CN114132199A - 一种电动汽车自动充电agv小车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小车技术领域，公开了一种电动汽车自动充电AGV小车，包括车体、充电机构、充电接头、充电电缆和控制机构，所述车体的底部分别设置有两个驱动轮和两个万向轮；所述车体设置有感知摄像头、定位探头和超声波雷达；所述充电机构设置于所述车体；所述充电接头设置于所述充电机构；所述充电电缆的一端设置于所述车体，其另一端连接外部的供电装置；所述控制机构设置于所述车体内，其分别与所述驱动轮、感知摄像头、定位探头、超声波雷达、充电机构、充电接头、充电电缆和外部的充电装置系统电连接。本发明的小车能够与车辆底部的充电接口配合，实现导航定位并与充电接口对接，实现充电设备与车辆对接并开始为电动汽车充电的功能。

Description

一种电动汽车自动充电AGV小车
技术领域
本发明涉及小车技术领域，特别是涉及一种电动汽车自动充电AGV小车。
背景技术
电动汽车充电麻烦的问题，是制约新能源汽车进一步发展的一大瓶颈，通过自动充电装置，实现充电自动化是解决充电过程繁杂的重要手段。目前，电动汽车停入充电车位后，需要人工手动地将充电枪从充电桩取出，将其对准插入车辆的充电接口，再操作充电桩开始充电。充电操作过程繁琐、耗时，极大地影响新能源汽车的使用体验。目前国内外已经开始出现基于多自由度机械臂的自动充电装置，但机械臂的控制复杂，结构笨重，成本高昂，占用空间大，不利于大规模普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车自动充电AGV小车，能够与车辆底部的充电接口配合，实现导航定位并与充电接口对接，实现充电设备与车辆对接并开始为电动汽车充电的功能。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车自动充电AGV小车，包括车体、充电机构、充电接头、充电电缆和控制机构，所述车体的底部分别设置有两个可独立控制轮速的驱动轮和两个万向轮；所述车体设置有感知摄像头、定位探头和超声波雷达；所述充电机构可升降的设置于所述车体；所述充电接头设置于所述充电机构；所述充电电缆的一端设置于所述车体，其另一端连接外部的供电装置；所述控制机构设置于所述车体内，其分别与所述驱动轮、感知摄像头、定位探头、超声波雷达、充电机构、充电接头、充电电缆和外部的控制系统电连接。
优选地，所述充电机构的可升降幅度应大于160mm，当所述充电机构降到最低时，所述车体和充电机构的总高度应不大于150mm，当所述充电机构升到最高时，所述车体和充电机构的总高度应不小于300mm。
优选地，所述充电机构设置有为平面形状的充电平台，所述充电接头呈平面展开在所述充电平台上布置，所述充电接头之间间隔设置。
优选地，所述充电接头设置有用于保证非充电状态下人体接触充电接头不触电，充电过程中人体无法接触带电部件的防护装置。
优选地，所述充电接头设置有用于与车辆充电接口锁定的锁定机构，所述锁定机构与所述控制机构电连接；当所述锁定机构与车辆充电接口上的对应结构成功配对并锁紧后，保证所述充电接头与车辆上的充电接口准确对准且牢固结合，在正常外力作用下不松脱。
优选地，所述驱动轮为轮毂电机。
优选地，所述定位探头为红外线定位探头。
优选地，所述车体为长方体结构，其朝向所述车体前进方向的面为正面。
优选地，所述定位探头设置有三个，其中两个所述定位探头设置于所述车体的顶面前端两个直角处，剩余一个所述定位探头设置于所述车体的背面的中部。
优选地，所述超声波雷达设置有两个，其中，所述车体的正面和背面分别设置有两个超声波雷达；所述车体的左右两侧面分别设置有一个超声波雷达。
本发明具有以下有益效果：
(1)相比传统的手动拔插充电枪开始及停止充电的方式，本发明能实现车辆泊入车位后，充电AGV小车对车辆的充电接口接合并开始充电，当车辆充电完成后，充电AGV小车与车辆分离并归位。本发明有效地简化了电动汽车充电的操作流程，避免了车辆充满电后充电桩与车辆的不必要长期连接，为未来实现车辆自动化代客泊车及充电服务提供了基础。
(2)相对现今正在研究的机械臂式自动充电装置，本发明将原本需在三维空间内控制6个自由度才能实现充电枪拔插的结构优化为仅在地面上平面运行的AGV小车，大幅降低了控制的难度，结构的重量以及制造成本，减少了充电桩本身及充电枪运动空间的占用。
(3)相对于现今正在研究的大功率无线充电装置，本发明采用相对成熟的有线充电方案，能以较高的功率及较低的成本实现快速充电，对现有的充电装备及快速充电协议的改变较少，充电效率更高。
(4)相对于现今正在研究的带储能电池的自动充电小车，本发明采用直接充电电缆连接固定充电装置与被充电车辆的方式为车辆充电，减少了从固定充电装置为充电AGV小车充电，充电AGV小车再为待充电车辆充电所造成的二次能量损耗、提高了能量转化效率，同时降低了充电AGV小车的质量、体积和制造成本，而充电AGV小车也无需因电量不足而被迫返回充电装置充电，大幅提高了充电利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车的一种结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车的另一种结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车的侧视图；
图4是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车的正视图；
图5是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车未处于充电工作状态时与充电车位的位置关系俯视图；
图6是本发明实施例提供的电动汽车自动充电AGV小车为车辆充电时与车辆的位置关系侧视图。
附图标记：
1、车体；2、充电机构；3、充电平台；4、充电接头；5、驱动轮；6、万向轮；7、感知摄像头；8、定位探头；9、超声波雷达；10、充电电缆。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1～4，本发明优选实施例提供一种电动汽车自动充电AGV小车，包括车体1、充电机构2、充电接头4、充电电缆10和控制机构，所述车体1的底部分别设置有两个可独立控制轮速的驱动轮5和两个万向轮6；所述车体1设置有感知摄像头7、定位探头8和超声波雷达9；所述充电机构2可升降的设置于所述车体1；所述充电接头4设置于所述充电机构2；所述充电电缆10的一端设置于所述车体1，其另一端连接外部的供电装置；所述控制机构设置于所述车体1内，其分别与所述驱动轮5、感知摄像头7、定位探头8、超声波雷达9、充电机构2、充电接头4、充电电缆10和外部的充电装置系统电连接。
需要说明的，车体1尾部连接着充电电缆10，充电电缆10为电力传输导线，导线的另一端与地面上固定的供电设备连接。电动汽车充电所需电能及AGV小车工作所需电能均通过导线从地面固定的供电设备获取。
本发明的一些优选实施例中，所述充电机构2的可升降幅度应大于160mm，当所述充电机构2降到最低时，所述车体1和充电机构2的总高度应不大于150mm，当所述充电机构2升到最高时，所述车体1和充电机构2的总高度应不小于300mm。
本发明的一些优选实施例中，所述充电机构设置有为平面形状的充电平台3，所述充电接头4在所述充电平台3上呈平面展开布置，所述充电接头4之间间隔设置。具体的，所述充电接头4之间的保持安全间隔距离，避免相互接触。
本发明的一些优选实施例中，所述充电接头4设置有用于保证非充电状态下人体接触充电接头4不触电，充电过程中人体无法接触带电部件的防护装置。具体的，防护装置保证非充电状态下人体接触充电接头4不触电，充电过程中人体无法接触带电部件，当充电过程出现异常时，控制机构控制其自动断电等功能。
本发明的一些优选实施例中，所述充电接头4设置有用于与车辆充电接口锁定的锁定机构，所述锁定机构与所述控制机构电连接；当所述锁定机构与车辆充电接口上的对应结构成功配对并锁紧后，保证所述充电接头4与车辆上的充电接口准确对准且牢固结合，在正常外力作用下不松脱。且在充电完毕后，控制机构可以控制锁定机构自动回收复位。
本发明的一些优选实施例中，所述驱动轮5为轮毂电机。具体的，驱动轮5由两组电机分别独立控制，通过控制两侧驱动轮5的轮速和转动方向，可控制车体1实现前进，后退，原地自旋，行进中转向等功能。
本发明的一些优选实施例中，所述定位探头8为红外线定位探头8。
本发明的一些优选实施例中，所述车体1为长方体结构，其朝向所述车体1前进方向的面为正面。
本发明的一些优选实施例中，所述感应摄像头设置于所述车体1的顶面的前侧中部位置。具体的，通过感知摄像头7可获取车底的基本纹理信息，规划AGV小车运动轨迹，实现障碍物识别、视觉定位、目标物对中等功能。
本发明的一些优选实施例中，所述定位探头8设置有三个，其中两个所述定位探头8设置于所述车体1的顶面前端两个直角处，剩余一个所述定位探头8设置于所述车体1的背面的中部。具体的，位于顶面前端的两个定位探头8通过感知识别车辆端底盘发射的红外线定位信息，实现更高精度的定位，目标位置对准等功能，位于背面的定位探头8用于帮助AGV小车寻找初始停泊位置标识发出的红外线定位信号，以引导AGV小车在充电任务完成后返回初始位置。
本发明的一些优选实施例中，所述超声波雷达9设置有两个，其中，所述车体1的正面和背面分别设置有两个超声波雷达9；所述车体1的左右两侧面分别设置有一个超声波雷达9。具体的，可获取AGV小车周围的障碍物及其相对距离信息，避免与周边障碍物发生碰撞。
本发明优选实施例的工作原理：
参见图5和图6，当待充电的电动汽车倒车泊入具有本发明的充电车位后，车辆的充电需求通过车联网的方式发送给具有本发明的充电装置系统中，充电装置系统为车辆启动自动充电流程，发送启动信号给控制机构，充电AGV小车启动，开始与车辆端充电接头4对接的流程，充电AGV小车通过自身的红外定位探头8和超声波雷达9，识别周边的障碍物并规划运动路径；其中感知摄像头7会识别车辆底部的图像特征，快速判断车辆充电接口的位置及周边环境特征，并辅助车辆的确定自身的位置及朝向；超声波雷达9能快速识别周边障碍物的方位及距离，避免AGV小车与之发生碰撞；红外线辅助定位探头8会识别车辆端在车尾底部的充电接口附近会发出红外线辅助定位的信号标识，实现更精确的与车辆充电接口间对准定位。除此之外，AGV小车内部还应具备以下传感器，以帮助AGV小车的定姿定位：IMU惯性测量单元、安装在两侧驱动轮5上的轮速转感器和电子罗盘。
当AGV小车顺利地移动到车辆端充电接口下方时，AGV小车的可升降充电机构2将充电接头4升起，充电接头4上方凸起的定位与锁定机构将首先与待充电车辆端的充电接口接触，待充电车辆端的充电接口接触将帮助AGV小车端与待充电车辆端的充电接头4精确对准，并完成最后的接合和锁定流程。接合完成后，AGV小车的充电接头4将与车辆端的充电接口牢固地锁定在一起，充电接头4间紧密接触，当AGV小车受到正常外力时，可保证充电接头4间不发生松脱。车辆充电完成后，AGV小车与充电车辆间的高压电转输切断，充电接头4的锁定机构与车辆端充电接口的固定解除，AGV小车的充电接头4与车辆底部的充电接口分离，AGV小车的可升降的充电机构2驱动充电接头4下降收回。当可升降的充电机构2降到最低位置后，AGV小车开始移动返回起始位置，返回过程中，固定在初始位置上的红外线发射装置会发出红外线信号标识，指引AGV小车的返回终点，若该红外线信号被车辆底部遮挡，AGV小车的控制机构可获取开始充电时的路径，控制车体1沿该路径反向行驶离开车辆底部，直到AGV小车后部的红外线定位探头8能直接接收到充电车位上的红外线发射装置发出红外线信号标识后，返回红外线信号标识所指引的位置。在此过程中，AGV小车后部的两个超声波雷达9实时监测AGV小车周边的障碍物，避免发生碰撞。AGV小车返回起始位置后，AGV小车进入待机状态，起始位置上方的红外线发射装置停止发射信号，充电系统等待下一辆车的充电请求。
综上，本发明优选实施例提供一种电动汽车自动充电AGV小车，其与现有技术相比：
(1)相比传统的手动拔插充电枪开始及停止充电的方式，本发明能实现车辆泊入车位后，充电AGV小车对车辆的充电接口接合并开始充电，当车辆充电完成后，充电AGV小车与车辆分离并归位。本发明有效地简化了电动汽车充电的操作流程，避免了车辆充满电后充电桩与车辆的不必要长期连接，为未来实现车辆自动化代客泊车及充电服务提供了基础。
(2)相对现今正在研究的机械臂式自动充电装置，本发明将原本需在三维空间内控制6个自由度才能实现充电枪拔插的结构优化为仅在地面上平面运行的AGV小车，大幅降低了控制的难度，结构的重量以及制造成本，减少了充电桩本身及充电枪运动空间的占用。
(3)相对于现今正在研究的大功率无线充电装置，本发明采用相对成熟的有线充电方案，能以较高的功率及较低的成本实现快速充电，对现有的充电装备及快速充电协议的改变较少，充电效率更高。
(4)相对于现今正在研究的带储能电池的自动充电小车，本发明采用直接充电电缆10连接固定充电装置与被充电车辆的方式为车辆充电，减少了从固定充电装置为充电AGV小车充电，充电AGV小车再为待充电车辆充电所造成的二次能量损耗、提高了能量转化效率，同时降低了充电AGV小车的质量、体积和制造成本，而充电AGV小车也无需因电量不足而被迫返回充电装置充电，大幅提高了充电利用效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于，包括：
车体，所述车体的底部分别设置有两个可独立控制轮速的驱动轮和两个万向轮；所述车体设置有感知摄像头、定位探头和超声波雷达；
充电机构，所述充电机构可升降的设置于所述车体；
充电接头，所述充电接头设置于所述充电机构；
充电电缆，所述充电电缆的一端设置于所述车体，其另一端连接外部的供电装置；
控制机构，所述控制机构设置于所述车体内，其分别与所述驱动轮、感知摄像头、定位探头、超声波雷达、充电机构、充电接头、充电电缆和外部的充电装置系统电连接。
2.如权利要求1所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述充电机构的可升降幅度应大于160mm，当所述充电机构降到最低时，所述车体和充电机构的总高度应不大于150mm，当所述充电机构升到最高时，所述车体和充电机构的总高度应不小于300mm。
3.如权利要求1所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述充电机构设置有为平面形状的充电平台，所述充电接头在所述充电平台呈平面展开布置，所述充电接头之间间隔设置。
4.如权利要求3所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述充电平台设置有用于保证非充电状态下人体接触充电接头不触电，充电过程中人体无法接触带电部件的防护装置。
5.如权利要求3所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述充电接头设置有用于与车辆充电接口锁定的锁定机构，所述锁定机构与所述控制机构电连接；当所述锁定机构与车辆充电接口上的对应结构成功配对并锁紧后，保证所述充电接头与车辆上的充电接口准确对准且牢固结合，在正常外力作用下不松脱。
6.如权利要求1所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述驱动轮为轮毂电机。
7.如权利要求1所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述定位探头为红外线定位探头。
8.如权利要求1所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述车体为长方体结构，其朝向所述车体前进方向的面为正面。
9.如权利要求8所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述定位探头设置有三个，其中两个所述定位探头设置于所述车体的顶面前端两个直角处，剩余一个所述定位探头设置于所述车体的背面的中部。
10.如权利要求8所述的电动汽车自动充电AGV小车，其特征在于：所述超声波雷达设置有两个，其中，所述车体的正面和背面分别设置有两个超声波雷达；所述车体的左右两侧面分别设置有一个超声波雷达。
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