DE102019000151A1

DE102019000151A1 - Roboterarm zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und Verfahren zum konduktiven Laden

Info

Publication number: DE102019000151A1
Application number: DE102019000151.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Kapp; Nico Jäkel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Roboterarm (9) zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei der Roboterarm (9) mindestens zwei Achsen aufweist, zwei Armabschnitte (1, 2, 3) des Roboterarms (9) ausschließlich rotatorisch bewegbar sind, die Armabschnitte (1, 2, 3,) über Gelenke (10) miteinander verbunden sind und an einem distalen Ende des Roboterarms (9) eine Kontaktierungseinheit (4) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Roboterarm (9) zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Basiseinheit (5), einer Trageinheit (7) und einer Hebeeinheit (6), wobei die Trageinheit (7) in Bezug auf die Basiseinheit (5) rein translatorisch in einer Ebene oder translatorisch in der Ebene und rotatorisch um eine Achse senkrecht zu der Ebene bewegbar ist und die Trageinheit (7) mit der Hebeeinheit (6) gegenüber der Basiseinheit (5) in einer Hubrichtung senkrecht zu der Ebene bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei eine Position des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermittelt wird, anhand der Position durch rein translatorische oder rein rotatorische Bewegungen eine Kontaktierungseinheit (4) eines Roboterarmes (9) an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kontaktiert wird und während eines Ladevorgangs die Kontaktierungseinheit (4) am elektrisch betriebenen Fahrzeug gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboterarm zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und einen Roboterarm zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Basiseinheit, einer Trageinheit und einer Hebeeinheit. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
Ein automatisiertes konduktives Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ist mehrfach bekannt. Ein Roboter dient als Base Unit (Bodeneinheit) und dockt dabei an eine Fahrzeugeinheit an, um einen konduktiven Ladevorgang zu beginnen. Meist besteht der Roboter aus mehreren Armabschnitten, welche sich in verschiedene Richtungen bewegen können.
Die DE 10 2015 006 307 A1 offenbart eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit einer Primärspule, welche dazu ausgelegt ist, eine Spannung in einer Sekundärspule des Kraftfahrzeugs zum Laden des elektrischen Energiespeichers zu induzieren und mit einem Hebemechanismus, welcher dazu ausgelegt ist, die Primärspule zwischen einer Verstauposition und einer Ladeposition zu bewegen, wobei eine Leistungselektronik der Ladevorrichtung wärmeleitend mit dem Hebemechanismus gekoppelt ist.
Die CN 201178123 offenbart ein automatisches Induktionselektroautomobil Ladegerät, welches aus einem Induktionssteuerschaltungsteil und einem mechanischen Teil zusammengesetzt ist. Der Induktionssteuerschaltungsteil enthält einen Signalempfänger und eine Steuerung. Der mechanische Teil umfasst einen Sockel. Eine Rutsche ist auf dem Sockel angeordnet und ein Gleitschuh ist in dem Schacht angeordnet. Der Gleitschuh und die Steuerung sind angeschlossen und können in der Rutsche gleiten und sind fest am unteren Enden des Gleitschuhs und einer mechanischen Armvorrichtung verbunden. Ein Stift ist an dem vorderen Ende der mechanischen Armvorrichtung angeordnet und ist mit der mechanischen Armvorrichtung und der Steuerung verbunden. Das Auto-Induktionselektroautomobil Ladegerät kann automatisch die Ladeschnittstelle eines Elektroautomobils ausgebildet sein und automatisch den Ladestift auf die Grenzfläche des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs positionieren.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein exaktes Kontaktieren eines Ladekabels an einen Ladestecker oft nicht möglich ist, da der Positioniervorgang zu unpräzise durchgeführt wird. Durch eine translatorische Achse und zwei rotatorische Achsen muss das Ladekabel bei der translatorischen Bewegung nachgeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der ein Kontaktierungsvorgang zwischen einer Fahrzeugeinheit und einer Bodeneinheit während des konduktiven Ladens erleichtert wird.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboterarm zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei der Roboterarm mindestens zwei Achsen aufweist, zwei Armabschnitte des Roboterarms ausschließlich rotatorisch bewegbar sind, die Armabschnitte über Gelenke miteinander verbunden sind und an einem distalen Ende des Roboterarms eine Kontaktierungseinheit angeordnet ist. Die Kontaktierungeinheit kann gegebenenfalls ein Ladekabel und einen Ladestecker aufweisen. Das dazu passende Gegenstück ist dementsprechend am elektrisch betriebenen Fahrzeug angeordnet. Durch die rein rotatorische Bewegung an mehreren Achsen kann der Kontaktierungsvorgang präzise ausgeführt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboterarm zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Basiseinheit, einer Trageinheit und einer Hebeeinheit, die Basiseinheit rein translatorisch in einer Ebene oder translatorisch in der Ebene und rotatorisch um eine Achse senkrecht zu der Ebene bewegbar ist, und die Trageinheit mit der Hebeeinheit gegenüber der Basiseinheit in einer Hubrichtung senkrecht zu der Ebene bewegbar ist. Die Hebeeinheit kann beispielsweise als ein Scherentisch oder als ein Teleskopantrieb oder als ein Federmechanismus mit einer Kompressionsfeder ausgebildet sein. Auf der Trageinheit kann beispielsweise ein Ladestecker als eine Kontaktierungseinheit angeordnet sein. Die Kontaktierungseinheit kann sich translatorisch nach hinten, nach vorne und jeweils nach rechs und links seitwärts bewegen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Roboterarm eine Sensoreinheit zur Positionserfassung aufweist. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um eine Kamera handeln. Der Sensor kann eine Position einer Ladebuchse des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermitteln. Die ermittelten Positionsdaten dienen als Information für den Roboterarm um die Kontakteinheit richtig und präzise zu kontaktieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform können mehrere Höhenpositionen mit der Hubeinheit beim Positionieren der Kontaktierungseinheit erreichbar sein. Dies kann vor allem vorteilhaft sein, da die elektrisch betriebenen Fahrzeuge nicht immer denselben Abstand zwischen einem Boden und einer Fahrzeugkarosserie aufweisen. Unterschiedliche Beladungszustände eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs können sich auf den Abstand zwischen dem Boden und der Fahrzeugkarosserie auswirken. Beispielsweise kann durch die flexible Höhengestaltung eine Basiseinheit für unterschiedliche Fahrzeuge benutzt werden. Die Höhe des Roboterarmes kann somit variabel eingestellt werden.
Insbesondere kann ein Gehäuse vorgesehen sein, welches die Kontaktierungseinheit beim Nichtladen schützt. Das Gehäuse kann zusätzlich am Roboterarm vorgesehen sein und kann die Kontaktierungseinheit über einen Mechanismus, beispielsweise durch ein Ausfahren oder Umklappen, vor Schmutz oder Beschädigungen schützen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei eine Position des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermittelt wird, anhand der Position durch rein translatorische oder rein rotatorische Bewegungen eine Kontaktierungseinheit eines Roboterarmes an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kontaktiert wird und während eines Ladevorgangs die Kontaktierungseinheit am elektrisch betriebenen Fahrzeug gehalten wird. Die Position des elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann über einen Sensor, beispielsweise über eine Kamera, ermittelt werden. Sobald die Position ermittelt wurde, wird die Kontaktierungseinheit anhand eines Roboterarmes, welcher eine rein translatorische oder eine ausschließlich rotatorische Bewegung ausführen kann, an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kontaktiert. Die Kontaktierungseinheit bleibt gegebenenfalls so lange kontaktiert, bis das elektrisch betriebene Fahrzeug vollgeladen ist.
Insbesondere kann eine erste Bewegung in einer Hubrichtung unabhängig von einer dazu senkrechten translatorischen Bewegung in einer Ebene sein. Durch eine rein translatorische Hubbewegung entfällt das waagrechte Ausrichten des Ladesteckers während der Hubbewegung. Die Mechanik kann dadurch einfacher umgesetzt werden und wird kostengünstiger.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in:

1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs,
2 eine sinnvolle Weiterbildung des Roboterarmes mit der rein rotatorischen Bewegung und
3 eine vorteilhafte Ausführungsform des Roboterarmes mit der rein translatorischen Bewegung.

In einem ersten Schritt S1 werden Informationen über eine Position eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermittelt. Die Positionen können beispielsweise über eine Kamera als Sensor 8 (vgl. 2 oder 3) ermittelt werden.
Wenn die Position ermittelt wurde, kann die Kontaktierungseinheit 4, über einen Roboterarm 9 an das elektrisch betriebene Fahrzeug kontaktiert werden.
In einem zweiten Schritt S2 bewegt sich der Roboterarm 9 in einer ersten Variante rein rotatorisch, um die Kontaktierungseinheit 4 an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug zu kontaktieren. Beispielsweise kann der Roboterarm 9 drei Rotationsachsen aufweisen. Die einzelnen Armabschnitte 1, 2, 3 sind über Gelenke miteinander verbunden.
In einer zweiten Variante bewegt sich der Roboterarm 9 in einem dritten Schritt S3 rein translatorisch, um die Kontaktierungseinheit 4 an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug zu kontaktieren. Eine Hebeeinheit 6 kann sich in eine Hubrichtung auf und ab bewegen. Auf einer Trageinheit 7 ist beispielsweise die Kontaktierungseinheit 4 angeordnet, welche sich senkrecht zu einer Hubbewegung in einer Ebene bewegen kann.
In einem vierten Schritt S4 wird während des konduktiven Ladevorgangs die Kontaktierungseinheit 4 am elektrisch betriebenen Fahrzeug gehalten, bis zum Beispiel das elektrisch betriebene Fahrzeug vollgeladen ist. Sobald dies geschehen ist, positioniert sich der Roboterarm 9 wieder in seine Ausgangsposition zurück.
In einem fünften Schritt S5 wird die Kontaktierungseinheit 4 beim Nichtladen in einem Gehäuse 11 geschützt. Das Gehäuse 11 kann beispielsweise am Roboterarm 9 oder an der Trageinheit 7 angeordnet sein und die Kontaktierungseinheit 4 schützen, indem es über einen Mechanismus beispielsweise ausfahrbar oder umklappbar ist und die Kontaktierungseinheit 4 umschließen kann. Das Gehäuse 11 schützt die Kontaktierungseinheit 4 vor Schmutz und Beschädigungen.
In der 2 ist ein Roboterarm 9 dargestellt, welcher sich ausschließlich rotatorisch bewegen kann. Der Roboterarm 9 kann drei Rotationsachsen aufweisen. Die Armabschnitte 1, 2 3 sind über Gelenke 10 miteinander verbunden. Am distalen Ende des Roboterarmes 9 kann eine Kontaktierungseinheit 4 in Form eines Ladesteckers angeordnet sein. Von Vorteil ist, dass bei diesem Roboterarm 9 kein Hochvolt-Ladekabel nachgeführt werden muss, da die Rotationswinkel bei einer Rotationsbewegung den gesamten Arbeitsbereich decken.
In der 3 ist ein Roboterarm 9 dargestellt, welcher sich beispielsweise gegenüber einem Untergrund rein translatorisch bewegen kann. Auf einer Basiseinheit 5 des Roboterarmes 9 ist eine Hebeeinheit 6 angeordnet. Die Hebeeinheit 6 kann beispielsweise einen Scherentisch oder einen Teleskopantrieb aufweisen und kann beispielsweise von einem Motor angetrieben werden. Auf der Hebeeinheit 6 ist eine Trageinheit 7 angeordnet. Auf der Trageinheit 7 ist eine Kontaktierungseinheit 4 beispielsweise in Form eines Ladesteckers, angeordnet. Die Hebeeinheit 6 kann sich in eine Hubrichtung bewegen, wobei sie hierbei mehrere Höhenpositionen einnehmen kann. Dies ist besonders von Vorteil, da der Roboterarm 9 auf alle elektrisch betriebenen Fahrzeuge anpassbar ist. Die Trageinheit 7 bewegt sich in einer Ebene senkrecht zur Hubrichtung. Alternativ dazu kann sich die Basiseinheit 5 translatorisch gegenüber einem Untergrund und rotatorisch um eine Rotationsachse, welche senkrecht zu dem Untergrund angeordnet ist, bewegen.
Der Roboterarm 9 kann einen Sensor 8 aufweisen, welche die Position des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermitteln. Senkrecht zur Hubbewegung kann sich die Kontaktierungseinrichtung 4 in einer Ebene translatorisch bewegen. Insbesondere können sowohl die ausschließlich rotatorischen Bewegungen als auch die rein translatorischen Bewegungen unabhängig voneinander sein.
Bezugszeichenliste

1: Erster Armabschnitt
2: Zweiter Armabschnitt
3: Dritter Armabschnitt
4: Kontaktierungseinheit
5: Basiseinheit
6: Hebeeinheit
7: Trageinheit
8: Sensor
9: Roboterarm
10: Gelenk
11: Gehäuse
S1: Erster Schritt
S2: Zweiter Schritt
S3: Dritter Schritt
S4: Vierter Schritt
S5: Fünfter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015006307 A1 [0003]
CN 201178123 [0004]

Claims

Roboterarm (9) zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs dadurch gekennzeichnet, dass - der Roboterarm (9) mindestens zwei Achsen aufweist, - zwei Armabschnitte (1, 2, 3) des Roboterarms ausschließlich rotatorisch bewegbar sind, - die Armabschnitte (1, 2, 3,) über Gelenke (10) miteinander verbunden sind und - an einem distalen Ende des Roboterarms (9) eine Kontaktierungseinheit (4) angeordnet ist.
Roboterarm (9) zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit - einer Basiseinheit (5), - einer Trageinheit (7) und - einer Hebeeinheit (6) dadurch gekennzeichnet, dass - die Basiseinheit (5) rein translatorisch in einer Ebene oder translatorisch in der Ebene und rotatorisch um eine Achse senkrecht zu der Ebene bewegbar ist, und - die Trageinheit (7) mit der Hebeeinheit (6) gegenüber der Basiseinheit (5) in einer Hubrichtung senkrecht zu der Ebene bewegbar ist.
Roboterarm (9) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Roboterarm (9) eine Sensoreinheit (8) zur Positionserfassung aufweist.
Roboterarm (9) nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Hubeinheit beim Positionieren der Kontaktierungseinheit (4) mehrere Höhenpositionen erreichbar sind.
Roboterarm (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet, durch ein Gehäuse (11), in dem die Kontaktierungseinheit (4) beim Nichtladen geschützt ist.
Verfahren zum konduktiven Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs dadurch gekennzeichnet, dass - eine Position des elektrisch betriebenen Fahrzeugs ermittelt wird (S1), - anhand der Position durch rein translatorische (S3) oder rein rotatorische (S2) Bewegungen eine Kontaktierungseinheit (4) eines Roboterarmes (9) an dem elektrisch betriebenen Fahrzeug kontaktiert wird und - während eines Ladevorgangs die Kontaktierungseinheit (4) am elektrisch betriebenen Fahrzeug gehalten wird (S4).
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung in einer Hubrichtung unabhängig von einer dazu senkrechten translatorischen Bewegung in einer Ebene ist.