CN113525138A - 一种智能充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能充电桩，用于电动汽车充电，包括：移动座体、机械臂、卡位装置、充电模块、充电枪头、控制器和车辆数据管理系统，所述机械臂与所述卡位装置固定安装于所述移动座体上，所述充电枪头固定安装于所述机械臂的端部，所述充电枪头与所述充电模块之间通过线缆连接；所述卡位装置用于与所述电动汽车车身接触卡接；所述控制器与所述机械臂建立控制连接；当车辆驶入充电车位后停放后，智能充电桩通过移动底座，并结合卡位装置自行移动并精准卡位，确定充电桩与车辆之间的相对空间位置关系，再通过控制器控制机械臂实现快速高效的充电作业活动。全过程自动操作、节约人力成本，提升充电效率。

Description

一种智能充电桩

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电领域，具体而言，涉及一种智能充电桩。

背景技术

随着充电汽车的发展，目前电动汽车的保有量呈指数增长，然而制约电动汽车的发展，主要是续航和充电问题，因此充电服务应运而生；目前人工成本占据了充电服务的较大比例，而且会随着时间推移，该成本将成提供充电服务机构的主要支出，为解决该问题，具有充电功能的机器人应运而生，然而其依然难以达到无人操作的目的，原因在于，因地形、车型等因素，充电枪难以插入至充电口中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能充电桩，充电过程自动操作、节约人力成本，提升充电效率。

本发明是这样实现的：

一种智能充电桩，用于电动汽车充电，包括：移动座体、机械臂、卡位装置、充电模块、充电枪头、控制器和车辆数据管理系统，所述机械臂与所述卡位装置固定安装于所述移动座体上，所述充电枪头固定安装于所述机械臂的端部，所述充电枪头与所述充电模块之间通过线缆连接；所述卡位装置用于与所述电动汽车车身接触卡接，用于确定所述移动座体与车辆之间的位置坐标；所述控制器与所述机械臂建立控制连接；所述车辆数据管理系统与所述控制器连接，其中，所述车辆数据管理系统预先采集存储待充电车辆充电口的相对位置及三维结构信息，所述系统根据所述移动座体与所述电动汽车的相对坐标，并结合电动车辆充电口的空间位置信息，精准计算所述机械臂完成充电动作所需的空间位移数据，再将所述空间位移数据转换成具体控制指令发送给所述控制器；所述控制器按所述控制指令精准控制所述机械臂进行升降、转动、伸缩，将所述充电枪头插入所述电动汽车的充电口中。

优选地，所述车辆数据管理系统中预先储存电动汽车的档案信息，所述信息包括电动汽车的型号，以及该型号车辆的充电口位于车体上的三维空间位置信息。

优选地，所述卡位装置包括具有夹持功能的卡持机构，所述卡持机构与所述电动汽车的车轮或者车身卡接，以定位汽车与充电桩的相对位置。

优选地，所述卡持机构包括两个相对而设的夹持部，所述夹持部的一端为自由端，另一端铰接有一连杆，所述连杆另一端旋转固定于一活动座上，所述活动座另一端连接一驱动杆；两个所述夹持部的中部通过旋转连接安装于一安装座上。

优选地，所述卡位装置包括安装板和两个相对而设的卡持机构，所述卡持机构分别安装于所述安装板的两侧；所述卡持机构包括卡持杆、第一连杆、第二连杆和齿轮，所述卡持杆的中部与一端部，分别与所述第一连杆和第二连杆铰接，所述第一连杆和第二连杆的另一端分别通过旋转轴安装于所述安装板上，并且所述齿轮与所述第一连杆的旋转轴同轴而设，且与所述旋转轴固定连接；所述旋转轴的端部设置有驱动电机。

优选地，所述机械臂为关节臂、仿生蛇形臂。

优选地，所述机械臂为至少具有3个自由度。

优选地，所述机械臂包括第一动力臂、第二动力臂、第三动力臂和第四动力臂；所述第一动力臂一端为旋转体套设于所述支撑杆端部，所述第一动力臂、第二动力臂、第三动力臂和第四动力臂依次正交连接，所述充电枪头固定设置于所述第四动力臂的末端。

优选地，所述充电模块固定设置于所述移动座体上或分离设置，通过电缆将其与所述充电枪头连接。

优选地，所述充电桩还包括视觉识别模块，所述视觉识别模块用于识别并确定待充电车辆的位置信息。

优选地，所述移动座体上设置有支撑杆，所述安装板端部套接于所述支撑杆上。

优选地，所述移动座体上设置有支撑杆，所述支撑杆上安装有一安装座，所述安装板与所述安装座通过一轴承连接。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的一种智能充电桩，当车辆驶入充电车位后停放后，智能充电桩通过移动底座，并结合卡位装置自行移动并精准卡位，确定充电桩与车辆之间的相对空间位置关系，再通过控制器控制机械臂实现快速高效的充电作业活动。全过程自动操作、节约人力成本，提升充电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的智能充电桩充电过程结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的智能充电桩结构第一示意图；

图3是本发明实施方式提供的智能充电桩结构第二示意图；

图4是本发明实施方式提供的卡位装置结构第一示意图；

图5是本发明实施方式提供的卡位装置结构第二示意图；

图6是本发明另一实施方式提供的卡位装置结构示意图；

图7是本发明实施方式提供的卡位装置结构第三示意图；

图8是本发明又一实施方式提供的卡位装置结构示意图；

图9是本发明实施方式提供的结构示意图。

图标：10、移动座体；11、支撑杆；111、安装座；101、滚轮；20、卡位装置；30、机械臂；40、充电模块；21、第一卡持机构；31、第一动力臂；32、第一旋转轴头；33、第二动力臂；34、第二旋转轴头；35、第三动力臂；36、第三旋转轴头；38、第四动力臂；37、充电枪头；50、线缆；210、卡持杆；2100、限位杆；2111、第二铆盖；211、第二连杆；2112、第二旋转轴；22、第二卡持机构；214、第一连杆；2141、第一铆盖；2142、第一旋转轴；215、齿轮；216、驱动电机；217、安装板；2171、轴承；25、卡位装置；250、卡持机构；251、夹持部；252、安装座；253、固定杆；254、安装板；255、活动座；256、连杆；258、驱动杆；60、蛇形臂。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请结合图1、2和图3所示，本发明提供了一种智能充电桩，用于电动汽车充电，包括：移动座体10、机械臂30、卡位装置20、充电模块40、充电枪头37、控制器、车辆数据管理系统和视觉识别模块。

其中，所述移动座体10底部安装有用于移动的滚轮101，该滚轮101为万向轮，其通过与其连接的电机(并未示出)进行驱动，该电机与控制器建立控制连接。需要进行说明的是，在本实施例中，电机驱动万向轮移动为现有技术，其并非作为本发明保护的要点，其目的在于阐释移动座体10的移动原理。

其中，所述卡位装置20用于与所述电动汽车车身接触卡接；在本实施例的其中一个实施方式，卡位装置20包括安装板217和两个相对而设的卡持机构，如本实施例中的第一卡持机构21和第二卡持机构22；请结合附图4和5所示，所述卡持机构分别安装于所述安装板217的两侧；所述卡持机构包括卡持杆210、第一连杆214、第二连杆211和齿轮215，所述卡持杆210的中部与一端部，分别与所述第一连杆214和第二连杆211铰接，所述第一连杆214和第二连杆211的另一端分别通过旋转轴安装于所述安装板217上，并且所述齿轮215与所述第一连杆214的旋转轴同轴而设，且与所述旋转轴固定连接；作为优选的，所述旋转轴的端部设置有驱动电机216，该驱动电机216与控制器连接。具体地，为提高卡持机构的稳定性能，第二连杆211为两根，分别相对设置于卡持杆210上下两侧。第一连杆214和第二连杆211与卡持杆210铰接处的两端部分别设置有防止脱落的第一铆盖2141和第二铆盖2111；所述第一连杆214和第二连杆211与安装板217之间分别通过第一旋转轴2142和第二旋转轴2112连接，其中，第一旋转轴2142和第一连杆214一体设置或焊接，并且齿轮215与第一旋转轴2142端部焊接或涨接等其它固定连接，使其与第一连杆214形成一固定的整体，齿轮215旋转时，第一连杆214以第一旋转轴2142为旋转中心旋转，此时，带动卡持杆210和第二连杆211绕其支撑点旋转，从而实现卡持杆210的自由端与待充电汽车的车轮或车身的特定定位位置的卡持，从而进一步确定本充电桩与电动汽车的充电口的空间相对位置。

在本发明中，具体实施例中，所述移动座体10上设置有支撑杆11，所述安装板217端部套接于所述支撑杆11上，并且支撑杆11可以为具有上下伸缩功能的伸缩杆件，方便调节本卡位装置20高低，以适应不同车型的定位工作。

在另一实施例中，请结合图6所示，所述移动座体10上设置有支撑杆11，所述支撑杆11上安装有一安装座111，所述安装板217与所述安装座111通过一轴承2171连接，其中，该轴承2171为限位轴承，具体地，当卡持机构旋转至水平位置或所需特定位置时被限制，以满足定位的需要；而且在其它实施例中，为实现卡持机构保持在特定位置还可以采用在安装板217或者安装座111设置限位板或者限位块。在本发明中，安装板217与所述安装座111通过一轴承2171连接其目的在于，当本充电桩处于非工作状态时，可以将卡位装置20旋转后收起，避免其占用较大的横向空间，有助于其缩小体积，方便运输和收纳放置。

进一步地，结合图7所示，在卡持杆210上固定设置一限位杆2100，该固定方式可以是焊接、螺接或者卡接，设置该限位杆2100的目的在于，当卡持杆210卡位车轮时，在插入过程中，并且当插入至一定位置后，限位杆2100抵持轮胎表面，从而辅助车辆数据管理系统确定机械臂30与车身之间的前后相对位置，有助于帮助车辆数据管理系统快速判断汽车的充电口位置，并通过控制器控制机械臂30执行充电操作。需要进行说明的是，限位杆2100的目的是辅助定位，其结构并非仅为图7所示出的结构特征，还可以是能够达到本发明所述功能目的的任意结构。

结合图8所示，在又一实施例中，提供了与上述实施例不同的卡位装置25，然而其共同之处在于，卡位装置均具有夹持功能的卡持机构250，所述卡持机构250与所述电动汽车的车轮或者车身卡接，以定位汽车与充电桩的相对位置。所述卡持机构250包括两个相对而设的夹持部251，所述夹持部的一端为自由端，另一端铰接有一连杆256，所述连杆256另一端旋转固定于一活动座255上，所述活动座255另一端连接一驱动杆258，结合图8所示，该驱动杆258做往复的直线运动时，带动连杆256移动，然而，两个所述夹持部251的中部通过旋转连接安装于一安装座252上保持相对固定；其中，安装座252连接一固定杆253，固定杆253固定在安装板254上，安装板254中心开设有容置孔，驱动杆258插入至该容置孔中，所述容置孔作为定位功能，保障驱动杆258沿其轴线方向做直线运动。需要进行说明的是，驱动杆258末端连接一往复运动的气缸或伸缩杆或任何提供往复直线运动的机构。夹持部251的自由端实现以安装座252连接处为旋转中心旋转，从而实现两个夹持部251的自由端相对运行，而实现对车辆选定的特定卡位位置卡接，进一步实现确定充电桩、机械臂30或者充电枪头37与充电口之间的空间位置坐标，从而帮助车辆数据管理系统计算出机械臂30的对准运动轨迹，实现充电枪头37和充电口插接。与图所示实施例相同的是，在本实施例的夹持部251也可以设置用于帮助辅助定位的限位杆2100，其目的与上述实施例附图7相同，在此不进行赘述。

所述机械臂30安装于所述移动座体10上，其中，所述机械臂30为至少具有3个自由度。在本发明中，所述机械臂30为关节臂。具体而言在本实施例中，所述机械臂30包括第一动力臂31、第二动力臂33、第三动力臂35和第四动力臂38；所述第一动力臂31一端为旋转体套设于所述支撑杆11端部，所述第一动力臂31、第二动力臂33、第三动力臂35和第四动力臂38依次正交连接，所述充电枪头37固定设置于所述第四动力臂38的末端。具体地，第一动力臂31为水平设置，其端部与第二动力臂33的第一旋转轴2142头32连接，所述第二动力臂33与第一动力臂31正交设置，所述第二动力臂33的另一端与所述第三动力臂35的第二旋转轴2112头34连接，所述第三动力臂35为U形结构，所述第四动力臂38的第三旋转轴头36与第三动力臂35U形结构末端连接，并且，充电枪头37设置其末端。图6示出了，机械臂30在对准充电口过程中的状态。

在本发明中还提供了一种仿生蛇形臂60，请结合图9所示，仿生蛇形臂60由若干关节组成，每个关节中安装有电机，每个关节的电机与控制器连接，通过控制不同关节处的电机旋转角度，从而实现充电枪头37与充电口的对准；需要说明的是，仿生蛇形臂60为现有的技术，在本发明中其具体的结构本身不作为保护点。

所述充电枪头37与所述充电模块40之间通过线缆50连接；其中，需要进行说明的是，充电模块40既可以固定安装于移动底座10上与移动底座10一同移动，结合图2所示；在其它实施例中，所述充电模块40与所述移动座体10分离设置，通过电缆50将其与所述充电枪头37连接，请结合图1所示。

所述控制器与所述机械臂30建立控制连接；所述车辆数据管理系统与所述控制器连接，所述车辆数据管理系统预先采集存储待充电车辆充电口的相对位置及三维结构信息，所述系统根据所述移动座体10与所述电动汽车的相对坐标，并结合电动车辆充电口的空间位置信息，精准计算所述机械臂30完成充电动作所需的空间位移数据，再将所述空间位移数据转换成具体控制指令发送给所述控制器；所述控制器按所述控制指令精准控制所述机械臂30进行升降、转动、伸缩，将所述充电枪头37插入所述电动汽车的充电口中，以此对电动汽车进行充电服务。

在进行充电之前，所述充电车位还安装有视觉识别模块，所述视觉识别模块用于识别待充电车辆，并将该车辆身份信息发送至所述车辆数据管理系统，由系统对应匹配充电口三维位置参数，并计算出机械臂位移数据指令，发送给所述控制器，控制器控制机械臂完成充电枪头37与汽车充电口进行对接的操作。

其中，所述车辆数据管理系统中预先储存各类电动汽车的型号，其中，所述信息包括电动汽车的型号，以及该型号车辆的充电口位于车体上的三维空间位置信息。特别的，在本实施例中，所述车辆数据管理系统中预先储存若干充电汽车车型的车轮或车体与充电口之间的空间距离位置信息，具体的，空间位置信息为以车身或车轮或车辆其它位置为空间原点建立空间坐标，得到充电口在空间坐标下的几何位置。

在实际操作中，当视觉识别模块识别被充电汽车的车型型号后，车辆数据管理系统即可调取预存的充电车辆车身结构的参数信息，移动座体10移动至车辆旁后，通过卡位装置20与汽车特定位置进行卡接后，从而使本充电桩与汽车充电口的相对位置得到确定，由于机械臂30、移动底座10和卡位装置20的相对空间位置状态实时被记录在本充电桩的芯片或处理器中，因此可以数字化确定机械臂30末端连接的充电枪头37与汽车充电口的相对空间位置，进而通过车辆数据管理系统中集成的处理器对相对空间位置的计算结果进行处理，并获得机械臂30的运动轨迹，进而通过控制器对第一动力臂31、第二动力臂33、第三动力臂35和第四动力臂38进行控制，使充电枪头37与汽车充电口进行对接。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的一种智能充电桩，当车辆驶入充电车位后停放后，智能充电桩通过移动底座，并结合卡位装置自行移动并精准卡位，确定充电桩与车辆之间的相对空间位置关系，再通过控制器控制机械臂实现快速高效的充电作业活动。全过程自动操作、节约人力成本，提升充电效率。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能充电桩，用于电动汽车充电，其特征在于，包括：移动座体、机械臂、卡位装置、充电模块、充电枪头、控制器和车辆数据管理系统，所述机械臂与所述卡位装置固定安装于所述移动座体上，所述充电枪头固定安装于所述机械臂的端部，所述充电枪头与所述充电模块之间通过线缆连接；所述卡位装置用于与所述电动汽车车身接触卡接，用于确定所述移动座体与车辆之间的位置坐标；所述控制器与所述机械臂建立控制连接；所述控制器用于控制所述机械臂进行升降、转动、伸缩，将所述充电枪头插入所述电动汽车的充电口中。

2.根据权利要求1所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述车辆数据管理系统中预先储存电动汽车的档案信息，所述信息包括电动汽车的型号，以及该型号车辆的充电口位于车体上的三维空间位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述卡位装置包括卡持机构，所述卡持机构与所述电动汽车的车轮或者车身卡接，以定位汽车与充电桩的相对位置。

4.根据权利要求3所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述卡持机构包括两个相对而设的夹持部，所述夹持部的一端为自由端，另一端铰接有一连杆，所述连杆另一端旋转固定于一活动座上，所述活动座另一端连接一驱动杆；两个所述夹持部的中部通过旋转连接安装于一安装座上。

5.根据权利要求3所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述卡位装置包括安装板和两个相对而设的卡持机构，所述卡持机构分别安装于所述安装板的两侧；所述卡持机构包括卡持杆、第一连杆、第二连杆和齿轮，所述卡持杆的中部与一端部，分别与所述第一连杆和第二连杆铰接，所述第一连杆和第二连杆的另一端分别通过旋转轴安装于所述安装板上，并且所述齿轮与所述第一连杆的旋转轴同轴而设，且与所述旋转轴固定连接；所述旋转轴的端部设置有驱动电机。

6.根据权利要求1所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述机械臂为关节臂、仿生蛇形臂。

7.根据权利要求6所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述机械臂包括第一动力臂、第二动力臂、第三动力臂和第四动力臂；所述第一动力臂一端为旋转体套设于所述支撑杆端部，所述第一动力臂、第二动力臂、第三动力臂和第四动力臂依次正交连接，所述充电枪头固定设置于所述第四动力臂的末端。

8.根据权利要求1所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述充电模块固定设置于所述移动座体上或分离设置，通过电缆将其与所述充电枪头连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能充电桩，其特征在于：所述车辆数据管理系统通过安装于充电车位的车牌识别系统识别充电车辆，所述机械臂连动充电枪头匹配与该车辆型号特定的空间位移参数。

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