CN112498136A

CN112498136A - 一种具有v型连杆伸缩结构的自动充电装置

Info

Publication number: CN112498136A
Application number: CN202110170516.0A
Authority: CN
Inventors: 孙超; 赵清海; 李建威; 朱浩; 郑群锋; 姚放; 孙逢春
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-03-16

Abstract

本发明提供一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，包括：立柱前侧面设有垂直的C型槽，C型槽装有纵向电动轨道，立柱底部还与地面滑轨滑动连接，V型连杆控制电机滑动安装在纵向电动轨道上；第一电机安装座，底部与V型连杆前端固定连接，纵向摆动电机安装在第一电机安装座内部，纵向摆动电机驱动纵向摆动关节纵向摆动；第二电机安装座，底部与纵向摆动关节末端固定连接，横向摆动电机位于第二电机安装座内部，驱动横向摆动关节横向摆动；驱动电机驱动电动推杆实现伸长和收缩；电动推杆的底座法兰与横向摆动关节末端螺栓连接，末端与充电枪头连接。本发明提高了电动汽车充电的自动化水平，占用空间小。

Description

一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置

技术领域

本发明属于电动汽车充电技术领域，具体为一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置。

背景技术

现有的充电桩（充电装置）存在以下几个问题：（1）充电桩多为手动操作模式。若为电动汽车充电，需要车主将充电枪从充电桩取出，手动插入电动汽车充电口，充电完成后，仍需手动将充电枪拔出并放回充电桩，具有自动化水平低的缺点；（2）目前市面上的充电装置多为国定充电桩，所占空间较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明一种具有小型、可伸缩，空间占有较小自动充电装置。

具体的技术方案为：

一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，包括：

立柱，充电装置的载体，立柱前侧面设有垂直的C型槽，C型槽装有纵向电动轨道，立柱底部还与地面滑轨滑动连接，沿着地面滑轨水平运动；

V型连杆，包括两根连杆，两根连杆前端铰接组成V形结构，作为充电运动方向行程变化的执行机构，由V型连杆控制电机驱动；

V型连杆控制电机，共两个，V型连杆控制电机通过移动平台滑动安装在纵向电动轨道上，沿着纵向电动轨道上下运动，通过控制两个V型连杆控制电机的运动方向实现V型连杆的位置以及两个连杆张合程度，从而实现充电过程方向的距离变化和充电装置的高度变化；

纵向电动轨道，为电动滑轨，也可以使用齿轮齿条作为替代；

第一电机安装座，底部与V型连杆前端固定连接，第一电机安装座是纵向摆动电机的安装载体，纵向摆动电机安装在第一电机安装座内部，纵向摆动电机的电机轴与第一电机安装座的中心轴线重合，第一电机安装座的一侧与纵向摆动电机的定子螺栓连接，起固定支撑和连接的作用；

纵向摆动电机，采用控制精度较高的伺服电机，其转子与纵向摆动关节首端螺栓连接，驱动纵向摆动关节纵向摆动；

第二电机安装座，是横向摆动电机的电机安装座，底部与纵向摆动关节末端法兰螺栓连接，第二电机安装座的一侧与横向摆动电机的定子螺栓连接；

横向摆动电机位于第二电机安装座内部，横向摆动电机的电机轴与第二电机安装座中心轴线重合，其转子与横向摆动关节首端螺栓连接，驱动横向摆动关节横向摆动；

驱动电机，为普通步进电机，与横向摆动关节末端螺栓连接，与电动推杆直列式布置，驱动电动推杆实现伸长和收缩；

电动推杆，通过螺杆实现直线运动，电动推杆的底座法兰与横向摆动关节末端螺栓连接，末端与充电枪头连接；

充电枪头，装有摄像头，用于识别充电口位置；

充电线，与充电枪头连接，电源传输载体；

控制箱，位于立柱底部，内部布置有控制单元，用以接收各个电机的状态信息并发送指令控制所有运动部件的运动。

本发明提供的一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置具有的技术效果：

1、提高了电动汽车充电的自动化水平：传统的充电装置，需要人员从充电桩取下充电枪，为电动汽车充电。而设计的伸缩结构充电枪省去了这些流程，提高电动汽车充电的自动化水平。

2、占用空间小：采用V型连杆结构充电机械臂，机械臂处于收缩状态时，整个装置收纳于立柱C型槽内，整个装置比较简洁，未工作状态时，立柱位于停车位边角处，不会占用太大空间。

附图说明

图1本发明的自动充电装置整体结构示意图之一；

图2本发明的自动充电装置整体结构示意图之二；

图3本发明的自动充电装置工作状态示意图；

图4本发明的V型连杆控制电机安装示意图；

图5本发明的自动充电装置收纳状态示意图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

如图1到图5所示，一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，包括：

如图1、图2所示，立柱1，充电装置的载体，立柱1的C型槽装有纵向电动滑轨4，可以使V型连杆5在Z轴方向（垂直方向）移动，立柱1还能在地面滑轨17上水平运动（X轴方向）；

控制箱2，位于立柱1底部，内部布置有电路板等控制单元，用以接收所有运动部件（即所有关节控制电机的位置，转速等信号）的状态信息并发送指令控制所有关节及机械部件（电动推杆13、横向摆动关节10、纵向摆动关节8、V型连杆5、立柱1）的运动；

如图4所示，V型连杆控制电机3，共两个，在立柱1的C型槽内的纵向电动滑轨4上垂直运动，通过控制两个V型连杆控制电机3的运动方向实现V型连杆5控制，从而控制充电过程方向（Y轴方向）的距离变化和充电装置的高度变化（Z轴方向）；

纵向电动滑轨4，采用成熟的电动滑轨模块，也可以使用齿轮齿条作为替代，其安装在立柱1的C型槽内，其上布置两个移动平台，移动平台可通过螺栓连接与V型连杆控制电机3固定，通过V型连杆控制电机3驱动移动平台在纵向电动滑轨4上运动，进而实现V型连杆5的运动；

V型连杆5，为常见的连杆结构之一，作为Y轴方向（充电运动方向）行程变化的执行机构，由V型连杆控制电机3驱动；

第一电机安装座6，底部与V型连杆5末端法兰螺栓连接，第一电机安装座6是纵向摆动电机7的安装载体，安装时，纵向摆动电机7的电机轴与第一电机安装座6的中心轴线重合，第一电机安装座6的一侧与纵向摆动电机7的定子螺栓连接，起固定支撑和连接的作用；

纵向摆动电机7，采用控制精度较高的伺服电机，布置在第一电机安装座6里，其转子与纵向摆动关节8螺栓连接，驱动纵向摆动关节8纵向摆动；

纵向摆动关节8与纵向摆动电机7的转子螺栓连接，由纵向摆动电机7驱动，可以实现纵向180°的摆动，电动汽车充电口平面与地面法平面方向存有一定倾斜角度，纵向摆动关节8能使充电枪头15与电动汽车充电口对接，除此之外它也是充电装置收纳于立柱C型槽内的驱动关节；

第二电机安装座9是横向摆动电机10的电机安装座，其底部与纵向摆动关节8末端法兰螺栓连接，第二电机安装座9的一侧与横向摆动电机10的定子螺栓连接；

横向摆动电机10位于第二电机安装座9内部（横向摆动电机10的电机轴与第二电机安装座9中心轴线重合），其转子与横向摆动关节11螺栓连接，驱动充电装置后置部分横向摆动，从而带动充电枪头15横向摆动，在电动汽车水平方向停靠时有一定角度倾斜的情况下也能完成对接；

横向摆动关节11与横向摆动电机10转子螺栓连接，由横向摆动电机10驱动，带动充电枪头15横向摆动，与充电口对接；

驱动电机12，为普通步进电机，驱动电动推杆13实现伸长和收缩，从而带动充电枪15插入电动汽车充电口，完成对接，它与电动推杆13直列式布置，与横向摆动关节11末端螺栓连接；

电动推杆13，由驱动电机12驱动，通过螺杆实现直线运动，是整个充电装置伸缩运动的执行结构，也是实现充电枪头15插拔的执行机构，电动推杆13的底座法兰与横向摆动关节11末端螺栓连接，其末端与充电枪头15连接；

摄像头14用于车辆位姿识别，充电口定位，实现充电枪头15与充电口的精准对接；

充电枪头15采用交流充电形式，位于电动推杆13头部，随电动推杆13一起运动，装有摄像头14，可以识别充电口位置；

充电线16，常见慢充电源线，电源传输载体；

地面滑轨17，滑轨为齿轮齿条传动，铺设在停车位一侧，使整个充电装置可以在车辆进出方向（X轴方向）实现移动。

运动过程（原理）：

初始位置为V型连杆控制电机3之间处于最大距离，Y方向（垂直方向）处于收缩状态，纵向摆动关节8、电动推杆13和充电头15垂直向地，收缩状态如图5所示，立柱1位于车位边角处。

如图3所示，当车辆停靠在车位时，摄像头14检测到待充电车辆及其充电口位置信息，位于控制箱2内的主控板发出指令，立柱1从地面滑轨17水平移出，直至充电设备与车辆充电口前后距离（X轴方向）大致齐平。

检测到充电口与立柱1的距离，纵向摆动关节8摆动90度至水平高度；然后V型连杆5的两控制电机-V型连杆控制电机3相向运动，实现Y轴方向（充电方向）的伸长，如果充电枪头15的高度与汽车充电口高度不处于同一水平线，V型连杆5的两控制电机可以同时向下或向上运动，调整充电装置高度以满足工作要求。

充电枪头搭载的摄像头14会拍摄一组照片，通过图像识别，判断此刻采集到的图片与精准对接的照片是否一致，如果不一致，也就是车辆水平停靠时存在角度偏差时，获取摆动角度作为输入横向摆动电机10的摆动角度。横向摆动电机10开始转动，使充电枪头15摆动到合适位置，便于完成对接。

由于充电口平面与垂直地面存在30°的夹角，纵向摆动电机7摆动一定角度，使充电枪头15所在平面法向轴线与待充电车辆充电口平面法向轴线重合；最后充电枪头15与充电口对接过程由小型的电动推杆13实现，充电枪头15的螺纹使其与充电口固定，进行充电，实现充电运动的总过程。

充电完成后，充电枪头15退出充电口，各关节协同运动回到初始状态，如图5所示，立柱1停靠到停车位边角，等待下一次充电运动。

Claims

1.一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，其特征在于，包括：

立柱（1），立柱（1）前侧面设有垂直的C型槽，C型槽装有纵向电动轨道（4），立柱（1）底部还与地面滑轨（17）活动连接，沿着地面滑轨（17）水平运动；

V型连杆（5），包括两根连杆，两根连杆前端铰接组成V形结构，作为充电运动方向行程变化的执行机构，由V型连杆控制电机（3）驱动；

V型连杆控制电机（3），共两个，V型连杆控制电机（3）通过移动平台活动安装在纵向电动轨道（4）上，沿着纵向电动轨道（4）上下移动，通过控制两个V型连杆控制电机（3）的运动方向实现V型连杆（5）的位置以及两个连杆张合程度，从而实现充电过程方向的距离变化和充电装置的高度变化；

第一电机安装座（6），底部与V型连杆（5）前端固定连接，第一电机安装座（6）是纵向摆动电机（7）的安装载体，纵向摆动电机（7）安装在第一电机安装座（6）内部，第一电机安装座（6）的一侧与纵向摆动电机（7）的定子固定连接，起固定支撑和连接的作用；

纵向摆动电机（7），采用伺服电机，其转子与纵向摆动关节（8）首端固定连接，驱动纵向摆动关节（8）纵向摆动；

第二电机安装座（9），是横向摆动电机（10）的电机安装座，底部与纵向摆动关节（8）末端固定连接，第二电机安装座（9）的一侧与横向摆动电机（10）的定子固定连接；

横向摆动电机（10）位于第二电机安装座（9）内部，转子与横向摆动关节（11）首端固定连接，驱动横向摆动关节（11）横向摆动；

驱动电机（12），与横向摆动关节（11）末端固定连接，与电动推杆（13）直列式布置，驱动电动推杆（13）伸长和收缩；

电动推杆（13），通过螺杆实现直线运动，电动推杆（13）的底座法兰与横向摆动关节（11）末端固定连接，末端与充电枪头（15）连接；

充电枪头（15），装有摄像头（14），用于识别充电口位置；

充电线（16），与充电枪头（15）连接，电源传输载体；

控制箱（2），位于立柱（1）底部，内部布置有控制单元，用以接收各个电机的状态信息并发送指令控制所有运动部件的运动。

2.根据权利要求1所述的一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，其特征在于，所述的纵向电动轨道（4），为电动滑轨或者齿条；移动平台为对应的滑块或者齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种具有V型连杆伸缩结构的自动充电装置，其特征在于，驱动电机（12），为步进电机。