DE102015213161B4

DE102015213161B4 - Roboter und Verfahren zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers in eine Schnittstelle eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015213161B4
Application number: DE102015213161.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schütz; Jürgen Stieg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: CN206171211U; DE102015213161A1

Abstract

Roboter (4) zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers (5) in eine Schnittstelle (6) eines Fahrzeugs (7), umfassend mindestens einen Aktor (10) und mindestens eine Erfassungseinrichtung (12) zur Erfassung der Schnittstelle (6), wobei der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass dieser nach Erfassung der Schnittstelle (6) den Ladestecker (5) automatisch in die Schnittstelle (6) steckt, wobei der Roboter (4) derart ausgebildet ist, das dieser aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) mindestens Lage und Art der Schnittstelle (6) ermittelt und in Abhängigkeit der Art der Schnittstelle (6) einen Ladestecker (5) für den Einsteckvorgang auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, ausschließlich aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) durch Vergleich mit Daten einer im Roboter (4) oder einer Zentrale (2) abgelegten Datenbank die Art der Schnittstelle (6) unter Ausschluss einer Kommunikation mit dem Fahrzeug (7) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter und ein Verfahren zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers einer Ladestation in eine Schnittstelle eines Fahrzeugs.
Durch die fortschreitende Weiterentwicklung von Batteriezellen mit sehr hohen Energiedichten, können Hochvolt-Fahrzeugbatterien mit hohen Kapazitäten realisiert werden. Elektrofahrzeuge werden somit langstreckenfähig.
Damit die Ladezeiten (=Stillstandzeit des Fahrzeugs) kurz bleiben, muss der Energiespeicher mit sehr hohen Leistungen (hohe Ströme) geladen werden. Die dafür erforderlichen Kabelquerschnitte müssen vergrößert werden. Dadurch steigt das Gewicht des Ladekabels an. Zum anderen erhöht sich auch die Steifigkeit des Kabels und somit der Widerstand gegen eine Bewegung.
Demzufolge wird für den Menschen das Handling/der Steckvorgang erschwert und unkomfortabel.
Aus der DE 10 2009 006 982 A1 ist ein Ladesystem und ein Verfahren zum Laden einer Energiequelle eines Transportmittels mit einer, insbesondere in drei Achsen beweglichen, Robotereinheit bekannt, die eine Ladeeinrichtung automatisch an eine Schnittstelle der Energiequelle anschließt. Dabei kann eine Kupplung zur Energieversorgung beim Steckvorgang leicht schrägstehen um die Hochachse auszugleichen und/oder gegen Verdrehungen unempfindlich zu sein.
Aus der DE 10 2012 014 936 A1 ist ein Ladesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einem Roboter mit einem Steuermittel, einem Krafterfassungsmittel und einem an dem Roboter befestigten Stecker, der dazu eingerichtet ist, mit einem fahrzeugseitigen Gegenstecker eine lösbare Steckverbindung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs herzustellen, wobei das Steuermittel dazu eingerichtet ist, mit dem Krafterfassungsmittel zu kommunizieren und dem robotergeführten Stecker auf Basis einer von dem Krafterfassungsmittel ermittelten Kraft mit dem Gegenstecker zu verbinden. Weiter offenbart diese Druckschrift eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Gegenstandes, um eine Vorpositionierung durchzuführen.
Die Erfassungseinrichtung ist beispielsweise als Kamera ausgebildet. Der Roboter kann dabei einen mehrachsigen Kraft- und/oder Momentsensor aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Krafterfassungsmittel ein oder mehrere Kraftsensoren an Achsen, insbesondere Gelenken und/oder Antrieben, insbesondere Getrieben des Roboters aufweisen, insbesondere Momentsensoren an Drehgelenkantriebsmotoren und/oder -getrieben. Weiter kann der Roboter einen als Greifer ausgebildeten Aktor zum automatischen Öffnen oder Schließen eines Ladesteckers aufweisen. Weiter ist eine Rutschkupplung zwischen Stecker und Roboterarm offenbart, die bei zu großen Relativbewegungen während des Ladevorgangs öffnet. Mittels eines solchen Roboters lässt sich ein automatisiertes Stecken eines Ladesteckers sehr gut durchführen.
Aus der US 2013/0214738 A1 ist eine Ladestation mit einer Vielzahl von Ladesteckern bekannt, die zu verschiedenen Schnittstellen von Fahrzeugen passen. Dabei weist die Ladestation einen Wechselrichter auf, um Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln, wobei die Gleichspannung einem ausgewählten Ladestecker zugeführt wird, wobei ein zum Ladestecker passender Lade-Modus ausgewählt wird.
Aus der US 2014/0067660 A1 ist ein Roboter zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers in eine Schnittstelle eines Fahrzeugs bekannt, umfassend mindestens einen Aktor und mindestens eine Erfassungseinrichtung, wobei der Roboter derart ausgebildet ist, dass dieser nach Erfassung der Schnittstelle den Ladestecker automatisch in die Schnittstelle steckt. Dabei weist die Erfassungseinrichtung eine Kamera oder ähnliche Sensorik auf, um eine Positionierung vorzunehmen, wobei die Art der Schnittstelle über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung vom Kraftfahrzeug dem Roboter mitgeteilt wird, der dann einen geeigneten Ladestecker auswählt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Roboter zu schaffen, dessen Einsatzmöglichkeiten verbessert sind, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch einen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst der Roboter zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers in eine Schnittstelle eines Fahrzeuges mindestens einen Aktor und mindestens einen Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Schnittstelle, wobei der Roboter nach Erfassung der Schnittstelle den Ladestecker automatisch in die Schnittstelle steckt. Der Roboter ist derart ausgebildet, dass dieser ausschließlich aus den Daten der Erfassungseinrichtung unter Ausschluss einer Kommunikation mit dem Fahrzeug mindestens Lage und Art der Schnittstelle ermittelt und in Abhängigkeit der Art der Schnittstelle einen Ladestecker für den Einsteckvorgang auswählt. Hierdurch können auch Fahrzeuge geladen werden, die nicht mit einer Zentrale oder dem Roboter einer Ladestation kommunizieren können und zu denen vorab keine Informationen vorhanden sind.
Die Ermittlung der Art der Schnittstelle erfolgt durch Vergleich der Daten der Erfassungseinrichtung mit Daten einer im Roboter oder der Zentrale abgelegten Datenbank über vorhandene Schnittstellen.
In einer Ausführungsform werden aus den Daten der Erfassungseinrichtung zusätzlich geometrische Merkmale des Fahrzeuges ermittelt und mit den Daten der Art und Lage der Schnittstelle abgespeichert. Hierdurch kann dann zu einem späteren Zeitpunkt auf diese Daten zurückgegriffen werden und das System ist quasi selbstlernend, so dass bei einem neuen Fahrzeug mit gleichen geometrische Merkmalen Informationen zu Art und Lage der Schnittstelle bereits vorhanden sind. Die Daten können dabei im Roboter oder einer Zentrale einer Ladestation abgelegt sein.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Roboter einen weiteren Aktor auf, der automatisch eine Ladeklappe vor der Schnittstelle öffnen oder schließen kann, so dass der Ladevorgang weiter automatisiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Roboter mindestens ein Krafterfassungsmittel auf. Dies ermöglicht zum einen durch eine manuelle Berührung des Roboters die Erfassungseinrichtung zur Schnittstelle auszurichten. Insbesondere wenn der Roboter zur Schnittstelle ungünstig positioniert ist, so dass die Erfassungseinrichtung die Schnittstelle sensorisch nicht erfassen kann, kann somit sehr einfach manuell eine Vorpositionierung durchgeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Krafterfassungsmittel dazu verwendet werden, um den Einsteckvorgang mindestens teilweise kraftgeregelt durchzuführen, wie dies in der DE10 2012 014 936 A1 beschrieben ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Roboter derart ausgebildet, dass der Aktor einen Ladestecker einer Ladesäule ergreift und den Einsteckvorgang des Ladesteckers durchführt, wobei nach Beendigung des Einsteckvorganges (also vor Beendigung des Ladens) der Aktor den Ladestecker freigibt und der Roboter sich in eine andere Position bewegt. Dadurch kann ein Roboter mehrere Ladesäulen bedienen und bereits einen weiteren Einsteckvorgang durchführen, während das erste Fahrzeug noch geladen wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind der Roboter oder die Erfassungseinrichtung derart beweglich ausgebildet, dass die Erfassungseinrichtung relativ zum Fahrzeug bewegbar ist, um die Schnittstelle zu erfassen. Hierzu wird beispielsweise eine vorab festgelegte Bahnkurve durchfahren bis die Schnittstelle erfasst wird.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation zum elektrischen Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
Die Ladestation 1 umfasst eine Zentrale 2, mehrere Ladesäulen 3 und einen Roboter 4. Die Ladesäulen 3 sind mindestens teilweise mit mehreren Ladesteckern 5 ausgebildet, die für unterschiedliche Schnittstellen 6 an Fahrzeugen 7 ausgelegt sind. Weiter umfasst die Zentrale 2 eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 8. Der Roboter 4 weist ebenfalls eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 9, einen ersten Aktor 10 und einen zweiten Aktor 11 auf. An den Aktor 10 ist eine Erfassungseinrichtung 12 beispielsweise in Form einer Kamera angeordnet. Den Aktoren 10, 11 sind Krafterfassungsmittel 13, 14 zugeordnet. Weiter umfasst der Roboter 4 mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 15. Der Roboter 4 ist beweglich entlang einer Führung 16 ausgebildet.
Kommt nun ein unbekanntes Fahrzeug 7 mit unbekannter Schnittstelle 6 zur Ladestation 1, kann aber mit dieser bzw. deren Zentrale 2 nicht kommunizieren, so wird dem Fahrzeug 7 eine Ladesäule 3 zugewiesen. Die Zuweisung kann durch Personal oder durch eine optische Anweisung erfolgen. Anschließend wird das Fahrzeug 7 durch den Fahrer, autonom oder assistiert zur zugewiesenen Ladesäule 3 manövriert und abgestellt. Sollte die Schnittstelle 6 durch eine nicht dargestellte Ladeklappe verschlossen sein, so wird diese entweder vom Fahrer manuell, vom Fahrzeug 7 automatisch oder durch den Aktor 11 geöffnet. Anschließend erfasst die Erfassungseinrichtung 12 die Lage und Art der Schnittstelle 6 sowie geometrische Merkmale des Fahrzeuges 7. Gegebenenfalls wird hierzu im Vorfeld die Erfassungseinrichtung 12 zur Schnittstelle 6 ausgerichtet. Dies kann beispielsweise automatisch durch de Roboter 4 selbst erfolgen, indem beispielsweise die Erfassungseinrichtung 12 verfahren und/oder geschwenkt wird. Alternativ kann dies auch manuell erfolgen indem der Aktor 10 durch eine geführte Berührung in Richtung Schnittstelle bewegt wird, da dieser aufgrund der Kraftregelung der Berührungskraft ausweicht. Der Roboter 4 wertet dann in der Auswerte-und Steuereinheit 15 die erfasste Art der Schnittstelle 6 aus und greift einen dazu passenden Ladestecker 5. Dieser wird dann kraftgeregelt durch den Aktor 10 in die Schnittstelle 6 automatisch eingesteckt. Anschließend kann dann die Verbindung Ladestecker 5- Schnittstelle 6 automatisch oder manuell verriegelt werden. Der Aktor 10 gibt dann den Ladestecker 5 frei und der Roboter 4 bewegt sich entlang der Führung 16 zu einer anderen Ladesäule 3 oder in eine Parkposition. Die Daten über Art und Lage der Schnittstelle 6 sowie der geometrischen Daten des Fahrzeuges 7 werden zusammen in Roboter 4 und/oder in der Zentrale 2 abgespeichert, so dass diese bei einem nächsten Besuch der Ladestation 1 zur Verfügung stehen.
Ist der Ladevorgang abgeschlossen oder soll vorzeitig beendet werden, fährt der Roboter 4 zur entsprechenden Ladesäule 3 und entriegelt den Ladestecker 5 automatisch, per Anweisung an das Fahrzeug 7 oder per Anweisung an den Fahrer. Anschließend zieht der Roboter 4 den Ladestecker 5 und legt diesen in oder an der Ladesäule 3 (zum Beispiel in einem Magazin) ab. Die Ladeklappe wird dann durch den Roboter 4, das Fahrzeug 7 oder den Fahrer geschlossen und das Fahrzeug 7 kann sich von der Ladestation 1 entfernen.
Bezugszeichenliste

1: Ladestation
2: Zentrale
3: Ladesäule
4: Roboter
5: Ladestecker
6: Schnittstelle
7: Fahrzeug
8: Kommunikationsschnittstelle
9: Kommunikationsschnittstelle
10: erster Aktor
11: zweiter Aktor
12: Erfassungseinrichtung
13: Krafterfassungsmittel
14: Krafterfassungsmittel
15: Auswerte- und Steuereinheit
16: Führung

Claims

Roboter (4) zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers (5) in eine Schnittstelle (6) eines Fahrzeugs (7), umfassend mindestens einen Aktor (10) und mindestens eine Erfassungseinrichtung (12) zur Erfassung der Schnittstelle (6), wobei der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass dieser nach Erfassung der Schnittstelle (6) den Ladestecker (5) automatisch in die Schnittstelle (6) steckt, wobei der Roboter (4) derart ausgebildet ist, das dieser aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) mindestens Lage und Art der Schnittstelle (6) ermittelt und in Abhängigkeit der Art der Schnittstelle (6) einen Ladestecker (5) für den Einsteckvorgang auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, ausschließlich aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) durch Vergleich mit Daten einer im Roboter (4) oder einer Zentrale (2) abgelegten Datenbank die Art der Schnittstelle (6) unter Ausschluss einer Kommunikation mit dem Fahrzeug (7) zu ermitteln.
Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) zusätzlich geometrische Merkmale des Fahrzeugs (7) ermittelt und mit den Daten der Art und Lage der Schnittstelle (6) abgespeichert werden.
Roboter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) einen weiteren Aktor (11) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass dieser automatisch eine Ladeklappe öffnen oder schließen kann.
Roboter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) mindestens ein Krafterfassungsmittel (13, 14) aufweist.
Roboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass durch eine manuelle Berührung des Roboters (4) die Erfassungseinrichtung (12) zur Schnittstelle (6) ausgerichtet wird.
Roboter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass mindestens teilweise der Einsteckvorgang kraftgeregelt erfolgt.
Roboter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) derart ausgebildet ist, dass der Aktor (10) einen Ladestecker (5) einer Ladesäule (3) ergreift und den Einsteckvorgang des Ladesteckers (5) durchführt, wobei nach Beendigung des Einsteckvorgangs der Aktor (10) den Ladestecker (5) freigibt und der Roboter (4) sich in eine andere Position begibt.
Roboter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) oder die Erfassungseinrichtung (12) derart beweglich ausgebildet wird, dass diese Erfassungseinrichtung (12) relativ zum Fahrzeug (7) bewegbar ist, um die Schnittstelle (6) zu erfassen.
Verfahren zum automatisierten Stecken eines Ladesteckers (5) in eine Schnittstelle (6) eines Fahrzeugs (7), mittels mindestens eines mobilen Roboters (4), wobei der Roboter (4) mindestens einen Aktor (10) und mindestens eine Erfassungseinrichtung (12) zur Erfassung der Schnittstelle (6) aufweist, wobei nach Erfassung der Schnittstelle (6) der Roboter (4) den Ladestecker (5) automatisch in die Schnittstelle (6) steckt, wobei der Roboter (4) aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) Lage und Art der Schnittstelle (6) ermittelt und in Abhängigkeit der Art der Schnittstelle (6) einen Ladestecker (5) für den Einsteckvorgang auswählt. dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) ausschließlich aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) durch Vergleich mit Daten einer im Roboter (4) oder einer Zentrale (2) abgelegten Datenbank die Art der Schnittstelle (6) unter Ausschluss einer Kommunikation mit dem Fahrzeug (7) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (4) aus den Daten der Erfassungseinrichtung (12) zusätzlich geometrische Merkmale des Fahrzeugs (7) ermittelt, die zusammen mit den Daten über Art und Lage der Schnittstelle (6) abgespeichert werden.