CN209581171U - 可移动的新能源汽车充电机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种可移动的新能源汽车充电机器人，包括机器人行走机构、机械臂支撑架、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块、控制电路板；机械臂支撑架连接所述机器人行走机构，能跟随所述机器人行走机构行走；机械臂支撑架连接四自由度机械臂，将四自由度机械臂的一端位置相对固定；四自由度机械臂的另一端设置所述充电枪；控制电路板分别连接机器人行走机构、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块；所述蓄电池模块分别连接控制电路板、机器人行走机构、四自由度机械臂，为其提供工作所需的电能。本实用新型还可以实现机器人移动、寻迹、自动对接充电口的基础上，尽力简化机器人的机械结构设计；从而做到结构简单，功能丰富，成本可控。

Description

可移动的新能源汽车充电机器人

技术领域

本实用新型属于新能源汽车充电技术领域，涉及一种汽车充电装置，尤其涉及一种可移动的新能源汽车充电机器人。

背景技术

近些年来，新能源汽车充电技术的发展日新月异。然而传统的固定式充电桩在推广上仍存在诸多问题，原因如下：

1、新能源汽车充电桩架设困难，成本高，而且存在一定安全隐患；

2、新能源汽车车主时常面临“一桩难求”的情况，找不到充电桩的位置，需要充电桩加大铺设范围和数量，一定程度上提高了充电桩铺设成本；

3、固定式充电桩不便于维护，需要有人员定期到充电桩铺设位置进行检查，维护成本较高。

基于上述原因已有专家提出了移动充电机器人方案。例如特斯拉公司就研发出特斯拉蛇形充电机器人,可自由移动并自动对接充电接口。但该机器人设计难度较大，成本较高。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的汽车充电装置，以便克服现有充电方式存在的上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可移动的新能源汽车充电机器人，结构简单，功能丰富，成本较低。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种可移动的新能源汽车充电机器人，所述充电机器人包括：机器人行走机构、机械臂支撑架、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块、控制电路板；

所述机械臂支撑架连接所述机器人行走机构，能跟随所述机器人行走机构行走；所述机械臂支撑架连接四自由度机械臂，将四自由度机械臂的一端位置相对固定；四自由度机械臂的另一端设置所述充电枪；

所述四自由度机械臂包括第一转动驱动机构、第一连接机构、第二转动驱动机构、第二连接机构；

所述第一转动驱动机构通过机械臂支撑架固定设置；所述第一连接机构的第一端连接第一转动驱动机构，能在第一转动驱动机构的驱动下以第一转轴为基准转动；

所述第一连接机构的第二端设置第二转动驱动机构，第二连接机构的第二端连接第二转动驱动机构，能在第二转动驱动机构的驱动下以第二转轴为基准转动；

所述控制电路板分别连接机器人行走机构、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块；所述蓄电池模块分别连接控制电路板、机器人行走机构、四自由度机械臂，为其提供工作所需的电能；

所述控制电路板包括：微控制单元、电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；微控制单元分别连接电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；所述电机驱动器连接对应的第一转动驱动机构、第二转动驱动机构。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电机驱动器包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一非门、第二非门、第三非门、比较器、若干二极管、若干电容、若干电阻；

所述第一与非门的第一输入端连接K，第一与非门的第二输入端连接比较器的输出端，第一与非门的第三输入端连接第三与非门的一输入端，所述第一与非门的输出端连接第一非门的输入端、第四零二电阻R402的第二端，第四零二电阻R402的第一端连接电压Vcc；

所述第二与非门的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别连接PA，第二与非门的输出端连接第四九八电阻R498的第一端，第四九八电阻R498的第二端连接第四零五二极管的正极；

所述第三与非门的第二输入端分别连接第三与非门的第三输入端、第四一一电阻R411的第二端、第四零一电容C401的第一端，第四一一电阻R411的第一端连接电压Vcc，第四零一电容C401的第二端接地；所述第三与非门的输出端分别连接第四一二电阻R412的第二端、第二非门的输入端，第四一二电阻R412的第一端连接电压Vcc；

所述第一非门的输出端分别连接第四零三电阻R403的第二端、第四零一二极管D401的正极，第四零三电阻R403的第一端连接电压Vcc，第四零一二极管D401的负极通过第四零四电阻R404连接第一三极管的基极；第一三极管的发射极通过第四零七电阻R407接地，第一三极管的集电极连接第四零六电阻R406的第二端，第四零六电阻R406的第一端分别连接第四零五电阻R405的第二端、第四零二二极管D402的正极、变压器的第二端口，变压器的第一端口分别连接第四零五电阻R405的第一端、第四零二二极管D402的负极；

所述变压器的第三端口分别连接第四九六电阻R496的第一端、第四零八电阻R408的第一端，第四九六电阻R496的第二端连接第四零三二极管D403的负极；所述变压器的第四端口分别连接第四零三二极管D403的正极、第四零四二极管D404的正极、第四零九电阻R409的第二端、第四零二电容C402的第二端；

所述第四零八电阻R408的第二端连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极分别连接第四三极管的集电极、第四一零电阻R410的第一端、第四零九二极管D409的负极、第四一零二极管D410的负极；第三三极管的集电极分别连接第四三极管的基极、第四零四二极管D404的负极、第四零九电阻R409的第一端；第四一零电阻R410的第二端连接第四零二电容C402的第一端；

所述第二非门的输出端分别连接第四一三电阻R413的第二端、第二三极管的基极、第四零七二极管D407的负极、第四一四电阻R414的第一端；所述第二三极管的集电极分别连接第四一五电阻R415的第二端、第四零三电容C403的第二端，第四一五电阻R415的第一端连接第四零三电容C403的第一端；第二三极管的发射极连接第四零八二极管D408的负极；

所述第四零七二极管D407的正极分别连接第四一四电阻R414的第二端、第五三极管的基极、第四一六电阻R416的第一端；第五三极管的集电极连接第四一零二极管的正极，第五三极管的发射极连接比较器的负极输入端；

所述第四零八二极管D408的正极连接第四四三电容C433的第一端，第四四三电容C433的第二端接地；第四一六电阻R416的第二端通过第四一七电阻R417接地；所述第四零九二极管D409的正极连接第四一八电阻R418的第一端，第四一八电阻R418的第二端连接第四零四电容C404的第一端，第四零四电容C404的第二端通过第四一九电阻R419接地；

所述比较器的正极输入端分别连接第四二三电阻R423的第二端、第四二四电阻R424的第一端；第四二三电阻R423的第一端连接电压Vcc；

所述比较器的输出端还连接第四二零电阻R420的第二端、第四二一电阻R421的第一端，第四二零电阻R420的第一端连接电压Vcc，第四二一电阻R421的第二端通过第四二二电阻R422接地。

作为本实用新型的一种优选方案，所述充电机器人还包括全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头，控制电路板分别连接全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头，所述蓄电池模块分别连接全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头。

作为本实用新型的一种优选方案，所述机器人行走机构包括行走轮、至少一行走驱动电机，行走驱动电机连接行走轮，能驱动行走轮转动，从而带动整个充电机器人行走。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的可移动的新能源汽车充电机器人，结构简单，功能丰富，成本较低。本实用新型还可以实现机器人移动、寻迹、自动对接充电口的基础上，尽力简化机器人的机械结构设计；从而做到结构简单，功能丰富，成本可控。

附图说明

图1为本实用新型充电机器人核心机械结构示意图。

图2为本实用新型充电机器人电路组成示意图。

图3为本实用新型充电机器人控制电路板中电机驱动器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种可移动的新能源汽车充电机器人，所述充电机器人包括：机器人行走机构1、机械臂支撑架2、四自由度机械臂3、充电枪4、蓄电池模块、控制电路板。

所述机械臂支撑架2连接所述机器人行走机构1，能跟随所述机器人行走机构1行走；所述机械臂支撑架2连接四自由度机械臂3，将四自由度机械臂3的一端位置相对固定；四自由度机械臂3的另一端设置所述充电枪4。

所述四自由度机械臂3包括第一转动驱动机构、第一连接机构、第二转动驱动机构、第二连接机构。所述第一转动驱动机构通过机械臂支撑架固定设置；所述第一连接机构的第一端连接第一转动驱动机构，能在第一转动驱动机构的驱动下以第一转轴为基准转动。所述第一连接机构的第二端设置第二转动驱动机构，第二连接机构的第二端连接第二转动驱动机构，能在第二转动驱动机构的驱动下以第二转轴为基准转动。

所述控制电路板分别连接机器人行走机构、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块；所述蓄电池模块分别连接控制电路板、机器人行走机构、四自由度机械臂，为其提供工作所需的电能。

请参阅图2，所述控制电路板包括：微控制单元、电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；微控制单元分别连接电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；所述电机驱动器连接对应的第一转动驱动机构、第二转动驱动机构。

所述机器人行走机构包括行走轮、至少一行走驱动电机，行走驱动电机连接行走轮，能驱动行走轮转动，从而带动整个充电机器人行走。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，请参阅图3，所述电机驱动器包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一非门、第二非门、第三非门、比较器、若干二极管、若干电容、若干电阻。

所述第一与非门的第一输入端连接K，第一与非门的第二输入端连接比较器的输出端，第一与非门的第三输入端连接第三与非门的一输入端，所述第一与非门的输出端连接第一非门的输入端、第四零二电阻R402的第二端，第四零二电阻R402的第一端连接电压Vcc。

所述第二与非门的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别连接PA，第二与非门的输出端连接第四九八电阻R498的第一端，第四九八电阻R498的第二端连接第四零五二极管的正极。

所述第三与非门的第二输入端分别连接第三与非门的第三输入端、第四一一电阻R411的第二端、第四零一电容C401的第一端，第四一一电阻R411的第一端连接电压Vcc，第四零一电容C401的第二端接地；所述第三与非门的输出端分别连接第四一二电阻R412的第二端、第二非门的输入端，第四一二电阻R412的第一端连接电压Vcc。

所述第一非门的输出端分别连接第四零三电阻R403的第二端、第四零一二极管D401的正极，第四零三电阻R403的第一端连接电压Vcc，第四零一二极管D401的负极通过第四零四电阻R404连接第一三极管的基极；第一三极管的发射极通过第四零七电阻R407接地，第一三极管的集电极连接第四零六电阻R406的第二端，第四零六电阻R406的第一端分别连接第四零五电阻R405的第二端、第四零二二极管D402的正极、变压器的第二端口，变压器的第一端口分别连接第四零五电阻R405的第一端、第四零二二极管D402的负极。

所述变压器的第三端口分别连接第四九六电阻R496的第一端、第四零八电阻R408的第一端，第四九六电阻R496的第二端连接第四零三二极管D403的负极；所述变压器的第四端口分别连接第四零三二极管D403的正极、第四零四二极管D404的正极、第四零九电阻R409的第二端、第四零二电容C402的第二端。

所述第四零八电阻R408的第二端连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极分别连接第四三极管的集电极、第四一零电阻R410的第一端、第四零九二极管D409的负极、第四一零二极管D410的负极；第三三极管的集电极分别连接第四三极管的基极、第四零四二极管D404的负极、第四零九电阻R409的第一端；第四一零电阻R410的第二端连接第四零二电容C402的第一端。

所述第二非门的输出端分别连接第四一三电阻R413的第二端、第二三极管的基极、第四零七二极管D407的负极、第四一四电阻R414的第一端；所述第二三极管的集电极分别连接第四一五电阻R415的第二端、第四零三电容C403的第二端，第四一五电阻R415的第一端连接第四零三电容C403的第一端；第二三极管的发射极连接第四零八二极管D408的负极。

所述第四零七二极管D407的正极分别连接第四一四电阻R414的第二端、第五三极管的基极、第四一六电阻R416的第一端；第五三极管的集电极连接第四一零二极管的正极，第五三极管的发射极连接比较器的负极输入端。

所述第四零八二极管D408的正极连接第四四三电容C433的第一端，第四四三电容C433的第二端接地；第四一六电阻R416的第二端通过第四一七电阻R417接地；所述第四零九二极管D409的正极连接第四一八电阻R418的第一端，第四一八电阻R418的第二端连接第四零四电容C404的第一端，第四零四电容C404的第二端通过第四一九电阻R419接地。

所述比较器的正极输入端分别连接第四二三电阻R423的第二端、第四二四电阻R424的第一端；第四二三电阻R423的第一端连接电压Vcc。

所述比较器的输出端还连接第四二零电阻R420的第二端、第四二一电阻R421的第一端，第四二零电阻R420的第一端连接电压Vcc，第四二一电阻R421的第二端通过第四二二电阻R422接地。

实施例三

本实用新型还揭示了一种设计简单，维护方便，能自动实现寻迹与充电的新能源汽车充电机器人的设计方案。客户在停置好车辆后可通过手机APP向机器人服务器端发送充电请求以及地理位置信息。机器人服务器向车辆最近的机器人发送充电指令，并通过两者的定位信息和路径规划算法计算出合适的路线。机器人用全局CMOS摄像头以及辅助的GPS定位找到车辆的充电口后，通过臂载CMOS摄像头反馈的充电口图像调整机械臂及机器人位姿，让充电枪能成功插入充电口实现充电。充电完毕后，机器人向服务器端发送充电结束指令，并离开新能源车。服务器端向用户APP发送充电结束信息。

如图1所示，本发明的核心机械结构主要包含以下部件：1、机器人行走轮；2、机械臂支撑架；3、四自由度机械臂；4、充电枪；5、电源模块。机器人行走轮可让机器人在路面上直线移动与定位转动。电池模块与充电枪相连，可给新能源车供电。机械臂支撑架用于支撑四自由度机械臂。四自由度机械臂可调整充电枪位姿。电源模块安置在机器人行走轮的外壳内部

如图2所示，电路部分由两个服电机及伺服电机驱动器，无线网卡，微控制单元(MCU)及外围电路，定位模块，四个机械轴电机以及驱动器，全局CMOS摄像头，臂载CMOS摄像头，电源继电器组成。定位模块用于返回地理位置信息，伺服电机及驱动器用于控制机器人行走轮向前向后滚动，无线网卡用于MCU与机器人服务器通讯，四个机械轴电机以及驱动器用于调整机械臂位姿，电源继电器可控制充电枪供电的通断，全局CMOS摄像头用于机器人寻找到汽车充电口的方位，臂载CMOS摄像头可获取充电口图像，电源继电器用于控制充电枪供电的通断。微控制单元(MCU)作为控制核心，控制上述模块功能的实现。

本实用新型提供了一种可移动的新能源汽车充电机器人设计方案。其电路及机械结构设计较为简单，成本可控。新能源车车主无需受充电桩安置点限制泊车，可使用手机APP向服务器端发起充电请求，充电机器人自动寻迹并完成充电过程。充电机器人每日可自动返回修理点，也极大方便机器人维护。

综上所述，本实用新型提出的可移动的新能源汽车充电机器人，结构简单，功能丰富，成本较低。本实用新型还可以实现机器人移动、寻迹、自动对接充电口的基础上，尽力简化机器人的机械结构设计；从而做到结构简单，功能丰富，成本可控。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (4)

1.一种可移动的新能源汽车充电机器人，其特征在于，所述充电机器人包括：机器人行走机构、机械臂支撑架、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块、控制电路板；

所述机械臂支撑架连接所述机器人行走机构，能跟随所述机器人行走机构行走；所述机械臂支撑架连接四自由度机械臂，将四自由度机械臂的一端位置相对固定；四自由度机械臂的另一端设置所述充电枪；

所述四自由度机械臂包括第一转动驱动机构、第一连接机构、第二转动驱动机构、第二连接机构；

所述第一转动驱动机构通过机械臂支撑架固定设置；所述第一连接机构的第一端连接第一转动驱动机构，能在第一转动驱动机构的驱动下以第一转轴为基准转动；

所述第一连接机构的第二端设置第二转动驱动机构，第二连接机构的第二端连接第二转动驱动机构，能在第二转动驱动机构的驱动下以第二转轴为基准转动；

所述控制电路板分别连接机器人行走机构、四自由度机械臂、充电枪、蓄电池模块；所述蓄电池模块分别连接控制电路板、机器人行走机构、四自由度机械臂，为其提供工作所需的电能；

所述控制电路板包括：微控制单元、电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；微控制单元分别连接电机驱动器、无线通讯模块、定位模块、电源继电器；所述电机驱动器连接对应的第一转动驱动机构、第二转动驱动机构。

2.根据权利要求1所述的可移动的新能源汽车充电机器人，其特征在于：

所述电机驱动器包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一非门、第二非门、第三非门、比较器、若干二极管、若干电容、若干电阻；

所述第一与非门的第一输入端连接K，第一与非门的第二输入端连接比较器的输出端，第一与非门的第三输入端连接第三与非门的一输入端，所述第一与非门的输出端连接第一非门的输入端、第四零二电阻R402的第二端，第四零二电阻R402的第一端连接电压Vcc；

所述第二与非门的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别连接PA，第二与非门的输出端连接第四九八电阻R498的第一端，第四九八电阻R498的第二端连接第四零五二极管的正极；

所述第三与非门的第二输入端分别连接第三与非门的第三输入端、第四一一电阻R411的第二端、第四零一电容C401的第一端，第四一一电阻R411的第一端连接电压Vcc，第四零一电容C401的第二端接地；所述第三与非门的输出端分别连接第四一二电阻R412的第二端、第二非门的输入端，第四一二电阻R412的第一端连接电压Vcc；

所述第一非门的输出端分别连接第四零三电阻R403的第二端、第四零一二极管D401的正极，第四零三电阻R403的第一端连接电压Vcc，第四零一二极管D401的负极通过第四零四电阻R404连接第一三极管的基极；第一三极管的发射极通过第四零七电阻R407接地，第一三极管的集电极连接第四零六电阻R406的第二端，第四零六电阻R406的第一端分别连接第四零五电阻R405的第二端、第四零二二极管D402的正极、变压器的第二端口，变压器的第一端口分别连接第四零五电阻R405的第一端、第四零二二极管D402的负极；

所述变压器的第三端口分别连接第四九六电阻R496的第一端、第四零八电阻R408的第一端，第四九六电阻R496的第二端连接第四零三二极管D403的负极；所述变压器的第四端口分别连接第四零三二极管D403的正极、第四零四二极管D404的正极、第四零九电阻R409的第二端、第四零二电容C402的第二端；

所述第四零八电阻R408的第二端连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极分别连接第四三极管的集电极、第四一零电阻R410的第一端、第四零九二极管D409的负极、第四一零二极管D410的负极；第三三极管的集电极分别连接第四三极管的基极、第四零四二极管D404的负极、第四零九电阻R409的第一端；第四一零电阻R410的第二端连接第四零二电容C402的第一端；

所述第二非门的输出端分别连接第四一三电阻R413的第二端、第二三极管的基极、第四零七二极管D407的负极、第四一四电阻R414的第一端；所述第二三极管的集电极分别连接第四一五电阻R415的第二端、第四零三电容C403的第二端，第四一五电阻R415的第一端连接第四零三电容C403的第一端；第二三极管的发射极连接第四零八二极管D408的负极；

所述第四零七二极管D407的正极分别连接第四一四电阻R414的第二端、第五三极管的基极、第四一六电阻R416的第一端；第五三极管的集电极连接第四一零二极管的正极，第五三极管的发射极连接比较器的负极输入端；

所述第四零八二极管D408的正极连接第四四三电容C433的第一端，第四四三电容C433的第二端接地；第四一六电阻R416的第二端通过第四一七电阻R417接地；所述第四零九二极管D409的正极连接第四一八电阻R418的第一端，第四一八电阻R418的第二端连接第四零四电容C404的第一端，第四零四电容C404的第二端通过第四一九电阻R419接地；

所述比较器的正极输入端分别连接第四二三电阻R423的第二端、第四二四电阻R424的第一端；第四二三电阻R423的第一端连接电压Vcc；

所述比较器的输出端还连接第四二零电阻R420的第二端、第四二一电阻R421的第一端，第四二零电阻R420的第一端连接电压Vcc，第四二一电阻R421的第二端通过第四二二电阻R422接地。

3.根据权利要求1所述的可移动的新能源汽车充电机器人，其特征在于：

所述充电机器人还包括全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头，控制电路板分别连接全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头，所述蓄电池模块分别连接全局CMOS摄像头、臂载CMOS摄像头。

4.根据权利要求1所述的可移动的新能源汽车充电机器人，其特征在于：

所述机器人行走机构包括行走轮、至少一行走驱动电机，行走驱动电机连接行走轮，能驱动行走轮转动，从而带动整个充电机器人行走。