CN211567699U - 一种基于柔性充电堆的自动充电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于柔性充电堆的自动充电装置，涉及充电技术领域，所述装置包含：柔性矩阵式充电堆，机械臂，充电桩和充电枪；所述充电枪通过线缆连接在所述充电桩上，所述充电桩上连接有所述柔性矩阵式充电堆，所述充电枪用于在充电枪与机动车的充电口对接成功后通过线缆为所述机动车充电；所述充电枪设置在所述机械臂上，所述机械臂用于带动所述充电枪向所述充电口移动。本实用新型的自动充电装置可以基于柔性充电堆来实现对机动车的大功率充电，同时还能够提高充电设施的自动化程度。

Description

一种基于柔性充电堆的自动充电装置
技术领域
本实用新型涉及充电技术领域，具体涉及一种基于柔性充电堆的自动充电装置。
背景技术
随着电动汽车及其配套充电设施的大力建设，充电机终端利用率低、配电网增容成本高等问题日益突出。智能有序充电技术、充电桩群控技术孕育而生，这些技术可根据不同类型电动汽车的实际需要自动柔性自适应满足不同储能容量、不同充电倍率电动汽车充电需求，提升了充电设备的转换效率和利用率。但是，随着电动汽车和充电设施的长足发展，电动汽车充电慢的问题日趋严峻，大功率充电技术的需求日益明确，群控的功率协调难度越发困难。同时，现今人们追求更高水平的服务，充电设施的发展也向智能化方向发展，传统的群控系统充电终端必须依靠人工在充电站或者充电桩上完成，或采用专人的方式完成充电操作，给用户提供方便，但人力成本投入巨大。而且，大功率充电电流的不断提升，电缆重量随电流增加而剧增，进而使得充电电缆力矩大、重量大，增加了用户人工插拔枪的难度，降低用户体验感，存在因用力不足而刮伤车身、损坏枪头等安全隐患。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种基于柔性充电堆的自动充电装置，基于柔性充电堆来实现对机动车的大功率充电。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的：
一种基于柔性充电堆的自动充电装置，所述装置包含：柔性矩阵式充电堆，机械臂，充电桩和充电枪；
所述充电枪通过线缆连接在所述充电桩上，所述充电桩上连接有所述柔性矩阵式充电堆，所述充电枪用于在充电枪与机动车的充电口对接成功后通过线缆为所述机动车充电；
所述充电枪设置在所述机械臂上，所述机械臂用于带动所述充电枪向所述充电口移动；
所述机械臂包括：
三轴移动机构，用于带动三轴旋转机构进行三轴轴向移动；
三轴旋转机构，用于带动充电枪进行三轴转动。
可选的，所述三轴移动机构包括：X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，
所述Y轴线性模组设置在所述X轴线性模组上，所述Z轴线性模组设置在所述Y轴线性模组上，所述X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组均包括移动伺服电机和移动机构；
各轴对应的移动伺服电机分别用于驱动对应的移动机构在对应的轴向上运动。
可选的，所述三轴旋转机构包括，C轴转动模组、A轴转动模组和B轴转动模组；
所述A轴转动模组设置在C轴转动模组上，所述B轴转动模组设置在所述A轴转动模组上，所述C轴转动模组设置在所述Z轴线性模组上；
所述C轴转动模组包括C轴旋转伺服电机和C轴旋转机构，所述C轴旋转伺服电机用于带动所述C轴旋转机构绕Z轴旋转；
所述B轴转动模组包括B轴旋转伺服电机和B轴旋转机构，所述B轴旋转伺服电机用于带动所述B轴旋转机构绕Y轴旋转；
所述A轴转动模组包括A轴旋转伺服电机和A轴旋转机构，所述A轴旋转伺服电机用于带动所述A轴旋转机构绕X轴旋转。
可选的，所述装置还包括充电枪夹头，所述充电枪夹头的一端通过柔性软轴连接至所述机械臂，所述充电枪夹头的另一端用于夹持所述充电枪。
可选的，所述充电枪夹头上还设置有微波雷达，所述微波雷达用于测量充电枪与所述充电口的距离。
可选的，所述充电枪夹头上还设置有视觉摄像头，所述视觉摄像头用于获取所述充电口的图像信息。
可选的，所述视觉摄像头、微波雷达和所述柔性软轴在同一水平面上。
可选的，所述装置还包括复合轴承，所述复合轴承由直线轴承和球轴承组成，所述复合轴承设置在充电桩卷线盘与充电枪之间；
所述复合轴承用于带动所述线缆跟随所述充电枪进行移动；以及，
在充电桩卷线盘收卷所述线缆时，对所述线缆进行规整。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：
本实用新型的自动充电装置可以基于柔性充电堆来实现对机动车的大功率充电，同时还能够提高充电设施的自动化程度。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型实施例正面结构示意图；
图2为本实用新型实施例背面结构示意图；
图3为本实用新型实施例组合结构示意图；
图4为本实用新型实施例柔性软轴连接关系示意图；
图5为本实用新型实施例中车辆驶入充电车位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1至图3所示，本实施例提出一种基于柔性充电堆的自动充电装置，所述装置包含：柔性矩阵式充电堆，机械臂4，充电桩3和充电枪401；
所述充电枪401通过线缆连接在所述充电桩3上，所述充电桩3上连接有所述柔性矩阵式充电堆，所述充电枪401用于在充电枪401与机动车的充电口对接成功后通过线缆为所述机动车充电；
所述充电枪401设置在所述机械臂4上，所述机械臂4用于带动所述充电枪向所述充电口移动；
所述机械臂4包括：
三轴移动机构，用于带动三轴旋转机构进行三轴轴向移动；
三轴旋转机构，用于带动充电枪进行三轴转动。
本实用新型的自动充电装置，基于柔性充电堆来实现对机动车的大功率充电，同时还能够提高充电设施的自动化程度。
可选的，在本实用新型一个可选的实施例中，所述三轴移动机构包括：X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，
所述Y轴线性模组设置在所述X轴线性模组上，所述Z轴线性模组设置在所述Y轴线性模组上，所述X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组均包括移动伺服电机和移动机构；
各轴对应的移动伺服电机分别用于驱动对应的移动机构在对应的轴向上运动。
可选的，在本实用新型一个可选的实施例中，所述三轴旋转机构包括，C轴转动模组、A轴转动模组和B轴转动模组；
所述A轴转动模组设置在C轴转动模组上，所述B轴转动模组设置在所述A轴转动模组上，所述C轴转动模组设置在所述Z轴线性模组上；
所述C轴转动模组包括C轴旋转伺服电机和C轴旋转机构，所述C轴旋转伺服电机用于带动所述C轴旋转机构绕Z轴旋转；
所述B轴转动模组包括B轴旋转伺服电机和B轴旋转机构，所述B轴旋转伺服电机用于带动所述B轴旋转机构绕Y轴旋转；
所述A轴转动模组包括A轴旋转伺服电机和A轴旋转机构，所述A轴旋转伺服电机用于带动所述A轴旋转机构绕X轴旋转。
在本实施例中，三轴移动机构包括X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，所述Y轴线性模组设置在所述X轴线性模组上，所述Z轴线性模组设置在所述Y轴线性模组上，所述三轴旋转机构设置在所述Z轴线性模组上；
X轴线性模组包括：左右移动伺服电机、左右移动机构，所述左右移动机构包括左右工作台和左右直线导轨，所述左右移动伺服电机用于驱动所述左右移动机构；
Y轴线性模组包括：前后移动伺服电机、前后移动机构、Z轴肋板支架，所述前后移动机构包括前后工作台和前后直线导轨，所述Y轴线性模组设置在所述左右移动机构上，所述Z轴肋板支架用于固定Z轴线性模组，所述前后移动伺服电机用于驱动所述前后移动机构；
Z轴线性模组包括：上下移动伺服电机、上下移动机构和C轴肋板支架，所述C轴肋板支架用于固定C轴旋转机构，所述上下移动伺服电机用于驱动所述上下移动机构。
在本实施例中，三轴旋转机构包括：C轴旋转机构、A轴旋转机构和B轴旋转机构：
所述C轴旋转机构包括：旋转运动伺服电机、C轴减速机、C轴旋转机构、C轴旋转机构包括与C轴伺服电缸连接的C轴旋转支架，所述旋转运动伺服电机用于驱动所述C轴旋转机构；
所述A轴旋转机构包括：手腕伺服电机、A轴减速机、A轴旋转机构，A轴旋转机构包括与A轴减速机连接的A轴旋转支架，所述手腕伺服电机用于驱动给所述A轴旋转机构；
所述B轴旋转机构包括：回转伺服电机、B轴减速机、B轴旋转机构，B轴旋转机构包括与B轴减速机连接的B轴旋转支架，所述回转伺服电机用于驱动所述B轴旋转机构。
具体的说，参见图1-图3所示，
本实施例中对本实用新型的机械臂进行进一步说明，整个机械臂包括：
三轴移动机构：X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组；
其中，X轴线性模组中包括：左右移动伺服电机417、左右移动机构416，移动机构包括工作台和直线导轨；
类似的Y轴线性模组中包括：前后移动伺服电机、肋板支架(固定Z轴线性模组)、前后移动机构403，移动机构包括工作台和直线导轨；
类似的Z轴线性模组中包括：上下移动伺服电机、上下移动机构404、肋板支架(固定C轴和伺服电缸)。
三轴旋转机构包括，C轴转动模组、A轴转动模组和B轴转动模组；
A轴转动模组(绕X旋转)包括：手腕伺服电机413、减速机、旋转机构，旋转机构包括与减速机连接的支架；
C轴转动模组(绕Z旋转)包括：旋转运动伺服电机412、减速机、旋转机构，旋转机构包括与伺服电缸连接的支架405；
B轴转动模组(绕Y旋转)包括：回转伺服电机、减速机、旋转机构，旋转机构包括与减速机连接的支架、支架上还可以固定紫外线LED光源406、408、充电口识别视觉摄像头407、充电枪401及固定支架。
伺服电缸包括：伺服电机415、移动机构，移动机构包括丝杆和直线导轨。
本实施例中，通过设计三轴移动机构和三轴旋转机构使得整个充电机械臂可以根据实际的充电需要进行位置的六轴活动，极大提高了及其人的活动范围，保证机器人在自动充电的过程中的操作性能。本实施例中的机械臂为具有多个伺服电机控制的多关节分轴机械臂，机械臂为六轴联机械臂，具有较高的自由度。
可选的，在本实用新型另一个可选的实施例中，所述装置还包括充电枪夹头，所述充电枪夹头的一端通过柔性软轴连接至所述机械臂，所述充电枪夹头的另一端用于夹持所述充电枪。
可选的，所述充电枪夹头上还设置有微波雷达，所述微波雷达用于测量充电枪与所述充电口的距离。
可选的，所述充电枪夹头上还设置有视觉摄像头，所述视觉摄像头用于获取所述充电口的图像信息。
可选的，所述视觉摄像头、微波雷达和所述柔性软轴在同一水平面上。
具体的，在本实施例中雷达可采用NRA24毫米波雷达主要用于充电枪与充电口的测距。该雷达可以感知充电枪与充电口的距离和角度信息，为充电枪行走和路径规划提供高精度探测数据。雷达距离测量精度可达2cm，而且可以提供更多的车辆位置信息给控制系统，实现定位。该雷达能够用于充电枪的位置对位，精度较高。
更为具体的，在本实施例中，图像采集模块可采用海康威视专业摄像头，最高分辨率可达1920×1080@30fps，并可在此分辨率下输出30fps实时图像，采用Sony高性能逐行扫描CCD，捕捉运动图像无锯齿，支持3D数字降噪，背光补偿，ICR红外滤片式自动切换,实现真正的日夜监控，支持自动光圈，自动电子快门功能，适应不同监控环境，具有高画质、低噪声等特性，采用SDI接口高清数字输出，图像传输高保真、低延时，满足系统的要求。
进一步的，如图4所示，柔性软轴414设置在机械臂的末端与充电枪之间，柔性软轴、雷达、精定位视觉摄像头位于同一水平面，在前述图像采集模块与雷达配合定位的基础上再加上柔性软轴的自适应效果，可以实现充电枪与充电插座间的无缝对接。
可选的，所述装置还包括复合轴承，所述复合轴承由直线轴承和球轴承组成，所述复合轴承设置在充电桩卷线盘与充电枪之间；
所述复合轴承用于控制所述线缆跟随所述充电枪进行移动；以及，
在充电桩卷线盘收卷所述线缆时，对所述线缆进行规整。
具体的说，在本发明一个可选的实施例中，复合轴承包括直线轴承和球轴承，所述直线轴承设置在所述球轴承内，所述线缆的一端连接至充电桩，所述充电桩与复合轴承之间设置有卷线盘，所述线缆的另一端从所述直线轴承穿出并连接至所述充电枪。
具体的说，在本实施例中，如图1、图2所示，直线轴承410和球轴承(也即关节轴承)409组合成的复合轴承实现线缆跟随直流充电枪前后上下移动，易于充电桩卷线盘收缩线缆402，在本实施例中，直线轴承410套设在球轴承409的空心球内，球轴承409能起到对直线轴承410级线缆的支撑作用，线缆从直线轴承410穿出，在机器人带动线缆左右移动时，球轴承409可以在一定的范围内进行偏转从而自适应角度调节，直线轴承410对机器人带出的线缆进行自适应整理从而实现跟随充电枪运动而不至于绞线、打结或者承受其他剪应力，复合轴承可以直接设置在前后移动机构403上，从而复合轴承可以跟随六轴联机械臂进行移动，并在移动过程中对线缆在一定范围内进行规整，当然复合轴承也可以固定设置在机器人活动范围的其他位置并实现相同的功能。
在本实施例中，通过直线轴承410和球轴承409组合成的复合轴承实现线缆跟随直流充电枪前后上下移动，易于充电桩卷线盘411收缩线缆，解决因大电流充电电缆韧性差与质量重而导致单枪自动插拔动作难实现的难题，实现大功率全自动充电的目的。
如图5所示，在使用本实施例的自动充电装置的时候，机动车在车辆停入车位后，整个充电站包括，车辆1，停车位2，充电桩3，自动充电机器人4，本实施例的方案还可以与车牌识别系统5进行联动来实现机动车与充电车位的匹配，车辆停入后机械臂带动充电枪对机动车进行充电。
本实用新型的基于柔性充电堆的自动充电装置，采用基于关节球轴承与直线轴承的混合结构、平行式电动缸与柔性软轴互补方式的六自由度机械结构，打破了因大电流充电电缆韧性差与质量重而导致单枪自动插拔动作难实现的限制，不仅兼容传统交流等低电流充电需求，同时可实现大功率自动充电，还可以结合图像识别等技术，助力充电服务体系的智能化与便捷化发展，用户无需手动操作。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的范围当中。

Claims (8)

1.一种基于柔性充电堆的自动充电装置，其特征在于，所述装置包含：柔性矩阵式充电堆，机械臂，充电桩和充电枪；
所述充电枪通过线缆连接在所述充电桩上，所述充电桩上连接有所述柔性矩阵式充电堆，所述充电枪用于在充电枪与机动车的充电口对接成功后通过线缆为所述机动车充电；
所述充电枪设置在所述机械臂上，所述机械臂用于带动所述充电枪向所述充电口移动；
所述机械臂包括：
三轴移动机构，用于带动三轴旋转机构进行三轴轴向移动；
三轴旋转机构，用于带动充电枪进行三轴转动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三轴移动机构包括：X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，
所述Y轴线性模组设置在所述X轴线性模组上，所述Z轴线性模组设置在所述Y轴线性模组上，所述X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组均包括移动伺服电机和移动机构；
各轴对应的移动伺服电机分别用于驱动对应的移动机构在对应的轴向上运动。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述三轴旋转机构包括，C轴转动模组、A轴转动模组和B轴转动模组；
所述A轴转动模组设置在C轴转动模组上，所述B轴转动模组设置在所述A轴转动模组上，所述C轴转动模组设置在所述Z轴线性模组上；
所述C轴转动模组包括C轴旋转伺服电机和C轴旋转机构，所述C轴旋转伺服电机用于带动所述C轴旋转机构绕Z轴旋转；
所述A轴转动模组包括A轴旋转伺服电机和A轴旋转机构，所述A轴旋转伺服电机用于带动所述A轴旋转机构绕X轴旋转；
所述B轴转动模组包括B轴旋转伺服电机和B轴旋转机构，所述B轴旋转伺服电机用于带动所述B轴旋转机构绕Y轴旋转。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括充电枪夹头，所述充电枪夹头的一端通过柔性软轴连接至所述机械臂，所述充电枪夹头的另一端用于夹持所述充电枪。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述充电枪夹头上还设置有微波雷达，所述微波雷达用于测量充电枪与所述充电口的距离。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述充电枪夹头上还设置有视觉摄像头，所述视觉摄像头用于获取所述充电口的图像信息。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述视觉摄像头、微波雷达和所述柔性软轴在同一水平面上。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括复合轴承，所述复合轴承由直线轴承和球轴承组成，所述复合轴承设置在充电桩卷线盘与充电枪之间；
所述复合轴承用于带动所述线缆跟随所述充电枪进行移动；以及，
在充电桩卷线盘收卷所述线缆时，对所述线缆进行规整。
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CN112242734A (zh) * 2020-11-06 2021-01-19 苏文电能科技股份有限公司 一种移动式充电站
CN113954047A (zh) * 2021-10-14 2022-01-21 国网山东省电力公司青岛供电公司 一种供电机器人

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