JP2018093716A - 調整可能充電ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】家庭用部門において、効率的かつ経済的に車両の自動充電を行う充電ロボットを提供する。【解決手段】電気充電装置１４の接触デバイス１６を車両２０の電気充電インターフェイス１８へ接続するための充電ロボット１２は、接触デバイスへ接続され得るロボットアーム２２を有する。ロボットアームが接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために少なくとも３自由度で可動である充電ロボットは、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するための検出デバイス２４を有する。ロボットアームは、充電ロボット上の接触デバイスを調整するための調整手段３４を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気充電装置の接触デバイスを車両の電気充電インターフェイスへ接続するための充電ロボットであって、充電ロボットが、接触デバイスへ接続され得るロボットアームを有し、ロボットアームが、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために、少なくとも３自由度で可動である充電ロボットに関する。

本発明はまた、車両の電気エネルギー蓄積部を充電するための充電システムであって、車両の電気充電インターフェイスへ接続され得る接触デバイスを有する充電装置と上で特定された充電ロボットとを含む充電システムに関する。

さらに、本発明は、電気充電装置の接触デバイスを車両の電気充電インターフェイスへ接続するための充電ロボットを調整するための方法であって、充電ロボットが、接触デバイスへ接続され得るロボットアームを有し、ロボットアームが、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために、少なくとも３自由度で可動である方法に関する。

このタイプの充電ロボットは、例えば充電装置への電気車両の接続を自動化するために使用される。結果として、この作業は、一般に車両の運転手であるユーザがいなくても実施することができる。このことはドライバーにとっての時間の節約をもたらす。加えて、ユーザによる操作の誤りが防止される。

したがって、本明細書においては概して充電インターフェイスとも表される充電ソケットを有する車両において、本明細書においては概して接触デバイスとも表される充電プラグが、充電ロボットを介して自動化されたやり方で充電ソケットへ接続され得る。この目的のためには、充電プラグが、傾かないように、および、差込力を可能な限り低く保つために、小さい許容公差範囲で充電ソケットへ差し込まれることが通常は必要であり、差込力は一般的には斜めに差し込まれた場合に増加する。

実際には、充電ソケットの位置に加えて、充電ソケットの配向（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が車両により異なり得るという事実から問題が生じる。充電ソケットの配向は、特に、水平面からの、および／または、車両の一方側に対するある角度での、充電インターフェイスの傾きに関連する。したがって、充電ロボットが充電ソケットの位置および配向を知ることが必要である。充電ロボットを有益に作ることを可能にするために、充電ロボットが充電プラグを移動させるのに必要な自由度が可能な限り小さい場合、有用である。ここで、充電ソケットの回転および傾きが、主に考慮されなければならない。特に、家庭用部門においては、充電ロボットの費用が高いことは受け入れられない。

１自由度は、１つの軸方向ｘ、ｙまたはｚにおける移動であり得る。代替的に、角度移動もまた１自由度を構成し得る。

これに関連して、ハイブリッドおよび電気車両のための充電システムが、例えば（特許文献１）から既知である。充電システムは、充電装置とロボットユニットとを含み、ロボットユニットは、エネルギー源のインターフェイスへの充電装置の自動接続のために設計される。

加えて、（特許文献２）は、ロボットにより作動される車両充電ステーションを開示する。ロボット充電ステーションは、ベースプレートと、ベースプレートへ連結されるとともにベースプレートに対して実質的に横断方向に延在するスタンドパイプと、ロボットアームとを含む。ロボットアームはスタンドパイプから出るように延在し、把持部材を支える。把持部材は、複数の電気接点であって、電気車両に配置された差込型（ｐｌｕｇ−ｉｎ）ソケットへ連結されるよう構成された複数の電気接点を含む。ロボットアームは、把持部材を３つの移動段階で移動させるように構成される。

さらに、（特許文献３）は、車両における電気エネルギー蓄積部の自動充電のための装置および方法を開示する。この目的のために、第１に、車両での充電ソケットの位置が、車両固有のデータに基づいて決められる。次いで、充電ロボットが、充電ソケットの近傍へと地上を移動する。次いで充電ロボットが、充電ステーションと充電ソケットとの間にガルバニック接続を生じる。この目的のために、充電ロボットは、充電ステーションへ接続された接触ヘッドを車両の充電ソケットへ入れる。充電作業の完了後、接触ヘッドは充電ソケットから引き出され、したがって車両が解放される。

独国特許出願公開第１０２００９００６９８２Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２２１６９８０Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１４２２６３５７Ａ１号明細書

前述の先行技術を発端として、本発明は、したがって、車両の充電インターフェイスと充電装置の接触デバイスとの、充電ロボットによる、単純で、自動的な接続を可能にする、前述のタイプの充電ロボット、充電システムおよび方法を特定するという目的に基づく。特に、本発明の目的は、家庭用部門において効率的かつ経済的に車両の自動充電を行うことを可能にすることである。

本発明によると、本目的は独立請求項の特徴により達成される。本発明の有利な改良形態は、従属請求項において特定される。

したがって本発明によると、電気充電装置の接触デバイスを車両の電気充電インターフェイスへ接続するための充電ロボットであって、充電ロボットが、接触デバイスへ接続され得るロボットアームを有し、ロボットアームが、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために少なくとも３自由度で可動であり、充電ロボットが、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するためのデバイスを有し、ロボットアームが、充電ロボット上の接触デバイスを調整するための調整手段を有する充電ロボットが提供される。

本発明によると、車両の電気エネルギー蓄積部を充電するための充電システムであって、車両の電気充電インターフェイスへ接続され得る接触デバイスを有する充電装置と上で特定された充電ロボットとを含む、充電システムもまた、特定される。

本発明によると、電気充電装置の接触デバイスを車両の電気充電インターフェイスへ接続するための充電ロボットを調整するための方法であって、充電ロボットが接触デバイスへ接続され得るロボットアームを有し、ロボットアームが、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために少なくとも３自由度で可動である方法であって、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するステップと、充電インターフェイスの検出された配向に基づき、充電ロボット上の接触デバイスを調整するステップとを含む方法が、さらに特定される。

本発明の基本的概念は、したがって、様々な車両で使用するための汎用充電ロボットであって、それぞれの車両についての充電インターフェイスの配向が学習され得る汎用充電ロボットを提供することである。これは、充電ロボットでの車両の最初の充電の前に実施される。したがって、接触デバイスの調整により、充電ロボットは、その数自由度での移動により、車両上に実質的に任意の所望の方法で形成された充電インターフェイスを接触デバイスへ接続し得るように、全体として適合され得る。

特に接触デバイスを、車両上の充電インターフェイスの配向に適合させるために、調整が使用される。配向は、特に、充電インターフェイスの角度位置、すなわち傾きおよび充電インターフェイスの回転に関連する。充電インターフェイスの単純な配向、例えば地面と位置合わせされた座標軸に基づく単純な配向からの対応するずれは、しばしば、ロボットアームの追加的な自由度での複雑な動きを必要とする。従来の工業用ロボットは５以上の自由度を有することが多い。しかしながら、自由度を追加する毎に、充電ロボットのための費用が不釣り合いに増加するため、単純な充電ロボットが好ましい。これは、様々な車両を頻繁に使用することにより費用がならされ得ない（償却され得ない）家庭用部門での用途に特に当てはまる。

複数自由度でロボットアームが同時に移動することにより、接触デバイスは、原則として、充電インターフェイスの任意の望ましい傾きで、充電インターフェイスへ接続され得る。

原則として、１または２自由度でのみ可動のロボットアームを有する充電ロボットも、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために十分となり得る。しかしながら、これは必ずしも一般的に妥当ではなく、特定の場合にのみ、接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するために十分となり得る場合がある。

ロボットアームは、接触デバイスと一体のものとして実装され得る。ロボットアームはまた、原則として、充電装置の一部であることができ、逆もまた同様である。接触デバイスは、例えば、それ自体既知の充電プラグである。ここで、接触デバイスおよび充電インターフェイスは、充電プラグという用語の使用に関係なく、プラグとソケットとを含む対応する対として、所望のとおり実装され得る。

説明された学習動作に続き、充電プラグは、機械的に調整され得るとともに、ロボットに基本的な傾きおよび回転で固定され得る。ロボットアームはこのとき、その３自由度で適切に移動できればよいだけである。調整パラメータは、ロボットにより示されるか、ディスプレイまたは同様の指示経路で出力される。

本発明の有利な改良形態において、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するための検出デバイスは、光学検出デバイスである。光学検出デバイスは、好ましくは光学カメラであるか、複数のカメラを含む。例えば、２つのカメラが３次元情報を提供することができ、これは充電インターフェイスの配向の検出を円滑にし得る。

本発明の有利な改良形態において、充電ロボット上の接触デバイスを調整するための調整手段は、充電インターフェイスの検出された配向に基づき、充電ロボットにより自動的に作動され得る。したがって、配向の検出に続いて、調整は自動的に実施され得る。この目的のために、調整手段は好ましくは、例えば作動モータにより電気的に調整可能である。接触デバイスを充電インターフェイスへ接続するための充電ロボットの駆動は、３自由度に限定され得るため、充電ロボットは単純に駆動され得る。

本発明の有利な改良形態において、充電ロボットは、検出デバイスにより検出された、充電インターフェイスの配向を出力するためのユーザインターフェイスを有する。ユーザインターフェイスは、基本的に任意のインターフェイス、特にディスプレイ装置であり得る。ユーザインターフェイスはまた、音響ユーザインターフェイスとして、またはそうでなければ充電インターフェイスの配向の電子送信のための電子ユーザインターフェイスとして、形成され得る。出力は、車両上の充電インターフェイスの配向を含む。

本発明の有利な改良形態において、充電ロボット上の接触デバイスを調整するための調整手段は、ユーザインターフェイスにより出力された充電インターフェイスの配向に基づく充電ロボットによる手動調整のために設計される。これにより、数自由度の動きを有する、特に単純な充電ロボットの提供が可能になる。特に、典型的には自家用車のみが充電装置により充電される家庭用部門における充電ロボットの使用のために、経済的な充電ロボットがしたがって提供され得る。接触デバイスの単一の調整により、車両への充電装置の確実な接続が単純な方法で実施される。

本発明の有利な改良形態において、充電ロボットは、車両検出デバイスと割り当てユニットとを有し、割り当てユニットは、検出された車両への充電インターフェイスの検出された配向の割り当てを実施するように設計される。したがって、各車両について、車両を検出するときにアクセスし得る、充電インターフェイスの配向を有するデータセットを記憶することが可能である。したがって、複数の異なる車両は、充電インターフェイスの配向の検出を毎回求めることなく、それらの充電インターフェイスにより充電装置へ同様に効果的に接続され得る。したがって、充電インターフェイスの配向は、一度「学習される」と単純に検索され得る。

本発明の有利な改良形態において、充電ロボットは、充電インターフェイスへの機械的接続のためのアダプタプラグを有するか、アダプタプラグが充電ロボットへ割り当てられ、検出デバイスは、アダプタプラグが充電インターフェイスへ接続されたときのアダプタプラグの配向の検出を介して車両上の充電インターフェイスの配向を検出するように設計される。アダプタプラグは、好ましくは充電インターフェイスから突出し、その結果、充電インターフェイスの配向は、それが車両の外側に配置されたときだけでなく、車両の外側を越えて突出する領域に配置されたときも検出され得る。結果として、充電インターフェイスの配向は、特に単純に検出され得る。

本発明の有利な改良形態において、アダプタプラグは、検出デバイスによる検出のための基準点（参照マーク）を備えて設計される。基準点は、アダプタプラグ上に形成された光学マークなどの任意の望ましいマークであり得る。好ましくは、アダプタプラグは、その表面に、充電ロボットにより検出され得るか読み取られ得る基準点を備えた標的を有するように、設計される。基準点は、検出デバイスによる単純な検出を可能にするような方法で、好ましくは実装される。基準点は好ましくは光学的基準点である。

本発明の有利な改良形態において、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するステップは、充電ロボットに対する車両の移動を含む。移動の結果として、車両上の充電インターフェイスを特定するために、および、車両上の前記インターフェイスの配向を検出するために、車両の広い面積が単純な方法で検出され得る。この目的のために、車両が充電ロボットを通過し得るか、または充電ロボットが車両に沿って、例えばガイドレール上を可動となるように適合されるかのいずれかである。

本発明の有利な改良形態において、方法は、アダプタプラグを充電インターフェイスへ機械的に接続する追加的なステップを有し、車両上の充電インターフェイスの配向を検出するステップは、アダプタプラグが充電インターフェイスへ接続されたときのアダプタプラグの配向の検出を含む。

本発明は、以下で、添付図面を参照して、および好ましい実施形態を使用して、より詳細に説明される。

第１の好ましい実施形態による、車両を充電するための充電ロボットと充電装置とを含む充電システムの概略図を示す。

図１は、第１の好ましい実施形態による、充電ロボット１２と充電装置１４とを含む、本発明による充電システム１０を示す。

充電装置１４は、車両２０の電気充電インターフェイス１８へ接続される接触デバイス１６、すなわち充電プラグを含む。接触デバイス１６および充電インターフェイス１８は、プラグとソケットとを含む対応する対として実装される。

充電ロボット１２は、接触デバイス１６へ接続されるロボットアーム２２を含む。ロボットアーム２２は、接触デバイス１６を充電インターフェイス１８へ接続するために、図１において座標軸ｘ、ｙ、ｚにより示されるとおり、３自由度において可動である。この例示的実施形態において、ロボットアーム２２は、３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚにおいて線形に可動である。

代替的な例示的実施形態において、ロボットアーム２２は、接触デバイス１６と一体のものとして実現される。

充電ロボット１２は、車両２０上の充電インターフェイス１８の配向を検出するための検出デバイス２４を含む。検出デバイス２４は、特に１つまたは２つのカメラを含む光学検出デバイス２４として実装され、２つのカメラは３次元情報の提供を可能にする。配向は、ここでは、角度位置、すなわち充電インターフェイス１８の傾きおよび充電インターフェイス１８の回転に関する。

車両２０上の充電インターフェイス１８の配向を確実に検出するために、充電ロボット１２は、充電インターフェイス１８への機械的接続のためのアダプタプラグ２６を含む。検出デバイス２４は、アダプタプラグ２６の配向を介して車両２０上の充電インターフェイス１８の配向を検出する。アダプタプラグ２６は、充電インターフェイス１８から突出する。この領域において、アダプタプラグ２６は、検出デバイス２４により検出され得る光学的基準点を有する。本発明の場合における基準点は、アダプタプラグ２６の表面に基準点を有する標的の形の光学マークとして形成される。

車両２０上の充電インターフェイス１８の配向を検出するために、車両２０は、充電ロボット１２に対して移動させられる。この例示的実施形態において、充電ロボット１２は、学習モードにされ、車両２０は充電ロボット１２を通り過ぎる。

本プロセスにおいて、同時に、車両２０が、例えばその登録番号を介して、充電ロボット１２の車両検出デバイス２８により検出される。充電ロボット１２はまた、割り当てユニット３０を含み、割り当てユニット３０において、充電インターフェイス１８の配向が、検出された車両２０に割り当てられ、共に記憶される。

充電インターフェイス１８の配向の検出に続いて、この例示的実施形態においては、充電インターフェイス１８の配向が、ディスプレイとして実装された、充電ロボット１２のユーザインターフェイス３２を介して表示される。この目的のために、調整パラメータがディスプレイ３２に表示される。

調整パラメータに基づき、充電ロボット１２のロボットアーム２２上の接触デバイス１６が、充電インターフェイス１８への単純な接続を可能にするために、調整され得る。調整を目的として、接触デバイス１６は、調整手段３４によりロボットアーム２２へ保持される。調整手段３４は、手動調整のために設計される。調整手段３４は、接触デバイス１６の傾きおよび回転を調整するための手段に関連する。

代替的実施形態において、充電ロボット１２上の接触デバイス１６を調整するための調整手段３４は、充電ロボット１２により、充電インターフェイス１８の検出された配向に基づき、電気的に調整され得る調整モータを備えて実装され得る。

接触デバイス１６の調整に続いて、充電装置１４が車両２０の充電インターフェイス１８へ確実に接続され得る。この目的のために、ロボットアーム２２はその３自由度で移動し、２自由度以上での同時の移動により、接触デバイス１６が、基本的に任意の望ましいやり方で充電インターフェイス１８に挿入され得る。

１２ 充電ロボット
１４ 電気充電装置
１６ 接触デバイス
１８ 電気充電インターフェイス
２０ 車両
２２ ロボットアーム
２４ 検出デバイス
３４ 調整手段

Claims (12)

1. 電気充電装置（１４）の接触デバイス（１６）を車両（２０）の電気充電インターフェイス（１８）へ接続するための充電ロボット（１２）であって、前記充電ロボット（１２）が、前記接触デバイス（１６）へ接続され得るロボットアーム（２２）を有し、前記ロボットアーム（２２）が、前記接触デバイス（１６）を前記充電インターフェイス（１８）へ接続するために少なくとも３自由度で可動である充電ロボット（１２）において、前記充電ロボット（１２）が、前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１８）の配向を検出するための検出デバイス（２４）を有し、前記ロボットアーム（２２）が、前記充電ロボット（１２）上の前記接触デバイス（１６）を調整するための調整手段（３４）を有することを特徴とする、充電ロボット（１２）。
2. 前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１８）の配向を検出するための前記検出デバイス（２４）が光学検出デバイス（２４）であることを特徴とする、請求項１に記載の充電ロボット（１２）。
3. 前記充電ロボット（１２）上の前記接触デバイス（１６）を調整するための前記調整手段（３４）が、前記充電インターフェイス（１８）の検出された前記配向に基づき、前記充電ロボット（１２）により自動的に作動され得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の充電ロボット（１２）。
4. 前記充電ロボット（１２）が、前記検出デバイス（２４）により検出された前記充電インターフェイス（１８）の前記配向を出力するためのユーザインターフェイス（３２）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電ロボット（１２）。
5. 前記充電ロボット（１２）上の前記接触デバイス（１６）を調整するための前記調整手段（３４）が、前記ユーザインターフェイス（３２）により出力された前記充電インターフェイス（１８）の前記配向に基づく前記充電ロボット（１２）による手動調整のために設計されることを特徴とする、請求項４に記載の充電ロボット（１２）。
6. 前記充電ロボット（１２）が車両検出デバイス（２８）と割り当てユニット（３０）とを有し、前記割り当てユニット（３０）が、検出された前記車両（２０）への前記充電インターフェイス（１８）の検出された配向の割り当てを実施するように設計されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の充電ロボット（１２）。
7. 前記充電ロボット（１２）が、前記充電インターフェイス（１８）への機械的接続のためのアダプタプラグ（２６）を有するか、前記アダプタプラグ（２６）が前記充電ロボット（１２）へ割り当てられ、前記検出デバイス（２４）が、前記アダプタプラグ（２６）が前記充電インターフェイス（１８）へ接続されたときの前記アダプタプラグ（２６）の配向の検出を介して、前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１８）の配向を検出するように設計されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の充電ロボット（１２）。
8. 前記アダプタプラグ（２６）が、前記検出デバイス（２４）による検出のための基準点を備えて設計されることを特徴とする、請求項７に記載の充電ロボット（１２）。
9. 車両（２０）の電気エネルギー蓄積部を充電するための充電システム（１０）であって、前記車両（２０）の電気充電インターフェイス（１８）へ接続され得る接触デバイス（１６）を備えた充電装置（１４）と、請求項１〜８のいずれか一項に記載の充電ロボット（１２）とを含む、充電システム（１０）。
10. 電気充電装置（１４）の接触デバイス（１６）を車両（２０）の電気充電インターフェイス（１８）へ接続するための充電ロボット（１２）を調整するための方法であって、前記充電ロボット（１２）が前記接触デバイス（１６）へ接続され得るロボットアーム（２２）を有し、前記ロボットアーム（２２）が、前記接触デバイス（１６）を前記充電インターフェイス（１８）へ接続するために少なくとも３自由度（ｘ、ｙ、ｚ）で可動である方法であって、前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１８）の配向を検出するステップと、前記充電インターフェイス（１８）の検出された前記配向に基づき、前記充電ロボット（１２）上の前記接触デバイス（１６）を調整するステップとを含む方法。
11. 前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１８）の配向を検出する前記ステップが、前記充電ロボット（１２）に対する前記車両（２０）の移動を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記方法が、アダプタプラグ（２６）を前記充電インターフェイス（１８）へ機械的に接続する追加的なステップを有し、前記車両（２０）上の前記充電インターフェイス（１６）の配向を検出する前記ステップが、前記アダプタプラグ（２６）が前記充電インターフェイス（１８）へ接続されたときの前記アダプタプラグ（２６）の配向の検出を含むことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。

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