CN115593262A - 一种电动汽车充电方法、设备、系统、机器人及站场 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车充电方法、设备、系统、机器人及站场，其中所述方法包括：充电机器人按照预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间；所述充电机器人识别所述充电装置的充电枪和所述电动汽车的充电插口；所述充电机器人将所述充电装置的所述充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口。本发明提供的电动汽车充电的方法、充电机器人及系统，可以实现同时为多辆汽车充电的目标，使用效率高。

Description

一种电动汽车充电方法、设备、系统、机器人及站场

技术领域

本发明属于电动车辆供电技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电方法、设备、系统、机器人及站场。

背景技术

在当前全球重视能源资源，各个国家持续出台能源政策。电动车在解决能源消耗方面的起到了好的效果。因此，各个国家对电动汽车支持力度也在增加，电动汽车数量和市场占有率迅速增长。然而，电动汽车用户的充电操作十分不便，通常需要用户手动插入充电枪，并在充电结束以后，返回充电地点将充电枪归位。目前部分充电机器人可以代替人工对电动汽车完成以上充电操作，用户只需将电动汽车停在指定车位即可，省去了人们插拔充电枪的麻烦和顾虑。

众多设备制造商的充电机器人技术路线、体积和外观、功能不尽相同：从技术路线看，有从充电桩上取下充电枪给汽车充电的技术路线，也有从移动电池舱上取下充电枪的，这也是目前基本采用的方式；机器人有固定式的，也有移动式的；机械臂有多轴的，也有蛇型的；体积、重量、外观、功能更是不尽相同，它们完全取决于设计者和各种适用场景。虽然有着上述诸多方面不同，但它们有着一个共同的任务，就是代替人工执行繁琐的充电操作。随着技术不断升级换代和关注度越来越高，形成了以完成充电操作为主的适用于不同场景的充电机器人系列，未来随着电动汽车用户的增多和生活智能化程度提高，它将是一项重要的代替人工进行充电操作的解决方案。

但是，从目前的充电技术来看，固定充电桩的这种技术，需要人员手持充电桩的充电插头对接到电动车辆的充电口上，这种方式是人工方式，没有自动化；自动充电机器人这种技术，是充电机器人携带充电电池等自动行驶到车辆位置附近，自动将充电插头对接到电动车辆的充电口上，这种方式一般需要一辆电动车对应一个自动充电机器人，面对大量充电需求时，只能充完一辆电动车后，再去充电另一辆电动车；有些固定桩安装有自动化机械臂，通过机械臂将充电枪插入到电动汽车的充电插口中。

因此这些现有技术存在以下不足：一是有的将机器人与充电桩一体化设计，不能移动，灵活性和经济性差；二是有的机器人携带电池舱为汽车充电，安全性和经济性不够好，这种导致充电效率极低。

发明内容

在为解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车充电方法、设备、系统、机器人及站场，能够不需要对一辆电动车充电完成后再充电其他电动车辆。

本发明提供了一种电动汽车充电方法，所述方法包括：

充电机器人按照预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间；

所述充电机器人识别所述充电装置的充电枪和所述电动汽车的充电插口；

所述充电机器人将所述充电装置的所述充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

所述充电机器人的识别部件获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口，等待充电完成，返回充电位置，将充电枪从汽车插口拔出并将充电枪归位。

一些实施例中，所述充电机器人的识别部件识别所述充电装置充电枪的空间坐标，以识别所述充电装置的充电枪；

所述识别部件识别所述充电装置的充电枪后，充电机器人的控制部件控制所述充电机器人的机械臂末端的充电枪卡合机构与所述充电枪上的充电枪插接头对接，实现所述充电枪卡合机构与所述充电枪插接头的对接。

一些实施例中，所述识别部件获取所述充电装置充电枪所在区域的充电枪区域图像，对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像确定所述充电枪的空间坐标。

一些实施例中，所述充电机器人的识别部件获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口。

一些实施例中，3D相机拍摄目标充电插口的彩色和/或深度图片；

将拍摄的图片转换成点云，将点云增加法向；

在点云中框选ROI，获得初步的有效点云；

通过点云过滤、聚类，获得目标充电插口的点云；

将获得的目标充电插口的点云与系统中存储的各类充电插口的模板进行匹配，实现目标充电插口的点云与抓取点进行映射，获得初始位姿；

将获得的初始位姿进行旋转变换得到最终的位姿。

一些实施例中，充电机器人按照预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间具体为：

充电机器人在布有磁性导航条的地面行进路线行驶，通过充电机器人移动底盘上装设的磁条导航传感器与地面设置的磁性导航条进行感应，通过磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度大小来判断是否偏离预定路线；

沿着预定的路线行驶到电动汽车和充电装置之间。

一些实施例中，通过磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度大小来判断是否偏离预定路线具体为：

获取磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度；

将获取的磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度与预定强调阈值进行比较；

如果磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度高于所述预定强调阈值，则认为没有偏离预定路线。

一些实施例中，所述磁性导航条为连续导航条或非连续导航条。

一些实施例中，充电机器人通过识别RFID标签以确定是否到达电动汽车和充电装置之间的位置。

本公开实施例还提供了一种电动汽车充电机器设备，所述充电机器设备包括移动承载系统、控制系统、感知系统和执行系统，其中，

所述移动承载系统，包括移动底盘，用于使机器人可以在地面自由移动、并承载机器人各组成部分；

所述感知系统，包括超声波雷达、激光雷达和视觉感知模组，被配置用于感知充电机器人是否沿预定路线行驶，并将是否按照预定路线行驶的结果发给所述控制系统；

所述控制系统，包括机械臂控制器、视觉工控机和移动承载平台控制器，被配置用于控制所述充电机器人行驶，并控制所述执行系统将充电装置的充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

所述执行系统，包括机械臂、末端工具和充电枪卡合机构，根据所述控制系统的控制指令将充电装置的所述充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

视觉感知模组获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口，等待充电完成，返回充电位置，将充电枪从汽车插口拔出并将充电枪归位。

一些实施例中，所述感知系统包括视觉感知模组，所述控制系统包括视觉工控机，所述执行系统包括机械臂，其中，

所述视觉感知模组，被配置用于识别所述充电装置充电枪的空间坐标，以识别所述充电装置的充电枪；

所述视觉工控机，被配置用于在所述视觉感知模组识别到所述充电装置的充电枪后，控制机械臂末端的充电枪卡合机构与所述充电枪上的充电枪插接头对接，实现充电枪卡合机构与所述充电枪插接头的对接；

所述机械臂，被配置用于根据视觉工控机的控制指令将所述机械臂末端的充电枪卡合机构与充电枪上的充电枪插接头对接。

一些实施例中，所述视觉感知模组，被配置用于获取所述充电装置充电枪所在区域的充电枪区域图像，对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像，确定所述充电枪的空间坐标。

一些实施例中，视觉感知模组获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口。

一些实施例中，所述视觉感知模组，还被配置用于获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述控制系统对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征与预采集的充电插口图像进行模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

所述控制系统，还被配置用于基于所述充电插口位姿控制所述执行系统将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口。

本公开实施例还提供了一种电动汽车充电的系统，所述系统包括充电机器人和地面磁性导航条，其中，所述充电机器人执行如上任意所述的方法。

本公开实施例还提供了一种执行如前述的方法的充电机器人，所述充电机器人包括底盘101设置在所述底盘101上的机械臂102，其中，

所述底盘侧面设有超声波雷达3、激光雷达4、急停按钮6、操作面板15和操作按钮16，底盘内部设有机械臂控制器8、视觉工控机10、电池组9和移动承载平台控制器11，底盘下部设有驱动轮12、站点读卡器13和万向轮14。

一些实施例中，所述机械臂102末端设置有充电枪抓取工具，充电枪抓取工具上设置有视觉识别部件。

本公开实施例还提供了一种电动汽车站场，其中，所述站场包括：

如前述的充电机器设备或如前述的充电机器人；

地面磁性导航条，所述地面磁性导航条设置的地面或者地下；

RFID标签，所述RFID标签位于充电区域、充电机器人行进路线的主干线和分支线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提出的电动汽车充电方法及充电机器人，代替人工完成繁琐的充电操作，该方法及其产品的主要优点在于：一是可移动，适用场景更广泛；二是不带电池舱，投资少、占地小；三是可以同时为多辆汽车充电，使用效率高。作为一种高端充电装备，它可以移动和自主定位，适用于电动汽车充电站、电动公交车集中充电站、智慧停车场，可同时为多个车位服务，为电动汽车用户提供了一种便捷化智能化的充电解决方案。本发明所提出的电动汽车充电方法及充电机器人，可以使充电机器人自主为汽车充电，替代人工完成“取充电枪-将枪插入接口充电-等待充电完成将充电枪归位”的充电操作，一台机器人可同时照顾到多辆待充电的汽车，经济性好、效率高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1示出了根据本公开实施例的一种电动汽车充电系统基本结构示意图；

图2示出了根据本公开实施例的获取高精度充电插口位姿的过程示意图；

图3示出了根据本公开实施例的一种充电机器人的结构示意图；

图4示出了根据本公开实施例的一种充电机器人整体结构示意图；

图5示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第一侧视图；

图6示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第二侧视图；

图7示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构的俯视立体图；

图8示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构的仰视立体图；

图9示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第三侧视图；

图10示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构上部的安装板；

图11示出了根据本公开实施例的充电机器人充电步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本公开实施例的一种电动汽车充电系统基本结构示意图。如图1所示，充电机器人可以处于机库等指定的位置等待充电指令，在获得充电指令后，充电机器人可以按照如图中虚线标示的预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间的合适位置。本公开实施例中，可以在停车场等场地中布置磁性导航条，例如图中虚线可以为磁性导航条。充电机器人的移动底盘上可以装设磁条导航传感器等感知模组。在充电机器人的行进过程中，可以通过磁条导航传感器与地面上的磁性导航条之间的感应磁场强度来判断充电机器人是否偏离预定路线，如果偏离预定路线，可以对充电机器人的进行方向调整。本公开实施例中，在车位旁等预定位置处可以设置RFID标签（Radio Frequency Identification，射频标签），在充电机器人导到该预定位置后，其读卡器读取该RFID标签，识别位置号，可以通过该位置标签判断是否到达指定位置。由于RFID标签是一种近距离的射频标签，所以，位置误差可以小于1cm。而本公开实施例中将扫描产品RFID的技术应用于充电机器人领域，有效地实现了确定机器人在行进过程中是否到达指定区域，是一个RFID标签的扫描是一个被动的过程，即行进到位置才被动扫描。相比于现有技术中主要用于解决主动扫描产品码以快速获取产品信息的技术问题，本发明解决的是机器人行进过程中被动扫码停止运动的技术问题。

本公开实施例中，可以通过以下方式确定是否偏离预定路线：检测磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度；将检测的磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度与预定强调阈值进行比较，本公开实施例中并不局限于指定的强度阈值，可以根据实际情况设定该强度阈值；如果磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度高于所述预定强调阈值，则认为没有偏离预定路线，否则认为偏离预定路线。

充电机器人到达合适位置后，示例性地，到达第一个充电桩与电动汽车之间的位置时，充电机器人通过其视觉感知模组识别所述充电装置的充电枪，并由视觉工控机控制充电机器人实现与充电枪的对接。示例性地，充电机器人的视觉感知模组识别所述充电装置充电枪的空间坐标，以识别到所述充电装置的充电枪；在所述视觉感知模组识别到所述充电装置的充电枪后，充电机器人的视觉工控机控制充电机器人的机械臂末端的充电枪卡合机构与所述充电枪上的充电枪插接头对接，实现所述充电枪卡合机构与充电枪插接头的对接。

为了实现将充电枪插接头插接到电动汽车的充电插口上，充电机器人还需要对电动汽车的充电插口进行识别。本公开实施例中，充电机器人的视觉感知模组获取所述充电装置充电枪所在区域的充电枪区域图像，然后对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像确定所述充电枪的空间坐标。本公开实施例中，可以具体为：充电机器人的视觉感知模组获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，然后通过充电机器人的图像处理器对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D（二维）位置信息；其中，提取方法可以为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征与存储的各类充电插口模板（示例性地预拍摄国标充电口的各个图像形成模板并预先存储）进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D（三维）空间位置，同时，示例性地可以利用ICP（Iterative Closest Point，迭代最近点）等算法将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；最后，充电机器人的工控机基于所述充电插口位姿控制充电机器人的机械臂将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口中。等待充电完成，返回充电位置，将充电枪从汽车插口拔出并将充电枪归位。等待时充电机器人可同时完成其他车辆充电操作。

如图2示出了根据本公开实施例的获取高精度充电插口位姿的过程示意图，系统启动完成相关配置后，3D相机拍摄充电插口的图片，该图片可以为彩色图和/或深度图；将拍摄的彩色图和/或深度图转换成点云，将点云增加法向，在点云中框选合适的ROI（regionof interest，兴趣区域），获得初步的有效点云；通过点云过滤、聚类等操作，获得目标充电插口的点云；将获得的目标充电插口的点云与系统中存储的各类充电插口的模板进行匹配，实现目标充电插口的点云与抓取点进行映射，获得初始位姿，将获得的初始位姿进行旋转变换得到最终的位姿。

在充电机器人将第一个充电桩的充电枪插接到第一个待充电电动汽车后，第一个充电桩的充电枪对第一个待充电电动汽车进行充电。而后，该充电机器人无需等待，可以采用上述同样的方式，将其他充电桩的充电枪插接到其他待充电电动汽车上。本公开实施例中的这种充电机器人，因为无需等待而可以实现多辆电动汽车的充电，充电效率得到了极大地提高。

在电动汽车充电结束后，可以通过充电桩、电动汽车或者人员的控制指令，控制充电机器人返回到完成充电的位置，将充电枪从电动汽车充电插口中拔出并将充电枪归位。

图3示出了根据本公开实施例的充电机器人的结构示意图，如图3所示，本公开实施例的充电机器人主要包括感知系统、控制系统和执行系统。

如上所述，本公开实施例的感知系统主要用于感知，包括行进路线的感知、避障检测、充电枪插入、拨出时的识别定位以及位置RFID标签识别等，其包括各种类型的传感器、检测器等。

感知系统包括了行走感知模块，本公开实施例中行走感知模块采用磁条导航传感器，磁条导航传感器位于充电机器人的移动底盘上，由于在地面路线上布有磁性导航条，所以在充电机器人的行走中，位于移动底盘上的磁条导航传感器会检测到地面上的磁性导航条。本公开实施例中，可以通过磁条导航传感器与地面上的磁性导航条之间的感应磁场强度来判断充电机器人是否偏离预定路线。在偏离预定路线时，感知模块将偏离数据发给控制系统，由控制系统控制充电机器人行走轮的转向实现路线的纠偏。

感知系统还包括了避障模块，本公开实施例中避障模块采用了超声波雷达与多线激光雷达融合的方式，其中超声波雷达布置于机器人上部周围，保证四周无检测盲区，用于检测机器人上部障碍物；多线激光雷达布置与机器人下部，前后各1个，用于检测机器人下部及地面障碍物。通过机器人软件系统控制超声波雷达和多线激光雷达检测障碍物，当检测到安全距离内存在障碍物时，避障模块将信号发给控制系统，由控制系统控制执行系统执行机器人停止运动动作，从而防止机器人在前进、后退及转向运动中撞击异物，即保护了人员和车辆的安全，也保护了机器人自身的安全。

感知系统还包括了视觉感知模组，本公开实施例的视觉感知模组采用了3D结构光照相机，其可以位于充电机器人的机械臂上，主要用于识别所述充电装置充电枪的空间坐标和电动汽车充电口的位置。识别充电装置充电枪的空间坐标的主要过程为：充电机器人到达指定位置后，其3D结构光照相机拍摄充电装置的充电枪所在区域的充电枪区域图像，然后对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像确定所述充电枪的空间坐标。在确定所述充电枪的空间坐标后，执行系统控制充电机器人的机械臂末端的插头（例如充电枪卡合机构等）与充电枪上对接的插孔的对接自锁，实现从充电装置上的摘枪。如上所述，识别电动汽车充电口的位置的主要过程为：3D结构光照相机获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，由处理器等处理部件对获取的充电插口区域双目图像进行处理，包括提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征与存储的各类充电插口的模板进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；最后基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，然后利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，同时，示例性可以利用ICP算法等将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿，最后确定充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；具体确定过程上述对图2的解释描述，在此不再赘述。最后控制系统根据获得的充电插口位姿控制执行系统将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口中。

感知系统还包括了射频识别模组，本公开实施例的射频识别模组可以采用站点读卡器，读取RFID标签的识别号码，根据识别号码确定是否到达指定位置。示例性如图1中，第一个位置的RFID标签的识别号码设置为ID001，在射频识别模组读取到识别号码为ID001的号码后，即认为到达第一个位置。

控制系统可以由处理器等能够实现数据处理、收发控制指令的器件构成，如上所述，本公开实施例的控制系统主要基于感知系统提供的数据来控制执行系统执行相应的动作。在上述内容中已经介绍了控制系统的控制过程，在此不再赘述。

本公开实施例中的这种充电机器人，由于不携带给电动汽车充电的蓄电池，而是通过该充电机器人实现充电桩等充电装置向电动汽车的充电，所以，在电动汽车充电过程中，本公开的充电机器人可以随时移动到他处，实现其他电动汽车的充电，所以在具有多个充电汽车都有充电需求的场景下，极大地提高了充电效率，而且该充电机器人本身不携带给电动汽车充电的蓄电池，其行走更加灵活、更加安全。

机器人由移动承载系统、控制系统、感知系统、执行系统组成，下面分别对移动承载系统、控制系统、感知系统、执行系统进行实施例描述：如图4所示：对移动承载系统来说，主要由移动底盘101构成，移动底盘101使机器人可以在地面自由移动、并承载机器人各组成部分。其中：移动底盘101，主要由下列部件组成：机架1，用于固定各部件的框架。无线充电罩2，用于遮挡作用的罩子，移动底盘内含有无线充电装置，当机器人闲时可对机器人进行无线充电。超声波雷达3和激光雷达4，机器人的主动安全采用了超声波雷达和多线激光雷达融合避障的方式。超声波雷达布置于移动底盘的四围，保证四周无检测盲区，用于检测机器人附近障碍物。多线激光雷达布置与机器人下部，前后各1个，用于检测机器人下部及地面障碍物。通过机器人软件系统设置检测安全距离，当检测到安全距离内存在障碍物时，机器人停止运动，从而防止机器人在前进、后退及转向运动中撞击异物，即保护了人员和车辆的安全，也保护了机器人自身的安全。电源接头5，用于连接220V电源充电急停按钮6，紧急情况下按下，用于安全急停。安装板7，固定部件用的硬板。机械臂控制器8，用于接收机械臂的控制信号和下发机械臂运动指令。电池组9，机器人本身提供电能的装置。视觉工控机10，用于分析和处理视觉传感器的信号，进行识别定位移动承载平台控制器11，用于控制移动承载平台按需要的方向和速度行进。驱动轮12，接受驱动力使承载平台前进。站点读卡器13，用于机器人指定点位的导航。万向轮14，在狭小空间内完成所需要的角度转动。操作面板15，用于机器人信息显示。操作按钮16，用于机器人的手动控制操作对于控制系统来说，主要由机械臂控制器8、视觉工控机10、移动承载平台控制器11等组成；对于感知系统来说，主要由超声波雷达3、激光雷达4、视觉感知模组105等组成；对于执行系统来说，主要由机械臂102、末端工具103、充电枪卡合机构104等组成。

如图4示出了根据本公开实施例的充电机器人整体结构示意图，如图4所示本公开实施例的充电机器人包括底部的底盘101、机械臂102、末端工具103和充电枪卡合机构104。所述机械臂102末端设置有充电枪抓取工具，充电枪抓取工具上设置有视觉感知模组105等视觉识别部件。从该充电机器人的整体结构示意图上看出，视觉感知模组105可以位于末端工具103上，但是本公开并非仅仅限于此，可以位于其他位置，只要能够实现视频感知即可。

图5示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第一侧视图，如图所示，本公开实施例中的充电机器人底盘包括机架1、无线充电罩2和位于侧面的超声波雷达3。其中，所述无线充电罩用于遮挡作用的罩子，移动底盘内含有无线充电装置，当机器人闲时可对机器人进行无线充电；所述超声波雷达用于检测行驶路线上的障碍物。图6示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第二侧视图，如图6所示，在充电机器人底盘的一侧设有激光雷达4、电源接头5和急停按钮6。其中，激光雷达4用于检测机器人下部及地面障碍物；电源接头5用于实现对充电机器人中电池组的充电或供电；急停按钮6用于在充电机器人出现意外故障时，便于工作人员及时终止充电机器人的工作。图7示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构的俯视立体图，如图7所示在充电机器人的底盘内设置有机器臂控制器8、位于机器臂控制器8一侧的电池组9、位于电池组9一侧的视觉工控机10以及与该视觉工控机10紧挨的移动承载平台控制器11。其中机械臂控制器8用于实现对于机械臂的控制，电池组9用于为充电机器人提供电力能量，视觉工控机10用于控制充电机器人实现与充电枪的对接，移动承载平台控制器11用于控制移动承载平台按需要的方向和速度行进。图8示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构的仰视立体图，如图8所示，在充电机器人底盘下面设有驱动轮12、站点读卡器13和万向轮14。其中，驱动轮12是具有驱动能力的滚轮，实现充电机器人的行驶驱动，站点读卡器13用于在充电机器人行驶过程中实现读取RFID标签，万向轮14用于实现充电机器人的转向控制。图9示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构第三侧视图，如图9所示，在充电机器人底盘的一侧还设有操作面板15、操作按钮16，也还设有急停按钮6。其中，操作面板15用于实现对充电机器人的操作控制输入，操作按钮16用于实现对充电机器人的开关等操作。图10示出了根据本公开实施例的充电机器人底盘结构上部的安装板，如图10所示，安装板7与底盘契合实现对充电机器人底盘的封盖。

本公开实施例的执行系统主要包括机械臂102、末端工具103和充电枪卡合机构104。其根据控制系统的控制指令驱动机械臂102的上下、前后转动，实现将充电枪卡合机构104与充电装置的充电枪的对接和自锁，并将充电装置的充电枪插接到电动汽车的充电口中。

充电机器人在运动或者运输过程中会产生振动，造成机械臂围绕关节中心轴旋转运动的趋势。在充电机器人工作过程中，其通过关节位置控制限制振动产生的关节旋转运动；在运输过程中，机械臂为失电状态，各关节通过内部机械结构制动保持位姿，运输振动对关节内部机械结构产生较强的循环应力，从而影响制动机构的寿命。为此，本公开实施例中对底盘101进行了设计，以克服上述缺陷。为此，本公开实施例的底盘101上设一个枕托来支撑机械臂102，枕托上设弹性阻尼块。这种设计方式，既能用于平衡机械臂的部分重力又能起到缓冲吸振的作用。由于机械臂重力对弹性阻尼块产生一定压缩量，弹性阻尼块的恢复力F=G*L1/L，恢复力F和力臂L消除机械臂自身重力G和力臂L1对关节制动机构产生的力矩，弹性阻尼块的恢复力与压缩量成正比，从而降低外部振动对机械臂关节制动机构的影响。在本公开实施例中，弹性阻尼块材料为橡胶或聚氨酯。

为了实现提示的功能，进一步提高安全性，本公开实施例中充电机器人设语音提示功能。当机器人实施充电作业时，控制系统控制语音系统（例如扬声器等）发出相应语音安全提示，提醒周围人员撤离机器人作业区域，避免周围人员影响机器人正常作业，同时也防止机器人主动安全措施失效对周围人员造成人身伤害。

在上述方法的基础上，本公开实施例还提供了一种电动汽车充电的系统，所述系统包括充电机器人和地面磁性导航条，其中，所述充电机器人执行如上任一所述的方法，所述地面磁性导航条设置的地面或者地下。

本公开实施例中，由充电机器人代替人工完成对待充电电动汽车的充电操作：将充电枪从充电桩上取下并插入电动汽车插座进行充电-完成充电-将充电枪归位，为电动汽车充电用户带来便利。并且与其他现有技术的充电机器人相比，本公开的主要优点在于：一是充电机器人可移动，适用场景更广泛；二是充电机器人不带电池舱，投资少、占地小；三是通过一个充电机器人可以同时为多辆汽车充电，使用效率高。

本公开实施例还提供了一种执行如前述的方法的充电机器人，所述充电机器人包括底盘101设置在所述底盘101上的机械臂102，其中，

所述底盘侧面设有超声波雷达3、激光雷达4、急停按钮6、操作面板15和操作按钮16，底盘内部设有机械臂控制器8、视觉工控机10、电池组9和移动承载平台控制器11，底盘下部设有驱动轮12、站点读卡器13和万向轮14。

一些实施例中，所述机械臂102末端设置有充电枪抓取工具，充电枪抓取工具上设置有视觉识别部件。

本公开实施例还提供了一种电动汽车站场，其中，所述站场包括：

如前述的充电机器设备或如前述的充电机器人；

地面磁性导航条，所述地面磁性导航条设置的地面或者地下；

RFID标签，所述RFID标签位于充电区域、充电机器人行进路线的主干线和分支线。机器人充电步骤如图11所示。

上述实施例中，由充电机器人代替人工完成对待充电电动汽车的充电操作：将充电枪从充电桩上取下并插入电动汽车插座进行充电-完成充电-将充电枪归位，为电动汽车充电用户带来便利。并且与其他现有技术的充电机器人相比，本公开的主要优点在于：一是充电机器人可移动，适用场景更广泛；二是充电机器人不带电池舱，投资少、占地小；三是通过一个充电机器人可以同时为多辆汽车充电，使用效率高。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种电动汽车充电方法，所述方法包括：

充电机器人按照预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间；

所述充电机器人识别所述充电装置的充电枪和所述电动汽车的充电插口；

所述充电机器人将所述充电装置的所述充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

所述充电机器人的识别部件获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口，等待充电完成，返回充电位置，将充电枪从汽车插口拔出并将充电枪归位。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电方法，其中，

所述充电机器人的识别部件识别所述充电装置充电枪的空间坐标，以识别所述充电装置的充电枪；

所述识别部件识别所述充电装置的充电枪后，充电机器人的控制部件控制所述充电机器人的机械臂末端的充电枪卡合机构与所述充电枪上的充电枪插接头对接，实现所述充电枪卡合机构与所述充电枪插接头的对接。

3.根据权利要求2所述的电动汽车充电方法，其中，

所述识别部件获取所述充电装置充电枪所在区域的充电枪区域图像，对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像确定所述充电枪的空间坐标。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充电方法，其中，

3D相机拍摄目标充电插口的彩色和/或深度图片；

将拍摄的图片转换成点云，将点云增加法向；

在点云中框选ROI，获得初步的有效点云；

通过点云过滤、聚类，获得目标充电插口的点云；

将获得的目标充电插口的点云与系统中存储的各类充电插口的模板进行匹配，实现目标充电插口的点云与抓取点进行映射，获得初始位姿；

将获得的初始位姿进行旋转变换得到最终的位姿。

5.根据权利要求1所述的电动汽车充电方法，其中，充电机器人按照预定路线行驶到电动汽车和充电装置之间具体为：

充电机器人在布有磁性导航条的地面行进路线行驶，通过充电机器人移动底盘上装设的磁条导航传感器与地面设置的磁性导航条进行感应，通过磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度大小来判断是否偏离预定路线；

沿着预定的路线行驶到电动汽车和充电装置之间。

6.根据权利要求4所述的电动汽车充电方法，其中，通过磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度大小来判断是否偏离预定路线具体为：

获取磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度；

将获取的磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度与预定强调阈值进行比较；

如果磁条导航传感器与磁性导航条之间的感应磁场强度高于所述预定强调阈值，则认为没有偏离预定路线。

7.根据权利要求6所述的电动汽车充电方法，其中，

所述磁性导航条为连续导航条或非连续导航条。

8.根据权利要求1、5-7任一所述的电动汽车充电方法，其中，

充电机器人通过识别RFID标签以确定是否到达电动汽车和充电装置之间的位置。

9.一种电动汽车充电机器设备，所述充电机器设备包括移动承载系统、控制系统、感知系统和执行系统，其中，

所述移动承载系统，包括移动底盘，用于使机器人可以在地面自由移动、并承载机器人各组成部分；

所述感知系统，包括超声波雷达、激光雷达和视觉感知模组，被配置用于感知充电机器人是否沿预定路线行驶，并将是否按照预定路线行驶的结果发给所述控制系统；

所述控制系统，包括机械臂控制器、视觉工控机和移动承载平台控制器，被配置用于控制所述充电机器人行驶，并控制所述执行系统将充电装置的充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

所述执行系统，包括机械臂、末端工具和充电枪卡合机构，根据所述控制系统的控制指令将充电装置的所述充电枪插接到所述电动汽车的所述充电插口；

视觉感知模组获取电动汽车充电插口所在区域的充电插口区域双目图像，所述充电机器人的处理部件对获取的所述充电插口区域双目图像分别提取充电插口在图像坐标系下的2D位置信息；其中，提取方法为，先提取图像中的充电插口边缘轮廓，在所述充电插口边缘轮廓图上识别所述充电插口的初始位置，然后提取所述充电插口边缘梯度特征，利用所述充电插口边缘梯度特征进行充电插口模板匹配，并将所述充电插口图像块裁剪出来；基于充电插口图像块进行定位，定位算法初始化充电插口中各充电孔中心点位置，利用充电孔中心约束求解2D中心点精确位置；根据立体匹配原理计算出所述充电插口区域双目图像中对应点的3D空间位置，将所述充电插口区域双目图像与充电口3D先验模型进行匹配，获得高精度的充电插口位姿；

基于所述充电插口位姿将所述充电枪插接到所述电动汽车的充电插口，等待充电完成，返回充电位置，将充电枪从汽车插口拔出并将充电枪归位。

10.根据权利要求9所述的电动汽车充电机器设备，所述感知系统包括视觉感知模组，所述控制系统包括视觉工控机，所述执行系统包括机械臂，其中，

所述视觉感知模组，被配置用于识别所述充电装置充电枪的空间坐标，以识别所述充电装置的充电枪；

所述视觉工控机，被配置用于在所述视觉感知模组识别到所述充电装置的充电枪后，控制机械臂末端的充电枪卡合机构与所述充电枪上的充电枪插接头对接，实现充电枪卡合机构与所述充电枪插接头的对接；

所述机械臂，被配置用于根据视觉工控机的控制指令将所述机械臂末端的充电枪卡合机构与充电枪上的充电枪插接头对接。

11.根据权利要求10所述的电动汽车充电机器设备，其中，

所述视觉感知模组，被配置用于获取所述充电装置充电枪所在区域的充电枪区域图像，对所述充电枪区域图像进行处理，形成深度图像，基于所述深度图像，确定所述充电枪的空间坐标。

12.一种电动汽车充电的系统，所述系统包括充电机器人和地面磁性导航条，其中，所述充电机器人执行如权利要求1-8任一所述的方法。

13.一种执行如权利要求1-8任一所述的方法的充电机器人，所述充电机器人包括底盘（101）设置在所述底盘（101）上的机械臂（102），其中，

所述底盘侧面设有超声波雷达（3）、激光雷达（4）、急停按钮（6）、操作面板（15）和操作按钮（16），底盘内部设有机械臂控制器（8）、视觉工控机（10）、电池组（9）和移动承载平台控制器（11），底盘下部设有驱动轮（12）、站点读卡器（13）和万向轮（14）。

14.根据权利要求13所述的充电机器人，其中，

所述机械臂（102）末端设置有充电枪抓取工具，充电枪抓取工具上设置有视觉识别部件。

15.一种电动汽车站场，其中，所述站场包括：

如权利要求9-11任一所述的充电机器设备或如权利要求13-14任一所述的充电机器人；

地面磁性导航条，所述地面磁性导航条设置在地面或者地下；

RFID标签，所述RFID标签位于充电区域、充电机器人行进路线的主干线和分支线。

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