充电站具有致动的机械系统，该机械系统可以使充电插头在高度和宽度上移动并且朝着停放的交通工具延伸并且从停放的交通工具缩回。摄像头布置在充电插头附近，并且在充电插头的方向上成一定角度定向。借助于摄像头以及用于图像处理和图像识别的相应方法，可以光学捕获并识别交通工具的充电连接器，并且可以将充电站的充电插头插入其中，以便自动建立导电连接，并且进行充电。充电过程完成后，断开连接也可自动发生。

GINKO计划(“电动交通工具无缝能量耦合的通用基础设施-Chemnitz”)追求类似的目标，由此充电插头由六轴关节臂机器人的末端执行器引导。在末端执行器上还布置有摄像头，该摄像头沿充电插头的方向成一定角度定向。

DE 102012014936 A1描述了一种用于机动交通工具，特别是乘用车的充电系统，该充电系统具有带有控制装置的机器人，具有力检测装置，并且其连接器附接至设计的机器人，具有与交通工具上的配接连接器的可断开的连接，以建立可拆卸的连接，以对机动交通工具的电能存储器进行充电。控制装置被设置为与力检测装置通信，并基于由力检测装置测定的力将机器人控制的连接器连接至配接连接器。该充电系统还具有特别是机器人控制的位置检测装置，用于确定配接连接器的位置，其中控制装置设置成与位置检测装置通信并基于位置检测装置确定的配接连接器的位置将机器人引导的连接器预先定位。该位置检测装置尤其可以具有图像记录和处理装置，特别是摄像头，优选为CCD摄像头，以及图像识别装置，该图像识别装置被设置为在摄像头图像中识别机动交通工具的配接连接器。换句话说，DE 102012014936A1的充电系统可用于机器人引导的连接器的基于图像的预定位，然后进行力控制插入机器人引导的连接器。

DE 102015213160 A1描述了一种类似的系统，该系统具有机器人，该机器人用于将充电插头自动插入交通工具的接口，在这种情况下，机器人一方面是可移动的，另一方面可以用致动器抓住充电插头并将其插入接口，并且可以在插入完成后松开以移动到另一个位置。

US 7999506 B1描述了一种系统，该系统使用自动对接系统以最小的人工干预将电流自动馈送到具有可充电电能存储器的交通工具中。该系统由带有摄像头和处理单元的机器人操纵器组成。该系统使用摄像头和图像处理功能识别交通工具的位置，从而确定交通工具充电箱的位置。然后，机器人操纵器将充电电缆的插头插入交通工具的插座。一旦充电过程完成，机器人操纵器就从交通工具上卸下连接器。使用了CCD摄像头，该摄像头可以固定布置在机器人操纵器的基座上或末端执行器上。可替代地，还使用了LIDAR系统。

US 9056555 B1描述了一种用于电动交通工具的机器人充电装置，其可以被操作为使得其自动插入用于对电动交通工具的电池组进行充电的充电连接器。当充电过程完成时，该装置与交通工具断开连接并移动远离交通工具。机器人充电装置可以在地下自动地移动到电动交通工具。三部分臂布置在机器人充电装置的基座上，并在其末端执行器上具有充电连接器。一对摄像头布置在充电连接器的附近和两侧，从而可以识别交通工具和充电连接器的闭合。

上述现有技术中的所有方法的共同点是，仅或部分使用至少一个摄像头，特别是至少一个CCD摄像头，或至少一个其他图像捕捉单元，捕捉初始状态的二维图像，其包括交通工具的至少一部分及其充电插座或充电插座的盖子。然后从该图像中识别出充电插座或其盖子的位置和方向，并确定充电插头与末端执行器和充电连接器之间的距离。基于此，然后计算轨迹，充电装置将在该轨迹上移动充电延伸器，以便在轨迹的末端接合到交通工具的充电插座中。

位置被理解为笛卡尔坐标系内物体在几何空间中所处的位置。定位被理解为表示占据特定的空间位置。定向被理解为是指物体与笛卡尔坐标系的轴的对准。假设定向被理解为是指通过围绕笛卡尔坐标系的相应轴旋转到所需方向来改变当前方向。位置和方向可以统称为姿势。

这里的问题是大多数交通工具的车身都是深色或甚至黑色的。大多数充电插座也是黑色的。这通常也适用于充电插座的衬里。在图像处理或图像识别过程中，这意味着应在黑色(因此也在低对比度衬里)的前面识别黑色并因此低对比度充电连接器，该衬里还被对比度也低的深色至黑色的主体包围。这可能使充电连接器的光学识别变得非常困难。由于照明条件(例如从阳光直射到黑暗或在打开和关闭的房间照明例如车库、停车场甲板等)之间可能发生显著变化的事实，使上述情况变得甚至更加困难。

由于所捕获的图像中的充电插座相对于其周围环境的相关的低对比度，不仅二维图像中的充电插座的定位成为图像识别的挑战，而且基本上在三维空间中的充电插座的定位也成为挑战。

由于通常必须从相对较大的距离识别作为目标物体的充电插座的事实，这使得充电插座的定位特别困难，这导致相关区域(即，充电插座)的图像分辨率低。这是基于这样的事实，即充电装置通常在不工作时处于尽可能紧凑的状态，以避免与接近的交通工具或与人等碰撞。因此，固定图像捕获单元和在图像捕获时可在末端执行器处随其一起移动的图像捕获单元均被布置在距交通工具及其充电插座最大的距离处，从而使其在获取的图像中显示得相对较小，并因此难以识别，尤其在如前所述的低对比度状态的情况下。

在这方面，从实践中认识到，当使用以良好价格/性能比可得的具有标准图像分辨率的图像捕获单元时，就单次图像捕获的位置和方向而言，充电插座作为充电连接器的精确而稳固的定位可能仅达约50cm的最大距离。如果由于交通工具使用者的停车行为或由于其他情况，充电插座与图像捕获单元之间的距离较大，则先前描述的充电装置可能不再可靠地使用。由于交通工具方向的较大变化，例如相对于图像捕获单元成一定角度停车，这可能甚至变得更加困难。交通工具或其充电插座的高度和方向也可以根据交通工具中的负载而变化。然而，这种停车状况可能经常发生，尤其是在家里的车库中，使得这种状况对于这种充电装置的实际实施可能是非常相关的。

为了改善对充电插座的图像的图像捕获，可以使用摄像头作为具有可能最高分辨率的图像捕获单元，从而尽管尽可能多的像素之间的距离相对较大，也可以通过图像识别来尽可能可靠地捕获和识别充电插座。但是，这需要相应地昂贵的技术，使得用于实施充电装置的成本会显著增加。

也可以使用更复杂的成像系统或扫描系统(例如激光扫描仪、深度摄像头等)实现充电插座3D物体姿态的稳固而精确的检测(即，充电插座在三维空间中的位置和方向)。然而，这也导致用于实施充电装置的明显更高的成本。

可替代地，可以通过如下支持图像捕获：将作为待识别的目标物体的充电插座人为地与背景分离或相对于背景强调。例如，这可以通过标记、对比环等来实现，标记、对比环等可见地附接到交通工具车身上的充电插座上或周围，它们与背景非常不同，因此相对容易鉴别用于图像识别。然而，这导致交通工具至少在充电插座或其盖子的区域中的视觉变化，出于美学原因，用户可能不希望这样。不仅出于美学原因而且出于经济原因这都是不利的。对于所有现有交通工具或将要交付的交通工具，可能必须对这种对比环进行改装。还需要充电插座制造商在未来几年内改进这种充电插座的开发和生产，甚至可能必须提供带有和不带有对比环的充电插座。这可能导致额外的工作和相应的额外费用。

充电装置还可以补充有额外的照明元件，以便改善所捕获图像的质量并因此支持图像识别。但是，这也意味着需要付出额外的努力以及相应的成本。此外，车身的附加照明也可导致附加反射，这可能与对图像捕获和图像识别的有益作用相比破坏性更大。

本发明的目的是提供一种开头所述类型的方法和装置，从而可以减少或避免上述缺点。特别地，即使在充电装置与交通工具或其充电插座之间的距离较大的情况下，也应该能够自动进行充电过程。附加地或可替代地，这也应该能够针对交通工具或其充电插座相对于充电装置在尽可能不同的位置和/或方向上进行。特别地，这应该尽可能简单、可靠和/或便宜。尤其应针对陆地交通工具执行此操作。将形成这类已知方法和装置的至少一种替代方案。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求17的特征的装置以及具有权利要求18的特征的计算机程序产品来实现。在从属权利要求中描述了有利的发展。

因此，本发明涉及一种用于将充电连接器自动连接至交通工具，优选为陆地交通工具的充电连接器插座的方法。充电连接器也可以称为充电插头，并且相应的充电连接器插座也可以称为充电插座或配接连接器。自动应理解为充电连接器到交通工具的充电连接器插座的完全或很大程度上在没有用户支持的情况下的连接；例如，该方法可以由用户触发，但是该方法本身可以在不涉及用户的情况下执行。交通工具可以是任何类型的交通工具，特别是任何类型的陆地交通工具、飞机、航天器或水运工具。然而，优选地，本发明针对诸如巴士、卡车或客车的陆地交通工具。

连接被理解为是指在相应装置的充电连接器与交通工具的相应充电连接器插座之间建立连接，如下面将进一步描述的，其方式为可以对交通工具的储能器进行充电或充满能量。该能量可以是例如电能，但是也可以是流体，例如诸如煤油、油、柴油或汽油的液体或气体。取决于要吸收的能量，储能器可以是可再充电的蓄电池或储液罐或储气罐。取决于要传输的能量，充电连接器和充电连接器插座可以是电插头和相应的电插头插座或罐喷嘴和罐开口。然而，本发明优选地针对陆上交通工具的至少一个可充电蓄电池的充电，使得充电插头被用作充电连接器，并且充电插座或配接连接器被用作充电连接器插座。

根据本发明的方法至少具有以下步骤：

通过至少一个第一图像捕获单元对充电连接器插座和/或交通工具进行第一光学捕获，作为第一图像，该第一图像捕获单元被布置为可与充电连接器一起移动，

根据第一图像确定充电连接器插座和/或交通工具的位置，

通过定位单元缩短充电连接器和充电连接器插座和/或交通工具之间的距离，和

借助于第一图像捕获单元对充电连接器插座和/或交通工具进行第二光学捕获，作为第二图像。

诸如CCD摄像头之类的摄像头可以优选地用作第一图像捕获单元。优选地，精确地使用一个图像捕获单元，并且特别地精确地使用一个摄像头，以使得能够尽可能简单和廉价地实现该方法。第一图像捕获单元与充电连接器可移动地布置的事实应理解为意味着定位单元的移动，其影响充电连接器的位置和/或定向，也影响第一图像捕获单元的位置和/或定向。因此，第一图像捕获单元优选地布置成尽可能靠近充电连接器并与充电连接器固定，从而优选地由于第一图像捕获单元和充电连接器的固定或可分离的机械联接而发生联合运动。特别地，第一图像捕获单元和充电连接器可以被共同地布置在定位单元的末端执行器上，以使得能够联合运动。优选地，第一图像捕获单元的检测区域与充电连接器以及在其前面的沿着充电连接器的纵轴线的区域对准，从而第一图像捕获单元可以通过光学方式捕获充电连接器和充电连接器插座或交通工具。特别地，第一图像捕获单元的观看方向可以尽可能地与充电连接器的接合方向或接合轴线相对应，以便能够在充电连接器和充电连接器插座已合并的方向上尽可能直接地进行光学捕获。第一图像捕获单元可以优选地布置成尽可能靠近充电连接器，并且其观察或检测方向可以在作为接合轴的充电连接器的纵轴线和与其平行的方向上都对准，在下面更详细地描述。

但是，第一图像捕获单元也可以具有至少两个，优选精确地两个摄像头，使得进行立体图像捕获成为可能。这可以使得能够同时从基本上至少沿相同方向定向的两个捕获的图像中确定深度信息。考虑该深度信息，可以进行更精确和更可靠的深度估算，并因此可以改善基于第一图像确定充电连接器插座和/或交通工具的位置，该第一图像是由两个摄像头的两个同时捕获到的图像形成的。如果使用两个具有低分辨率的相对便宜的摄像头作为摄像头，则由于使用第一图像捕获单元的第二摄像头而导致的成本增加可以保持较低。图像处理还可以继续以相对较小的计算能力来实现。第一图像捕获单元还可以被设计为多视点摄像头(即，其可以具有两个以上的单独摄像头)。

定位单元应理解为至少在二维上，优选在三维上改变充电连接器在空间中的位置的任何可能性。此外，充电连接器在空间中的定向优选地至少二维地，优选地三维地可以改变。特别地，诸如铰接臂机器人等的被驱动的串行运动学机构可以用作定位单元，其可以使充电连接器移动，优选地与第一图像捕获单元一起移动。定位单元可以以固定的方式布置，例如通过永久性地布置在表面上、墙壁上、立柱上、在天花板下等。替代地，定位单元也可以被设计为整体上可在表面上移动，以便获得更大的作用半径，并且例如能够到达多于一辆的交通工具。如果将充电连接器可拆卸地布置在定位单元上，使得在第一充电连接器已经连接到第一交通工具的充电连接器插座之后，定位单元可以容纳第二充电连接器并再次用第二交通工具的充电连接器插座执行根据本发明的方法，则这将是特别有利的。这可以增加使用定位单元的灵活性，并进一步降低成本。

充电连接器以及优选地第一图像捕获单元优选布置在定位单元的末端执行器上，这可以通过可拆卸但固定的连接以及通过末端执行器的夹具等夹持充电连接器来实现。后者的优点在于充电连接器既可以由定位单元和由使用者操纵，使得这样的充电连接器可以用于实施根据本发明的方法，与集成到装置中的充电连接器相比，这可以降低相应装置的成本。此外，如上所述，数个充电连接可以由同一定位单元一个接一个地操纵，以便能够利用一个和相同的定位单元多次执行根据本发明的方法。另一方面，由于定位单元和充电连接器之间的持久且限定的连接，集成到装置中的这种充电连接器可以使根据本发明方法的实施更容易、更稳固和/或更安全。

本发明基于这样的认识，即，到目前为止，借助于至少一个第一图像记录单元以这种方法仅对充电连接器插座和/或交通工具进行了一次光学捕获作为第一图像。基于该单个图像，然后确定充电连接器插座的位置和方向。然后，通过单次运动尽可能直接地接近充电连接器插座，优选地沿最初识别的充电连接器插座的方向，并且建立充电连接器与充电连接器插座之间的连接。如上所述，这要求单个捕获图像的相应高质量，以便即使从第一图像捕获单元或充电连接器起初相对较大的距离处也能够可靠地进行光学捕获、识别并接近充电连接器插座。实际上，这导致一开始就描述的困难和成本，以便至少在理想条件下实现这一目标。然而，为了经济的使用和用户接受，对充电连接器插座的位置和取向的确定还不够牢固，并且成本太高。

因此，本发明的基本思想是，首先仅基于第一图像确定充电连接器插座和/或交通工具的位置，然后使用定位单元将充电连接器和第一图像捕获单元移动更靠近充电连接器插座和/或交通工具。以这种方式，当然可以随充电连接器移动的第一图像捕获单元与充电连接器插座或交通工具之间的距离可以减小。该距离减小到使得第二图像显示充电连接器插座和/或交通工具的较大显示的程度，但是另一方面，该距离小到使得可以安全避免充电连接器、第一图像捕获单元和/或定位单元与充电连接器插座和/或交通工具的碰撞。

因此，在第二图像中较大地示出了充电连接器插座或交通工具，并且因此也可以通过图像识别更可靠地识别。换句话说，通过减小检测距离，可以减小充电连接器插座的与分辨率相关的检测误差。以此方式，可以改善图像识别的稳固性和可靠性以及基于图像识别的其他步骤，而不会增加装置成本，尤其是不会增加第一图像捕获单元的成本，因为可以省去相对复杂且因此昂贵的成像系统或扫描系统诸如激光扫描仪、深度摄像头等等。而是，可以使用具有常规图像分辨率的图像捕获单元，该图像捕获单元以良好的价格/性能比可得到，以便能够从单个图像记录中准确而可靠地定位充电连接器。例如，这可能使得能够使用价格便宜的CCD摄像头作为第一图像捕获单元，该CCD摄像头的VGA标准分辨率仅为640×480像素，或者在800×600像素的情况下更好一些，这显著减少了第一图像捕获单元的成本，但仍可以成功实现充电连接器与交通工具的充电连接器插座的自动连接。较低的图像分辨率的另一个优点还可以是减少检测过程中的计算负荷，这可导致检测率明显高于使用较高分辨率时的检测率。这意味着，插入过程也可以明显更快地运行，因为对于检测图像的记录需要较短的停机时间。这可以防止由于等待而引起用户不满。

因此，在根据本发明的方法的该阶段，识别交通工具并且如果适用的话，识别交通工具的预期有充电连接器插座的区域而不识别充电连接器插座本身也可能是足够的。在这种情况下，充电连接器与第一图像捕获单元一起可以至少接近交通工具的该区域，以便然后能够识别第二图像中的充电连接器插座。由于第一图像捕获单元与充电连接器的紧密定位和对齐，可以将充电连接器尽可能靠近以进行充电连接器插座的最终、高精度、基于图像的位置测量，以便将用于充电连接器和充电连接器插座随后合并的剩余距离最小化。同时，这可以最小化在确定定位单元的位置中的不准确性的影响。

此外，由于第一图像捕获单元的不精确性，特别是在确定充电连接器插座的方向时，可以想到仅基于充电连接器插座的检测位置来接近最终位置，而不考虑充电连接器插座的方向。这可以确保充电连接器插座在第一图像捕获单元的视野中处于最终搜索位置，并且不会由于先前的方向确定中的不精确而脱离第一图像捕获单元的捕获区域，这种脱离可能导致搜索过程中止。

光学捕获可以优选地包括具有恒定搜索位置的至少一个两次重复的光学测量，从而可以例如通过对数个测量的平均值进行滤波实现检测精度和/或检测稳固性的提高。

根据本发明的一个方面，对充电连接器插座和/或交通工具的第一光学捕获发生在充电连接器与充电连接器插座和/或交通工具之间的初始距离处。以这种方式，当相应的装置尽可能远离充电连接器插座或交通工具时，可以开始根据本发明的方法的实施，以避免充电连接器、第一图像捕获单元和/或定位单元与充电连接器插座碰撞，和/或能够安全地使其避开交通工具。

根据本发明的另一方面，该方法具有另外的步骤：

基于第二图像确定充电连接器插座和/或交通工具的位置，

再次通过定位单元缩短充电连接器到充电连接器插座和/或交通工具的距离，以及

通过第一图像捕获单元对充电连接器插座和/或交通工具进行第三次光学捕获，作为第三图像。

本发明的这个方面基于以下知识：例如，由于第一图像捕获单元的分辨率较低，因此对充电连接器插座或交通工具的第一种方法可能不足以以连接所需的足够精度识别第二图像中的充电连接器。因此，包括第一图像捕获单元的充电连接器到充电连接器插座的逐步迭代方法可以在两个或更多个步骤中进行，直到可以获取具有足够质量的图像为止，从而基于该图像，进一步的步骤，例如将充电连接器的方向对准充电连接器插座，以便能够进行连接，这将在下面更详细地描述。因此，取决于应用，这些处理步骤可以重复几次。迭代还可以连续地包括(即，检测与末端执行器的移动同时进行)。

根据本发明的另一方面，第一光学捕获和/或第二光学捕获和/或第三光学捕获包括通过在前和/或后的定位单元改变第一图像捕获单元相对于充电连接器插座和/或交通工具的位置和/或方向。以这种方式，可以考虑以下事实：例如由于反射、太阳辐射等，第一图像捕获单元的要从其捕获图像的位置可能不适合于此。如果充电连接器的检测失败(即，在当前捕获的图像中未识别出)，则第一图像捕获单元相对于充电连接器插座和/或交通工具的位置和/或方向可以自动更改为经常借助于定位单元，可以重复图像的检测，直到可以捕获足够质量的图像为止，然后可以将该图像用作第一、第二或第三图像。换句话说，在每种情况下都可以重复图像的捕获，直到图像的捕获具有足够的质量，使得可以成功地检测充电连接器，尤其是关于其方向。第一图像捕获单元的位置和/或方向的这些改变可以优选地通过侧向运动、高度运动和枢转运动进行，以便完全不改变或仅在较小程度上改变至充电连接器插座或至交通工具的距离，从而避免了碰撞。

根据本发明的另一方面，该方法具有进一步的步骤：

基于第二图像或第三图像确定充电连接器插座的位置和方向。

假设例如可以以这样的质量捕获图像作为第二图像或第三图像，该质量除了确定充电连接器插座的位置之外，还使得能够可靠地确定充电连接器插座的方向，则该信息现在也可以从第二或第三图像中首次获得。结果，现在可以以足够的质量获得所有信息以能够执行连接。

根据本发明的另一方面，通过至少一个距离传感器捕获充电连接器到充电连接器插座和/或交通工具的距离，该距离传感器被布置为可与充电连接器一起移动，其中确定第一图像和/或第二图像和/或第三图像中的充电连接器插座和/或交通工具的位置和/或方向考虑距离传感器捕获的距离。超声波传感器可以优选地用作距离传感器，从而可以以简单、可靠和/或廉价的方式实现该附加功能。

本发明的这个方面基于这样的认识，即，充电连接器与充电连接器插座或交通工具之间的距离可以另外借助于可以与充电连接器一起移动的距离传感器来捕获。因此，可以简单地、可靠地和/或廉价地监控充电连接器与充电连接器插座或交通工具之间的足够距离的维持，从而避免充电连接器与充电连接器插座或交通工具尽可能安全地碰撞。

可以将由于相应图像的图像识别而导致的充电连接器和充电连接器插座或交通工具之间的距离与通过距离传感器捕获的充电连接器与充电连接器插座或交通工具之间的距离进行比较。数据的这种比较可以提高过程可靠性，以便尽可能可靠地避免充电连接器与充电连接器插座或交通工具的碰撞。如果第一图像捕获单元或距离传感器中的任何一个发生故障，则在故障保护的意义上也可以通过距离信息的冗余来确保这一点。特别地，如果两个距离信息项彼此之间的区别太明显，则通常并且甚至在早期就可以识别出第一图像捕获单元或距离传感器的故障或错误。这可以提高该方法的安全性，因为在这种情况下，根据本发明的方法可能会中断并且可能会向用户发出警报。

根据本发明的另一方面，在第一图像中和/或在第二图像中和/或在第三图像中确定充电连接器插座和/或交通工具的位置和/或方向，这考虑到定位单元先前的位置更改和/或方向更改。为此，可以捕获自方法开始以来定位单元的驱动器先前执行的运动，并且可以使用定位单元的已知运动学模型计算包括第一图像记录单元的充电连接器相对于充电连接器插座的当前位置和/或方向，作为参考坐标系。例如，当使用步进电机时，可以对步数进行计数，以便可以非常轻松和直接地获得此信息。然后可以将充电连接器和第一图像捕获单元的位置和/或方向与由图像识别产生的包括第一图像捕获单元的充电连接器的位置和/或方向进行比较，以便能够确定图像识别结果的合理性。如果两个位置和/或方向彼此之间的偏离太明显，则该过程可能会中断并且可能会向用户发出警报。这可以提高执行根据本发明的方法的可靠性。如上所述，如果也可以使用距离传感器的信息，则在进行合理性检查或作为故障保护措施时也可以考虑此信息。

根据本发明的另一方面，充电连接器插座和/或交通工具的至少一个光学捕获，优选地充电连接器插座和/或交通工具的每个光学捕获，在通过至少一个照明单元照明充电连接器插座和/或交通工具下进行，该照明单元优选地与充电连接器可移动地布置。以此方式，可以在第一图像捕获单元的检测区域中获得更高并且在理想情况下恒定的对比度，由此可以提高图像捕获和图像识别的质量。这可以提高充电连接器插座或交通工具的检测精度。将照明单元与充电连接器布置成使其可以同时移动可以有利于以下事实：可靠地照明第一图像捕获单元的检测区域而不必也照明其周围环境，这可能表示没有益处的额外努力。因此，这可以使实现照明单元的成本和努力保持较低。照明单元优选偏心地附接在末端执行器上。照明单元优选地具有至少两个LED，由于它们的高性能，因此可以以低成本同时使用。在暗光条件下使用照明单元作为光源是特别有利的。

根据本发明的另一方面，该方法具有另外的步骤：

通过定位单元将充电连接器相对于充电连接器插座对准，和

通过定位单元合并充电连接器和充电连接器插座。

对准被理解为是指，充电连接器一方面沿着与充电连接器插座相对的接合或连接轴线定位，并且另一方面以其方向而言围绕接合或连接轴线的定向旋转，方式是可以通过沿着接合或连接轴线的线性运动执行随后的作为连接的合并。以这种方式，可以实现连接或合并，并且尽可能避免卡住和倾斜。

根据本发明的另一方面，充电连接器相对于充电连接器插座的对准具有以下子步骤：

将第一图像捕获单元相对于充电连接器插槽对准，和

将第一图像捕获单元(最好在高度上)从充电连接器插座移开，以便将充电连接器定位在充电连接器插座的前面。

以这种方式，可以在合并之前执行中间步骤，以促进或确保合并。首先，当然也可以与充电连接器一起移动的第一图像捕获单元可以相对于充电连接器插座对准(即，定位和定向)，因为充电连接器必须用于合并。结果，在对准之后，充电连接器插座可以作为补偿运动在第一图像捕获单元的检测区域中完全可见，从而可以将充电连接器插座完全光学地捕获为图像。在这种状态下，充电连接器被定位成以与第一图像捕获单元的一定距离远离充电连接器插座，并且可以根据需要对准。而在该最后的检测步骤中，尽可能精确地确定充电连接器的最终定向，然后将其用于充电连接器与充电连接器插座的最终对准。在补偿运动之前和之后，充电连接器相对于充电连接器插座的定向可以相同，但是通常不是这种情况。补偿运动也可以在接近充电连接器插座的同时进行(即，末端执行器可直接停在也可能由补偿运动引起的位置)。这可以加快该过程的执行。

可以通过已知第一图像捕获单元和充电连接器之间的固定运动关系来确定充电连接器相对于充电连接器插座的最终取向。特别地，这可以通过以下事实来促进：第一图像捕获单元的视线平行于充电连接器的接合或连接轴线对准。这可以简化充电连接器相对于充电连接器插座的对准，或者提高对准的质量，以便在合并时尽可能避免卡住和倾斜。相应装置的相应致动Z轴可用于例如在高度上移动。

根据本发明的另一方面，通过充电连接器的线性运动将充电连接器和充电连接器插座结合在一起，其中充电连接器的线性运动优选地通过定位单元的致动线性轴进行。这可以简化合并，特别是尽可能避免卡住和倾斜。优选地，这可以在定位单元的其他轴和驱动器同时固定的情况下进行，以排除它们对合并运动的影响。

借助于定位单元的附加的致动的线性轴线的合并可以是有利的，因为与在空间中的多维运动相比，纯一维运动可以发生更少的定位和定向偏差，这可以通过作为整体的定位单元执行。特别是在多轴运动学中，尤其是在六轴铰接臂机器人中，这样的数个轴和驱动器的组合运动以进行线性运动以合并充电连接器和充电连接器插座可导致充电连接器的定位和方向严重偏离，尤其是在末端执行器的位置，其中充电连接器远离定位单元的底部延伸。这可以通过定位单元的附加的致动的线性轴线来避免。

根据本发明的另一方面，该方法具有另外的步骤：

在合并过程中，通过第一图像捕获单元对充电连接器和/或充电连接器插座和/或交通工具进行重复光学捕获，以及

在每种情况下，将当前捕获的图像与先前捕获的图像(最好与先前捕获的图像)进行比较，和/或

在合并过程中，通过至少一个距离传感器重复检测充电连接器到充电连接器插座和/或交通工具的距离，该距离传感器最好与充电连接器一起布置，以及

在每种情况下，将当前捕获的距离与先前捕获的距离(最好与先前捕获的距离)进行比较。

本发明的这个方面基于以下知识：可以捕获信息以监视合并过程并识别故障。一方面，这可以借助于第一图像捕获单元来完成，因为连续地捕获充电连接器和/或充电连接器插座和/或交通工具的图像并且在合并过程中间隔地将它们相互比较，该间隔是规则的并且彼此靠近。如果在此比较过程中发现，尽管合并过程不断进行，但是捕获的图像之间彼此没有光学变化，则可以得出结论：合并过程被例如倾斜或卡住阻止，并且未按预期进行。然后可以停止合并，如果必要的话甚至取消和逆转合并，并且可以通知用户。

这可以附加地或可替代地借助于距离传感器来进行，在这种情况下，考虑了距离的减小。如果尽管合并的连续运动而距离没有减小，则也可以据此得出结论：合并例如由于倾斜或卡住而被阻止，并且没有按预期进行。如果同时捕获了两种状态变化，也可以将它们相互比较，以检查由此得出的结论的合理性，并通过另一种状态捕获为该功能提供故障保护。

同时，例如，可以查看在合并过程中涉及的定位单元的那些驱动器的电机电流。如果至少一个电机电流增加而没有同时检测充电连接器的移动和/或距离的减小，则也可以以此方式检测充电连接器的阻塞，并且这可能反应。如上所述，该信息还可用于检查其他状态变化的合理性，并用作故障保护。

根据本发明的另一方面，该方法具有另外的步骤：

通过第一图像记录单元对处于合并状态的充电连接器和/或充电连接器插座和/或交通工具进行重复光学捕获，作为进一步图像，以及

将当前捕获的图像与先前捕获的图像(最好与先前捕获的图像)进行比较，和/或

通过至少一个优选地设置与充电连接器一起的距离传感器，在合并状态下重复检测充电连接器到充电连接器插座和/或到交通工具的距离，以及

在每种情况下，将当前捕获的距离与先前捕获的距离(最好与先前捕获的距离)进行比较。

本发明的这个方面基于以下知识：可以捕获信息以便监视合并状态并识别故障。一方面，这可以借助于第一图像捕获单元来完成，因为在合并状态下，连续地捕获充电连接器和/或充电连接器插座和/或交通工具的图像并且将它们彼此比较，或者以靠近在一起的固定间隔进行。如果在该比较期间发现，尽管合并运动完成，但是所捕获图像彼此之间发生了光学变化，则可以得出结论：尽管在根据本发明的方法的一部分上，至少有一个连接配对件正在运动，运动应该不再发生。例如，交通工具可能投入运行并移动，这可能导致充电连接器和充电连接器插座损坏，并且还危害环境。定位单元还可能例如被用户、另一交通工具等触摸并由此移动，这也可能危及充电连接器和充电连接器插座之间的连接的安全性。可以认为这是连接中断，例如出于安全原因可以中断充电过程，并且可以通过定位单元将充电连接器与充电连接器插座分开。还可以通知用户。

这可以附加地或替代地借助于距离传感器来进行，在这种情况下考虑距离的变化。如果尽管接合运动已完成，但距离仍发生变化，则也可以据此得出结论：连接配对件中至少有一个正在发生意外运动。如果同时捕获了两种状态变化，也可以将它们相互比较，以检查由此得出的结论的合理性，并通过另一种状态捕获为该功能提供故障保护。

根据本发明的另一方面，该方法具有另外的步骤：

通过第一图像记录单元光学捕获处于合并状态的充电连接器和/或充电连接器插座和/或交通工具作为进一步的图像，以及

将该进一步的图像与第二图像或第三图像进行比较。

这样，可以在合并之前和合并之后查看连接配对件，并将这些图像彼此进行比较。如果在此检测到差异，则可以得出结论：充电连接器和充电连接器插座或其附近环境(例如其衬里和/或交通工具或其车身)之间存在接触，这留下了视觉上可识别的痕迹。这可能是凹痕、划痕等。因此，这可以被自动识别并且例如被传达给用户。例如，这也可以传达给相应装置的操作员，例如停车场操作员，以便他可以在用户本人识别由于充电过程导致其交通工具损坏之前对作为客户的用户的交通工具造成的损害做出他负责的反应。除了对业务关系产生心理影响外，这还可能会产生法律后果，因此，这可能非常符合最先了解这种损坏并能够对这种损坏做出反应的装置操作员的利益。

根据本发明的另一方面，借助于第一图像捕获单元和/或借助于定位单元的至少一个距离传感器至少临时地，优选连续地监视定位单元和/或充电连接器的周围环境，定位单元优选地与充电连接器一起布置。这样，已经存在的元件也可以用于提高安全性。例如，可以识别出在执行该方法期间以及在充电期间非常靠近充电连接器、定位单元和/或交通工具的人员、交通工具等，人员、交通工具等以及装置的安全性在所述期间可能受到威胁。

根据本发明的另一方面，至少一个第二图像捕获单元用于至少临时地，优选连续地光学捕获定位单元的工作空间，其中工作空间的碰撞监控和/或充电连接器的预定位基于第二图像捕获单元的至少一个光学捕获的图像发生，用于通过定位单元为连接器接收和/或向交通工具充电。可以以与第一图像捕获单元相同的方式设计第二图像捕获单元，以便在这里也产生可能最低的成本。特别地，第二图像捕获单元也可以是CCD摄像头，优选地具有相对较低的分辨率。第二图像捕获单元可以被设计为180°摄像头或360°摄像头，以便能够在不必移动并且特别是旋转的情况下尽可能远地光学地捕捉整个工作空间。这可以确保或简化相关区域的光学捕获。

第二图像捕获单元可以以固定的方式布置在例如墙壁或天花板上，并且朝向定位单元的工作空间定向。优选将第二图像捕获布置在升高的位置中(即，距地面一定距离)，使得如果可能的话，可以从上方以一定角度捕获工作空间。这可以避免或最小化例如通过定位单元对工作空间的光学捕获的干扰。可替代地，第二图像捕获单元也可以与定位单元可移动地布置在例如定位单元的与承载第一图像捕获单元的构件不同的构件上。特别地，第二图像捕获单元可以布置在定位单元的与第一图像捕获单元相比更远离充电连接器的构件上，从而可以由第二图像捕获单元光学捕获更大的面积，并且优选地定位单元的整个工作空间。定位单元的工作空间应被理解为是指笛卡尔空间中的所有位置，其可以由定位单元并且尤其是其去执行器和/或充电连接器到达。

为了进行碰撞监控，优选可以连续地或者至少以短的间隔捕获图像，并且借助于图像识别评估图像，以确定例如用户是否正在进入工作空间或者已经在工作空间中。如果是这种情况，并且如果识别出这种情况，则可能会中断充电过程。

为了进行预定位，可以在第一图像捕获单元尚未激活或者至少定位单元尚未激活且充电连接器仍处于其初始位置的状态下一次或几张图像地捕获工作空间。然后，可以预先用第二图像捕获单元代替第一图像捕获单元执行根据本发明的方法的第一步，以便借助于定位单元将充电连接器带入起始位置，然后，第一图像捕获单元可以由此操作并初始化先前描述的方法步骤。以这种方式，第二图像捕获单元可以用于预先定位充电连接器。

本发明还涉及一种用于将至少一个充电连接器自动连接到交通工具的充电连接器插座上的装置，该装置具有至少一个定位单元，该定位单元被设计成定位充电连接器，优选地也将其定向；至少一个第一图像捕获单元，其被布置为可与充电连接器一起移动并且被设计为光学地捕获交通工具的至少充电连接器插座；和至少一个控制单元，其被设计为执行如上所述的方法。借助于这样的装置，可以使前述方法的实施成为可能，以便利用其特性和优点。

定位单元可优选地具有充电连接器或末端执行器的可旋转致动的轴线，该末端执行器可抓握充电连接器，或者充电连接器可以以固定方式布置在其上。结果，充电连接器围绕其竖直轴线的定向可以根据交通工具的相应停车位置容易地且直接地适应于充电连接器插座的当前定向。

定位单元还可以手动调节和/或致动充电连接器的方向，以便使充电连接器的方向适应充电连接器插座的交通工具特定的倾斜度。

根据本发明的装置可以使用相对低分辨率并且因此便宜的第一图像捕获单元，一方面，这可以使购买第一图像捕获单元的成本保持较低。同时，由于不必处理高分辨率图像数据，因此这可以减少对控制单元的需求。结果，也可以使用便宜的控制单元并且特别优选地使用嵌入式硬件架构，其可以紧凑并且同时节能。

本发明还涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在可由计算机读取介质上，用于执行如上所述的方法。该计算机可读介质可以是计算机的内部存储器以及可移动存储器，例如软盘、CD、DVD、USB棒、存储卡等。以这种方式，可以使根据本发明的方法可用于计算机，该计算机可以是根据本发明的装置的控制单元。

下面结合附图说明本发明的示例性实施例和其他优点。显示的是：

图1是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第一示意性侧视图；

图2是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第二示意性侧视图；

图3是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第三示意性侧视图；

图4是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第四示意性侧视图；

图5是在执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第五示意性侧视图；

图6是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的第六示意性侧视图；和

图7是当执行根据本发明的方法时根据本发明的装置的示意性流程侧视图。

上述附图是在笛卡尔坐标系中查看的。纵向方向X延伸，也可以称为深度X。横向方向，也可以称为宽度(未示出)，垂直于纵向方向X延伸。垂直方向Z，也可以称为高度Z，垂直于纵向方向X和横向方向延伸。

如图1至图6所示，根据本发明的用于将充电连接器12自动连接至交通工具2的充电连接器插座21的装置1，其在下文中简称为充电装置1，具有定位单元10，该定位单元被设计为机器人臂10。上臂10在其运动链的代表其基座的一端固定地布置在地面3上。从该基座，作为机器人臂10的第一连杆，在几个致动的关节上延伸到其相对端，该相对端具有末端执行器11。前面提到的充电连接器12也可以称为充电插头12，布置在末端执行器11上。充电插头12被设计成以可以传输电能的方式通过与上述充电连接器插座21彼此插入的形式以导电方式连接。充电连接器插座21也可以被称为充电插座21或配接连接器21。机器人臂10可以到达的区域表示其工作空间B。

充电插座21布置在上面已经提到的交通工具2上，该交通工具是乘用车2形式的电动交通工具2，因此除电驱动器(未示出)之外还具有可充电电能存储装置。当充电插头12插入充电插座21中并且正在执行充电过程时，该可充电电能存储器可以由充电装置1供电并且由此充电。为此，充电插座21以导电的方式连接至可充电电能存储器(未示出)，并且以外部可接近的方式布置在交通工具2的车身20中。在充电过程之外，充电插座21可以通过诸如箱盖(未示出)之类的盖子覆盖、保护和封闭。为了释放充电插座21，可以通过交通工具2或其使用者例如通过可锁定的弹簧机构来释放箱盖，从而可以使充电插头12可接近充电插座21。

除充电插头12外，末端执行器11还具有第一摄像头13形式的第一图像捕获单元13，该摄像头被设计为CCD摄像头，具有仅为640×480像素的相对低分辨率，这使得第一图像捕获单元13的实现相对便宜。然而，第一图像捕获单元13还可以具有一对摄像头13，其可以彼此靠近并基本在相同方向上对准，使得可以进行立体图像捕获。

第一摄像头13以固定的方式布置成靠近其上方的充电插头12，并且其检测区域C定向在充电插头12前面的方向上。第一摄像头13的观看方向或轴线基本上对应于充电插头12的接合方向或接合轴线，使得它们基本上彼此平行地定向。

照明单元14固定地布置在第一摄像头13上，其照明区域D在第一摄像头13的捕获区域C的方向上对准，以便尽可能好地照明要捕获的图像，并且从而增加捕获图像的对比度。照明单元14优选地具有与照明装置一样强的LED，以便以可能最小的努力获得可能最大的照明。照明单元14因此也可以被称为LED灯14。

在充电插头12的下方，固定地布置有设计为超声波传感器15的距离传感器15。距离传感器15的检测区域E在第一摄像头13的检测区域C的方向上对准，以捕获充电插头12在其接合方向或接合轴线方向上的距离。

还提供了第二固定图像捕获单元17，其固定在机器人臂10上方的墙壁或天花板上，并且被设计为光学捕获机器人臂10的工作空间B。

充电装置1还具有控制单元16，该控制单元也可以称为计算机单元16。控制单元16以信号传输或能量传输的方式连接到第一摄像头13、照明单元14以及如果需要，为了控制或调节它们并接收它们的数据，连接到距离传感器15以便操作它们。此外，控制单元16连接至机器人臂10的驱动器以便对其进行操作，其中机器人臂10的驱动器的驱动信息也由控制单元16捕获。此外，控制单元16可以还控制或调节经由充电插头12到充电插座21的电能传输。

基于这些功能，控制单元16可以执行根据本发明的用于如下自动地将充电插头12连接到交通工具2的充电插座21的方法，参见图7的流程图：

根据本发明的方法，首先借助于第一摄像头13对交通工具2的具有充电插座21的区域进行第一光学捕获100，作为第一图像。第一光学捕获100从机器人臂10的初始位置开始，使得带有充电插头12的末端执行器11最初尽可能地大，直到与交通工具2或其充电插座21的最大距离，见图1。结果，可以尽可能确定地避免在停车时交通工具2与充电装置1的碰撞。

然后基于第一图像确定200充电插座21或交通工具2的位置。这可以使用用于图像处理和图像或图案识别的已知方法来执行，从而可以计算出充电插座21或交通工具2相对于充电插头12的位置。这也导致充电插头12与充电插座21或交通工具2之间的距离。

本发明基于以下认识：由于第一摄像头13的分辨率相对较低并且第一摄像头13与交通工具2之间的初始距离较大，因此充电插座21不足以连接充电插头12和充电插座21或根本无法识别。因此，从第一图像中捕获和识别这种信息不是根据本发明的方法的该步骤的目的。

而是，现在借助于机器人臂10沿充电插头12或末端执行器11的运动方向A减小了300充电插头12与充电插座21或交通工具2之间的距离，见图2。在这种情况下，充电插头12尽可能远地朝着充电插座21或交通工具2移动，但是没有与充电插座21或交通工具2碰撞的风险，该风险可能导致损坏。结果，第一摄像头13也被带到更靠近充电插座21或交通工具2，使得在充电插座21或交通工具2的第二光学捕获400期间，作为第二图像，充电插座21可以在较大的图像或充电插座21的投影的意义上以较高的分辨率捕获。这可以提高图像捕获或图像识别的质量。

例如，如果需要，作为进一步的迭代近似过程，可以基于第二图像确定410充电插座21或交通工具2的位置，但是其质量可能不足以用于后续步骤，如下面将进一步描述的，参见图2。然后可以再次减小420充电插头12与充电插座21或交通工具2之间的距离，使得作为第三图像的充电插座21或交通工具2的第三光学捕获430可以借助于第一摄像头13从该进一步的近似位置进行。可以重复进行此操作，直到当前捕获的图像具有足够的质量以用于后续步骤，参见图7中的虚线箭头。如果不需要此迭代近似，则可以跳过步骤410至430，参见图7中的实线箭头。

如果实现了所捕获图像的所需质量，例如作为第二图像或第三图像，则可以基于第二图像或基于第三图像确定500充电插座21的位置和取向，参见图3。由于现在也可以识别充电插座21的取向——这对于在充电插头12和充电插座21之间建立连接是必要的，因此现在可以通过机器人臂10使充电插头12相对于充电插座21对准600。

对准600可以包括以下子步骤：首先通过将第一摄像头13直接定位在充电插座21的前面，进行第一摄像头13相对于充电插座21的对准610，并且将其与观察轴线精确地对准在充电插头12和充电插座21之间的连接的接合轴线上，参见图4。然后，第一摄像头13可以在远离充电插座21的高度Z处移动620，其中取向被保持。在这种情况下，在第一摄像头13在横向Y上横向于充电插头12布置的情况下，方法620也可以相应地横向进行。此外，对准600可以优选地与充电插头12接近充电插座21的方式结合进行，以节省时间。

该方法以与第一摄像头13的观察轴线和充电插头12的接合轴线之间的距离相对应的距离执行，这两种轴线基本上彼此平行。第一摄像头13的光轴和接合轴线的至少几乎平行的对准可以在对准600期间帮助充电插座21在捕获的图像中完全可见。

由于第一摄像头13相对于充电插座21的接合轴线的取向不必与充电插头12相对于充电插座21的取向相同或理想地平行，所以可以使用对准600的对准的位置和取向上剩余的取向偏差作为最后搜索位置，其中可以将第一摄像头13恰好定位于充电插座21前面，基于图像对其确定，然后在第一摄像头13的方法620中将其考虑在内，以便最终以高精度将充电插头12与充电插座21对准，使得在随后的接合过程中不发生卡塞现象。换句话说，在最终搜索位置，充电插座12可以相对于第一摄像头13的视线明显地旋转(即，因为交通工具2以一定角度停放)。但是，只要在摄像头图像中完全捕获了充电插座12，就可以确定方向偏差，并在末端执行器11的过程620中校正充电插头12相对于交通工具2的倾斜位置的方向，然后开始插入过程。

由于该距离是固定的并且是设计已知的，因此可以实现第一摄像头13与充电插座21的非常精确的光学对准，并且通过使末端执行器11完全垂直于第一摄像头13的观察轴线或充电插头12的接合轴线以相同的方向进行移动，充电插头可以像之前的第一个摄像头13一样可以位于充电插座21的前面，参见图5。这可以使充电插头12相对于充电插座21非常精确地定位和定向。

现在可以通过机器人臂10将充电插头12和充电插座21合并700。然而，机器人臂10的关节不用于此，但是机器人臂10的末端执行器11上具有致动的线性轴(未示出)，其可以使充电插头12沿着其接合轴线移动到充电插座21并进入其中，参见图6。结果，充电插头12可以相对于充电插座21尽可能纯线性地移动，使得通过设计可以避免合并时的倾斜和卡塞700，并且因此可以尽可能简单和可靠地避免。

在完成合并700之后，将充电插头12连接至充电插座21，从而现在存在导电连接，该导电连接可用于对交通工具2的可充电电能存储器进行充电。例如，现在通过充电装置1可以开始该充电过程，以受控或可调节的方式操作该充电过程，并且也结束该充电过程。

在合并700期间，还可以借助于第一摄像头13对充电插头12和充电插座21或交通工具2进行重复的光学捕获710a。此外，在每种情况，可以进行当前捕获的图像与先前捕获的图像的比较720a。如果认识到与之前相比彼此之间的图像变化很小或没有变化，则可以得出结论：合并700并未如所期望的那样进行，因为例如充电插头12相对于充电插座21以某种其他方式卡塞或倾斜或阻挡。在这种情况下，合并700可以被取消并且可以警告用户。充电插头12也可以从充电插座21中拔出并再次插入。

另外，在合并700期间通过距离传感器15对充电插头12到充电插座21或到交通工具2的距离的重复检测710b可以平行进行。从当前捕获的距离与先前捕获的距离的相应比较720b，还可以识别出合并700是否按照期望的进行。

可以将这些发现与通过第一摄像头13对充电插头12和充电插座21或交通工具2的重复光学捕获710a的评估同时获得的发现进行比较，以便相互检查这些发现的合理性，并为这些功能相互提供故障保护。为此，也可以使用末端执行器11的致动线性轴的电机电流以及机器人臂10的其他驱动器，如果合并700阻塞而充电插头12没有移动或在视觉上没有可以识别的距离变化，则电流会增加。这也可有助于检查上述发现的合理性。

在充电插头12和充电插座21的合并状态下，可以借助于第一摄像头13对充电插头12和充电插座21或交通工具2进行重复的光学捕获800a作为进一步的图像。此外，可以进行当前捕获的图像与一个或与先前捕获的图像的比较900a。以这种方式，可以识别出充电插头21、交通工具2和/或机器人臂10是否存在运动，该运动在这种状态下被充电过程所排除。但是，如果检测到相对运动，则可以推断出外部干扰，并且出于安全原因，充电过程可中断，并且可警告用户。

同样，可以通过距离传感器15重复捕获800b处于合并状态的充电插头12与充电插座21或交通工具2之间的距离。类似地，当前捕获的距离与一个或与先前捕获距离在每种情况下进行比较900b。如上所述，也可以从距离的变化中得出对充电过程的外部干扰。

第一摄像头13还可以用于在合并状态下执行充电插头12和充电插座21或交通工具2的光学捕获800c作为进一步的图像。然后可以进行该进一步的图像与在合并700之前捕获的第二图像或第三图像的比较900c。该比较可以用于检查合并700是否对充电插座21或交通工具造成了损坏，然后例如可以将其报告给充电装置1的操作者和/或用户。

在上述方法步骤中，充电插头12到充电插座21或交通工具2的距离可以通过距离传感器15捕获，其中考虑借助距离传感器15捕获的距离，可以进行在第一图像、第二图像和/或第三图像中确定200、410、500交通工具2的的充电插座21的位置。结果，所捕获的距离也可以用于对充电插座21的光学确定位置或充电插头12与充电插座21之间的所得剩余距离进行合理性检查。这可以提高当充电插头12接近充电插座21或交通工具2时的安全性。

在上述方法步骤期间，在考虑机器人臂10的先前位置变化和/或方向变化的同时，进行在第一图像、第二图像和/或第三图像中的充电插座21或交通工具2的位置的确定200、410、500。例如，当使用步进电机时，可以对已经发生的各个步或步变化进行计数，并使用机器人臂10的运动学模型计算末端执行器10或充电连接器12的位置和方向。这还使得能够合理地检查充电插座21的光学确定的位置或者由此得出的充电插头12与充电插座21之间的剩余距离。

在上述方法步骤中，为了提高捕获图像的对比度，借助于照明单元进行在照明充电插座21或交通工具2的情况下充电插座21或交通工具2的每次光学捕获100；400；430。这在每种情况下可以提高图像识别。

在上述方法步骤期间，可以借助于第一摄像头13和距离传感器15连续地执行对机器人臂10和充电插头12周围环境的碰撞监控。这可以提高实施上面描述的方法步骤的可靠性而无需为此目的使用附加传感器等。

此外，可以通过第二图像捕获单元17对工作空间B进行碰撞监控。可替代地或附加地，可以通过第二图像捕获单元17对充电插头12进行预定位，其中步骤100至400基于由第二图像捕获单元17所获取的至少一个图像预先执行。因此，可以从已经接近于充电插座21的充电插头12的位置开始执行步骤100至400，这可以提高借助于第一摄像头13的光学图像捕获的质量。

根据本发明，即使在充电插头12与充电插座21之间具有较大距离的情况下，也可以以这种方式自动进行连接配对件的连接，以便随后进行充电过程。特别地，这可以在交通工具2或充电插座21相对于充电插头12的不同位置和/或方向下进行。这可以通过相对简单且便宜的装置完成，特别是在第一摄像头13的分辨率方面，因为包括充电插头12的第一摄像头13到充电插座21的迭代方法一直进行直到第一摄像头13还可以以较低的分辨率从质量上足够地使第一摄像头13识别充电插座21为止，使得可以执行合并700。

附图标记列表(说明书的一部分)

A 充电连接器12的移动方向

B 装置1的工作空间

C 第一图像捕获单元13的捕获区域

D 照明单元14的照明区域

E 距离传感器15的捕获范围

X 纵向方向；深度

Z 垂直方向；高度

1 (充电)装置

10 定位单元；机器人臂

11 具有致动的线性轴的末端执行器

12 充电连接器；充电插头

13 第一图像捕获单元；第一摄像头；第一对立体摄像头

14 照明单元；LED灯

15 距离传感器；超声波传感器

16 控制单元；计算单元

17 第二图像捕获单元；第二摄像头

2 交通工具；乘用车

20 车身

21 充电连接器插座；充电插座；配对连接器

3 表面

100 第一次光学捕获作为第一图像

200 基于第一图像确定位置

300 缩小充电连接器12与充电连接器插座21和/或交通工具2之间的距离

400 第二次光学捕获作为第二图像

410 基于第二图像确定位置

420 再次缩小距离

430 第三次光学捕获为第三张图像

500 基于第二图像或第三图像确定位置和方向

600 对准充电连接器12

610 对准第一图像捕获单元13

620 第一图像捕获单元13的方法

700 合并充电连接器12和充电连接器插座21

710a 在合并700期间重复光学捕获

710b 在合并700期间重复捕获距离

720a 在每种情况下将当前捕获的图像与先前捕获的图像进行比较

720b 在每种情况下将当前捕获的距离与先前捕获的距离进行比较

800a 在合并状态下重复光学捕获

800b 在合并状态下重复检测距离

800c 在合并状态下的光学捕获

900a 在每种情况下将当前捕获的图像与先前捕获的图像进行比较

900b 在每种情况下将当前捕获的距离与先前捕获的距离进行比较

900c 将另一图片与第二图片或第三图片进行比较

Claims (18)

1.将充电连接器(12)自动连接至交通工具(2)，优选陆地交通工具(2)的充电连接器插座(21)的方法，至少包括以下步骤：

通过至少一个第一图像捕获单元(13)对所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行第一光学捕获(100)作为第一图像，所述第一图像捕获单元(13)被布置为可与所述充电连接器(12)一起移动，

基于所述第一图像确定(200)所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的位置，

通过定位单元(10)减小(300)所述充电连接器(12)与所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)之间的距离，以及

通过所述第一图像捕获单元(13)对所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行第二光学捕获(400)作为第二图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

对所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的所述第一光学捕获(100)在所述充电连接器(12)和所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)之间的初始距离处进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

基于第二图像确定(410)所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的位置，

通过所述定位单元(10)再次减小(420)所述充电连接器(12)与所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)之间的距离，以及

通过第一图像捕获单元(13)对所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行第三光学捕获(430)作为第三图像。

4.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

在第一光学捕获(100)和/或第二光学捕获(400)和/或第三光学捕获(430)之前和/或之后是借助于所述定位单元(10)相对于所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)改变第一图像捕获单元(13)的位置和/或方向。

5.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

基于第二图像或基于第三图像确定(500)所述充电连接器插座(21)的位置和方向。

6.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

所述充电连接器(12)到所述充电连接器插座(21)和/或交通工具(2)的距离通过至少一个距离传感器(15)捕获，所述距离传感器(15)被布置为可以随所述充电连接器(12)一起移动，

其中确定(200、410、500)第一图像和/或第二图像和/或第三图像中所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的位置和/或方向考虑到通过所述距离传感器(15)捕获的距离而进行。

7.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

确定(200、410、500)第一图像和/或第二图像和/或第三图像中所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的位置和/或方向考虑到所述定位单元(10)的先前位置变化和/或方向变化而进行。

8.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的至少一个光学捕获(100；400；430)，优选地所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)的每个光学捕获(100、400、430)，通过至少一个照明单元(14)照明所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)而进行，所述照明单元(14)优选布置成可随所述充电连接器(12)移动。

9.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

通过所述定位单元(10)将所述充电连接器(12)相对于所述充电连接器插座(21)对准(600)，以及

通过所述定位单元(10)将所述充电连接器(12)和所述充电连接器插座(21)合并(700)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

所述充电连接器(12)相对于所述充电连接器插座(21)的所述对准(600)包括以下子步骤：

将第一图像捕获单元(13)相对于所述充电连接器插座(21)对准(610)，以及

第一图像捕获单元(13)的方法(620)，优选地在高度(Z)处，远离所述充电连接器插座(21)，使得所述充电连接器(12)定位定向在所述充电连接器插座(21)的前面。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于

通过所述充电连接器(12)的线性运动进行所述充电连接器(12)和所述充电连接器插座(21)的所述合并(700)，

优选地通过所述定位单元(10)的致动的线性轴线进行所述充电连接器(12)的线性运动。

12.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

在所述合并(700)期间通过第一图像捕获单元(13)对所述充电连接器(12)和/或所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行重复光学捕获(710a)，以及

在每种情况下将当前捕获的图像与先前捕获的图像，优选与先前捕获的图像进行比较(720a)，和/或

在所述合并(700)期间通过至少一个距离传感器(15)重复检测(710b)所述充电连接器(12)到所述充电连接器插座(21)和/或到所述交通工具(2)的距离，所述距离传感器(15)布置成可与所述充电连接器(12)一起移动，并且

在每种情况下将当前捕获的距离与先前捕获的距离，优选与先前捕获的距离进行比较(720b)。

13.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

通过第一图像记录单元(13)对处于合并状态的所述充电连接器(12)和/或所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行重复光学捕获(800a)，作为进一步的图像，以及

在每种情况下比较(900a)当前捕获的图像与先前捕获的图像，优选地与先前捕获的图像，和/或

通过布置为可与所述充电连接器(12)一起移动的至少一个距离传感器(15)重复检测(800b)处于合并状态的所述充电连接器(12)到所述充电连接器插座(21)和/或到所述交通工具(2)的距离，以及

在每种情况下将当前捕获的距离与先前捕获的距离，优选与先前捕获的距离进行比较(900b)。

14.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于进一步的步骤：

通过第一图像捕获单元(13)对处于合并状态的所述充电连接器(12)和/或所述充电连接器插座(21)和/或所述交通工具(2)进行光学捕获(800c)，作为进一步的图像，以及

比较(900c)所述进一步的图像与第二图像或第三图像。

15.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

通过第一图像捕获单元(13)和/或通过所述定位单元(10)的布置为可随所述充电连接器(12)移动的至少一个距离传感器(15)，至少暂时地，优选地连续地，对所述定位单元(10)和/或所述充电连接器(12)的周围环境进行碰撞监控。

16.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于

通过至少一个第二图像捕获单元(17)，至少暂时地，优选连续地，进行所述定位单元(10)的工作空间(B)的光学捕获，其中

基于第二图像捕获单元(17)的至少一个光学捕获的图像，所述工作空间(B)的碰撞监控和/或用于所述充电连接器插座(21)和/或用于所述交通工具(2)的所述充电连接器(12)的预定位通过所述定位单元(10)进行。

17.用于将充电连接器(12)自动连接到交通工具(2)，优选陆地交通工具(2)的充电连接器插座(21)上的装置(1)，

具有至少一个定位单元(10)，该定位单元(10)被设计用于定位所述充电连接器(12)，优选地还对其进行定向，

具有至少一个第一图像捕获单元(13)，该第一图像捕获单元(13)布置成可与所述充电连接器(12)一起移动，并且被设计为至少光学地捕获所述交通工具(2)的所述充电连接器插座(21)，和

具有至少一个控制单元(16)，该控制单元被设计成执行根据前述权利要求中一项所述的方法。

18.具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码存储在计算机可读的介质上，用于执行根据权利要求1至16中一项所述的方法。

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