WO2019166519A1 - Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen verbinden eines aufladeanschlusses mit einer aufladeanschlussaufnahme eines fahrzeugs, insbesondere eines landfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen verbinden eines aufladeanschlusses mit einer aufladeanschlussaufnahme eines fahrzeugs, insbesondere eines landfahrzeugs Download PDF

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Simon Aden
Jens DR. KOTLARSKI
Norbert Settele
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Definitions

  • the present invention relates to a method for automatically connecting a charging connection with a charging connection receptacle of a vehicle, preferably a land vehicle, according to claim 1, an apparatus for carrying out such a method according to patent claim 17 and a computer program product for carrying out such a method according to claim 18.
  • the vehicle can also be used for example. overnight to Flause, be connected during working hours or during shopping in a parking garage to an electric charging station located there, in order to use as possible any interruption of use for charging.
  • Charging may require the user to go to the electrical charging station, pick up an electrical charging cable, open a shutter of the charging port of the vehicle, insert the charging plug of the electrical charging cable into the charging port of the vehicle, and thus make an electrically conductive connection to the charging station To perform charging. After charging has been completed, repeat these steps mutatis mutandis in the reverse order. This on wall and the time required for this can disturb the user and thus preclude the purchase and use of such an electrically operable vehicle.
  • the goal of the joint project AUTOPLES Automated Parking & Charging of Electric Vehicle Systems
  • the corresponding charging station has an actuated mechanical system which can move the charging plug in height and in width and extend to the parked vehicle and drive away from the parked vehicle
  • the charging plug is a camera is arranged, which is aligned obliquely in the direction of the charging connector.With the camera and corre sponding process for image processing and image recognition of the charging port of the vehicle can be recorded op table and recognized and the charging plug of the charging station in this egg be led to self-establishing an electrically conductive connection and perform the charge. After completion of the charging process, the separation can also be done automatically.
  • a similar objective is pursued by the GINKO initiative ("Generic Infrastructure for the Seamless Energetic Coupling of Electric Vehicles - Chemnitz"), with a charging plug from the end effector of a six-axis articulated robot is performed. At the end effector, a camera is also arranged, which is oriented obliquely in the direction of the charging connector.
  • DE 10 2012 014 936 Al describes a charging system for a motor vehicle, in particular a Perso nenkraftwagen, with a robot with a control means, with a force detecting means and with a robot attached to the plug, which is adapted to a vehicle-side mating connector a detachable Plug connection for charging an electrical energy storage of the motor vehicle produce.
  • the control means is adapted to communicate with the force sensing means and to connect the robotized connector to the mating connector based on a force detected by the force sensing means.
  • the charging system further includes, in particular roboterge led, position detecting means for detecting a position of the mating connector, wherein the STEU erstoff is adapted to communicate with the position detecting means and pre-position the roboterge led plug based on a detected by the position detecting means position of the mating connector.
  • the position detection means may in particular comprise an image recording and processing means, in particular a camera, preferably a CCD camera, and a Jardinken tion, which is adapted to identify the mating connector of the motor vehicle in a camera image.
  • an image-based pre-positioning of the robot-guided plug takes place, which is followed by a force-controlled insertion of the robot-guided plug.
  • US 79999506 Bl describes a system that automatically feeds the power into a vehicle with a rechargeable electrical energy storage with minimal human intervention using an automatic docking system.
  • the system consists of a robot manipulator with a camera and a processing unit.
  • the system uses the camera and image processing to identify the position of the vehicle and thus the position of the vehicle's cargo container.
  • the robot manipulator then directs the plug of the charging cable into the receptacle of the vehicle. Once charging is complete, the robotic manipulator removes the plug from the vehicle.
  • It is a CCD camera used, which can be fixed to the base of the Robotermanipula sector or arranged at the end effector. Alternatively, a LIDAR system is also used.
  • US Pat. No. 9,056,555 B1 describes a robotic charging device for an electric vehicle which is drivable so that it automatically has an electric charging connection for charging the battery pack an electrically powered vehicle inserted. When charging is complete, the unit disconnects from the vehicle and moves away from the vehicle. The robotic charging device can move over a substrate to the electric vehicle automatically. At a base of the robotic loading device on a three-membered arm is arranged, the charge has on its end effector to the electrical charge. Near and on both sides of the electrical charging port, a pair of cameras are arranged so that the vehicle and the shutter of the charging port can be detected.
  • At least one camera in particular at least one CCD camera, or at least one other image capture unit are used to capture a two-dimensional image of a starting situation, which at least a part of the vehicle and its charging socket or the cover of the charging socket comprises. From this image, the position and orientation of the charging socket or its cover is then detected and determines the removal of the charging plug or the end effector to Ladean circuit. Based on this, the trajectory is then calculated, on which the charging tracker is to be moved by the charging device to intervene at the end of the trajectory in the charging socket of the vehicle.
  • Position is the location within a Cartesian coordinate system where an object is located in a geometric space. Positioning is the assumption of a concrete spatial location. Orientation refers to the orientation of an object to the axes of the Cartesian coordinate system. Taking an orientation is understood to be the change in the current orientation by rotation about the respective axes of the Cartesian coordinate system into a desired orientation. Position and orientation can be called a pose together.
  • the localization of the charging socket is made particularly difficult by the fact that the charging socket as the target object usually has to be recognized from a comparatively large distance, which results in a low image resolution of the relevant area, i. the charging socket leads. This is due to the fact that the charging device is usually outside of its operation in a compact as possible to avoid collisions with the approaching vehicle or with people and derglei surfaces.
  • the image recognition can be supported in that the charging socket is artificially set off from the background or highlighted relative to the background as a target object to be recognized. This can be done, for example, by markers, a contrast ring and the like, which are mounted on or around the charging socket around on the body of the vehicle visible, differ very clearly from the background and thus are comparatively easy to identify for image recognition.
  • the charging device can also be supplemented with additional lighting elements in order to improve the quality of the captured image and thus to support the image recognition. This means but also an additional effort with corresponding costs. Furthermore, an additional illumination of the body of the vehicle can also lead to additional reflections, which can be more disturbing than conducive to image acquisition and image recognition.
  • An object of the present invention is to provide a method and a device of the type described above, so that the disadvantages described above can be reduced or avoided.
  • a charging process should be carried out automatically even with a comparatively large distance between the charging device and the vehicle or its charging socket. Additionally or alternatively, this should also be possible for as different positioning and / or orientations of the vehicle or its charging socket relative to the charging device. In particular, this should be as simple, reliable and / or cost-effective he can follow. This should be done in particular for a land vehicle. At least an alternative to such known methods and devices should be created.
  • the present invention relates to a method for automatically connecting a Aufladean circuit with a Aufladean gleichfact a vehicle, preferably a land vehicle.
  • the charging port can also be used as a charging plug and the corresponding charging port Also known as charging socket or mating connector. Under this automatically is the connection of a charging port with a Aufladean gleichfact a vehicle completely or whats the best to understand without the assistance of a user; For example, the triggering of this method can be carried out by the user, but the method itself can then be carried out without the assistance of the user.
  • the vehicle may be any type of vehicle, in particular any type of land vehicle, aircraft, spacecraft or watercraft.
  • the present invention is directed to a land vehicle such as a bus, a truck or a passenger car.
  • a connection between a charging port of a corresponding device, as will be described below, and a korrespondie-generating Aufladean gleichfact the vehicle understood such that an energy storage of the ve hicle by means of energy can be charged or filled.
  • This energy can e.g. an electrical cal energy but also a fluid such as a liquid such. Kerosene, oil, diesel or petrol or a gas.
  • the energy storage device can be a rechargeable battery or a liquid tank or a gas tank depending on the energy to be absorbed.
  • the charging port and the Aufla dean gleicheau may be an electrical connector and a corresponding electrical connector receptacle or a filler neck and a tank opening depending on the energy to be transmitted.
  • the present invention is directed to the electrical charging of at least one rechargeable electric accumulator of a land vehicle so that a charging plug is used as a charging port and a charging socket or a mating plug as a charging terminal receptacle.
  • the method according to the invention has at least the steps:
  • the first image acquisition unit may preferably be a camera such as a CCD camera.
  • exactly one image acquisition unit and in particular exactly one camera is used in order to enable the implementation of the method as simply and inexpensively as possible.
  • the first image acquisition unit is arranged to be movable with the charging connection, it is to be understood that movements of the positioning unit which affect the position and / or the orientation of the charging connection also affect the position and / or the orientation affect the first image acquisition unit.
  • the first Jardinfas is sung unit as close as possible and fixed to the charging port, so that a common movement preferably due to a fixed or separable mechanical coupling rule of the first image capture unit and charging port can be done.
  • the first image capture unit and the charge port may be arranged in common on an end effector of the positioning unit to allow a common movement.
  • the detection area of the first image acquisition unit is preferably aligned with the charge connection and the area along a longitudinal axis of the charge connection in front of it, so that the charge connection and the charge connection receptacle or the vehicle can be optically detected by the first image acquisition unit.
  • the viewing direction of the first image acquisition unit may correspond as far as possible to the joining direction or the joining axis of the charging connection in order to be able to carry out the optical detection as directly as possible in the direction of merging the charging connection and the charging connection receptacle.
  • the first image acquisition unit AS POSSIBLE arranged close to the charging port and be aligned with their gaze or detection direction in Rich tion of the longitudinal axis of the charging port as a joining axis and parallel to this, as will be described in more detail below.
  • the first image acquisition unit can also have at least two, preferably exactly two, cameras, so that a stereoscopic image acquisition can be made possible. This may allow the determination of depth information from two simultaneously captured images that are at least substantially aligned in the same direction. Taking into account the depth information, a more accurate and robust depth estimation and thus also the determination of the position of the charge connection receptacle and / or of the vehicle based on the first image, which is formed from the two simultaneously recorded images of the two cameras, can be improved. If two comparatively low-cost cameras with low resolution are used as cameras, then the cost increase can be kept low by using the second camera of the first image capture unit. Also, the image processing can continue to be implemented with relatively low computer power. Also, the first image capture unit may be configured as a multiview camera, i. have more than two individual cameras.
  • any means are understood to change the position of the charging connection in space at least two-dimensional, preferably three-dimensional.
  • the orientation of the charging connection in space can be changed at least two-dimensionally, preferably three-dimensionally.
  • a positioning unit driven serial kinematics such as an articulated robot and the like can be used, which can move the charging port, preferably together with the first image acquisition unit.
  • the positioning unit may be fixed, for example by the fixed arrangement on a substrate, on a wall, on a column, under a ceiling and the like.
  • the positioning unit can also be designed to be movable on the ground as a whole in order to obtain a larger operating radius and, for example, to be able to reach more than one vehicle.
  • the charging port is detachably attached to the positioning unit is arranged, so that the positioning unit after connecting a first charging port with the Aufladean gleichfact a first vehicle record a second charging port and the inventive method with the Aufladean gleichfact a second vehicle he neut can perform. This can increase the flexibility of using the positioning unit and further reduce costs.
  • the charging port and preferably also the first image acquisition unit, is / are preferably arranged on an end effector of the positioning unit, which can be implemented by a detachable but firm connection as well as the gripping of the charging port by a gripper or the like of the end effector.
  • the latter has the advantage that the charging connection can be handled both by the positioning unit and by a user, so that such a charging connection can be used to implement the method according to the invention, which reduces the costs of a corresponding device compared to a charging connection integrated in the device can.
  • a plurality of charging ports can be manipulated one after the other by the same positioning unit to perform the inventive method with one and the same positioning unit multiple times.
  • the implementation of the method according to the invention procedural by the permanent and defined connection between the positioning unit and the charging on easier, more robust and / or safer.
  • the present invention is based on the finding that so far in such methods, only a single optical detection of the Aufladean gleichage and or the vehicle as the first image by means of at least one first image detection unit. Based on this single image, the position and orientation of the charge port receptacle are then determined. At closing, the Aufladeanschluß technique by means of a single movement as direct drive as possible, preferably in the direction of the initially detected Troladean gleicheffort, and made the connection between the charging port and the Aufladean gleichfact. This requires, as described above, a correspondingly high quality of the only recorded image in order to reliably detect, recognize and correctly orient the charge connection receptacle even from an initially comparatively large distance of the first image capture unit or of the charge connection. to be able to approach.
  • the basic idea of the present invention is therefore to first only take a determination of the position of the charge connection receptacle and / or of the vehicle based on the first image and then to connect the charge connection together with the first image capture unit by means of the positioning unit closer to the charge connection receptacle and / or the Move the vehicle.
  • Flier the distance of the first image detection unit, which is indeed mitbeweglich with the charging port, be reduced to Aufladean gleichfact or to the vehicle.
  • the reduction of the distance takes place, on the one hand, to such an extent that the second image has a larger representation of the charging connection receptacle and / or of the vehicle, but on the other hand so low that a collision of the charging connection, the first image detection unit and / or the positioning unit with the Aufladean final recording and or or can be safely avoided with the vehicle.
  • the Aufladean gleiching or the vehicle in the second image are displayed larger and are therefore more reliable to recognize by the image recognition.
  • a reduction of the resolution-related detection error of the charge connection receptacle can take place.
  • the robustness and reliability of the image recognition and the further steps based thereon can be improved without increasing the costs of the device and in particular without the costs for the first image acquisition unit, since comparatively expensive and thus expensive imaging systems or scanning systems such as For example, laser scanner, depth cameras and the like can be dispensed with.
  • image capture units with conventional image resolutions which are available at a good cost / performance ratio, can be used to provide accurate and robust localization of a charge port from a single image capture.
  • Another advantage of a comparatively low image resolution can also be the reduction in the computational load during detection, which can lead to significantly higher detection rates than when using a higher resolution.
  • the plug-in process can also run much faster, as shorter Zero downtime for the images of the detection are required. This can avoid causing a user dissatisfaction by waiting.
  • an optical detection can comprise at least one double-repeating optical measurement with the search position remaining the same, so that an increase in the detection accuracy and / or the detection robustness, for example by averaging over a plurality of measurements, can be achieved.
  • the first optical detection of the charging terminal and / or of the vehicle takes place at an initial distance of the charging connection to the charging connection receptacle and / or to the vehicle.
  • the implementation of the method according to the invention can be started, if the corresponding device is as far away from the Aufladean gleichany or the vehicle to a collision of the charging port, the first image capture unit and / or the positioning unit with the Aufladean gleichfact and or to safely avoid with the vehicle.
  • the method comprises the further steps of: Determining the position of the charging port and / or the vehicle based on the second image,
  • This aspect of the present invention is based on the recognition that e.g. due to a comparatively low resolution of the first image acquisition unit, a first approaching step to the charge connection receptacle or to the vehicle may not be sufficient to sufficiently accurately detect the charge connection in the second image, as required for the connection. Therefore, an iterative stepwise approximation of the charging port together with the first image acquisition unit to the charge port receptacle can take place in two or more steps until an image can be detected which has a sufficient quality, so that based on this image the further steps, e.g. Aligning the orientation of the charging port can be performed for Aufladeanschluß technique to perform the connection can, as will be described in more detail below. These process steps can thus be repeated several times depending on the application. Iterative can also comprise continuously, i. a detection is simul tan to the movement of the end effector.
  • the first optical detection and / or the second optical detection and / or the third optical detection is changed in the position and / or orientation of the first image acquisition unit with respect to the charging terminal receptacle and / or the Vehicle ahead by means of the positioning unit and or or follows this.
  • the fact that e.g. due to reflections, solar radiation and the like a position of the first Jardinfas sungsaku from which an image is to be detected this may be unsuitable. If detection of the charge port fails, i.
  • the position and / or the orientation of the first image acquisition unit relative to the Aufladean final recording and or or the vehicle by means of the positioning unit automatically ver so often ver changes and the capture of the image are repeated in each case, until an image with a sufficient quality can be detected, which can then be used as a first, second or third image.
  • the capture of the image can be repeated in each case until the image has been taken in sufficient quality that a successful detection of the charging connection, in particular with regard to its special orientation, is possible.
  • These changes in the position and / or the orientation of the first image acquisition unit can preferably be effected by sideways movements, movements in the fleas and by pivoting movements, in order thereby to adjust the distance to the charging device. connection or to the vehicle not or only insignificantly to change and thereby avoid collisions.
  • the method comprises the further step:
  • the distance of the charging port to the Aufladean gleichage and or or to the vehicle by at least one distance sensor he summarizes, which is arranged to be movable with the charging port, wherein determining the positi on and or or the orientation of the Aufladean gleichfact and or the vehicle in the first image and / or in the second image and / or in the third image taking into account the distance detected by means of the distance sensor.
  • a distance sensor may preferably be an ultrasonic sensor are used, so that the implementation of this additional function can be done easily, reliably and / or cost.
  • This aspect of the present invention is based on the finding that the distance between the charging port and the charging port receptacle or the vehicle can additionally be detected by means of a distance sensor movable with the charging port.
  • the distance between the charging connection and the charging connection receptacle or the vehicle which results from the image recognition of the respective image, can be compared with the distance between the charging connection and the charging connection receptacle or the vehicle, which is detected by the distance sensor.
  • the process reliability can be increased in order to avoid a collision of the charging connection with the charging connection receptacle or with the vehicle as safely as possible.
  • This can also be achieved by the redundancy of the distance information be ensured in the sense of a failure protection, if either the first Marsh conductedssein unit or the distance sensor should fail.
  • the failure or the defectiveness of the first image acquisition unit or of the distance sensor can be detected at all and even early if the two distance information deviate too clearly from one another. This can increase the security of the method, since in this case the inventive method can be interrupted and a user can be alerted.
  • the determination of the position and / or the orientation of the charging connection receptacle and / or of the vehicle takes place in the first image and / or in the second image and / or in the third image, taking into account the prior art gene position change and or or orientation change of the positioning unit.
  • the steps can be counted, so that this information can be obtained very easily and directly.
  • This position and / or orientation of the charging connection and the first image acquisition unit can then be compared with the position and / or orientation of the charging connection together with the first image acquisition unit, which results from the image recognition, in order to be able to carry out the plausibility of the result of the image recognition. If the two positions and / or orientations deviate significantly from one another, the method can be interrupted in this case and a user can be alerted. This can increase the safety of carrying out the method according to the invention. If there is additional information from a distance sensor, as described above, then this information can also be taken into account for the plausibility check or as failure protection.
  • At least one optical detection of the charging connection receptacle and / or of the vehicle takes place with illumination of the charging connection receptacle and / or of the vehicle by means of at least one illumination unit, which vorzugswei se is mitbeweglich arranged with the charging port.
  • at least one illumination unit which vorzugswei se is mitbeweglich arranged with the charging port.
  • the illumination unit with the charging connection to be moved along with it may favor the fact that the detection area of the first image acquisition unit is reliably illuminated without having to illuminate its surroundings, which could represent an additional expense without any benefit. This can thus keep the costs and the effort to implement the lighting unit low.
  • the lighting unit is mounted eccentrically on the end effector.
  • the lighting unit has at least two LEDs, which can be used at the same time low cost due to their power. In particular, in dark light conditions is the use of a lighting unit as a light source advantageous.
  • the method comprises the further steps of:
  • Alignment is understood to mean that the charging port is positioned along a joining or connecting axis with respect to the charging connection receptacle and is rotated around the joining axis in such a way that it can be subsequently connected as a connection by means of a rectilinear movement along the joining axis Joining or connecting axis can be done. In this way, a connection or a merging can be achieved and jamming and tilting avoided as possible.
  • the alignment of the charging port with respect to the charging port receptacle comprises the sub-steps:
  • the first Please speak the charging connection for the menammen Congress me, that is positioned and oriented, as must run the charging connection for the menammen Congress Office.
  • the charging connection receptacle can be completely visible in the detection range of the first image detection unit as a compensating movement, so that the charge connection receptacle can be completely optically captured as an image.
  • the charging port to the first image sensing unit is positioned spaced apart from the charging port receiving and may be arbitrarily aligned.
  • the determination of the final orientation of the charging port with respect to the charging port acceptance can be achieved by knowing the fixed kinematic relationship between the first image acquisition unit and the charging port. In particular, this can be facilitated by a viewing axis of the first image acquisition unit being aligned parallel to a joining axis or connecting axis of the charging port. This may simplify the orientation of the charging port relative to the charging port receptacle or increase the quality of the alignment in order to avoid jamming and tilting during the merging as far as possible. For the method e.g. be used in height to a corresponding actuated Z-axis of the corresponding device.
  • the merging of the charging connection and the charging connection receptacle takes place by means of a linear movement of the charging connection, wherein the linear movement of the charging connection preferably takes place by means of an actuated linear axis of the positioning unit.
  • This can simplify merging in order to avoid jamming and tilting as much as possible.
  • This can preferably be done with simultaneous determination or fixation of the other axes and drives of the positioning unit in order to exclude their influence on the movement of the Caribbeanachess.
  • Performing the merging by means of an additional actuated linear axis of the positioning unit can be advantageous in that in a purely one-dimensional movement fewer deviations in the positioning and in the orientation may occur than in a Kidimen sional movement in space, which are performed by the positioning unit as a whole could.
  • a multi-axis kinematics and in particular in a six-axis articulated robot such a combined movement of multiple axes and drives for imple mentation of a linear movement to merge the charging port and Aufladean gleich recording lead to strong deviations in the positioning and in the orientation of the Aufladeanschlus ses, especially at a far out of the base of the positioning unit extended position of the end effector with the charging port.
  • the method comprises the further steps of:
  • This aspect of the present invention is based on the insight that information can be collected in order to monitor the process of merging and to detect faults.
  • this can be done by means of the first image acquisition unit by continuously recording or comparing images of the charge connection and / or the charge connection receptacle and / or the vehicle during the merger or at regular intervals close to one another. If it is found in this comparison that, despite the continuous movement of the merging, there is no optical change in the captured images relative to one another, it can be concluded that the merging, for example, is carried out. jammed or jammed and not performed as intended. The merging can then be abhal ten, if necessary, even canceled and reversed and informed the user.
  • This can additionally or alternatively be performed by means of a distance sensor, in which case the reduction of the distance is considered. If no reduction of the distance takes place despite the continuous movement of the merging, it can also be concluded on this basis that the merging, e.g. blocked by jamming or jamming and not performed as intended. If both state changes are detected, they can also be compared with one another in order to check the plausibility of the conclusions drawn therefrom and to provide fail protection of this function by the respective other state detection.
  • the motor currents of those drives of the positioning unit can be considered, which are involved in the process of merging. If at least one motor current rises, without at the same time a movement of the charging port and / or a reduction of the distance can be detected, can also in this way a blockade of the charging And then react to this. This information can also be used to check the plausibility of the other state changes as well as failover protection, as described above.
  • the method comprises the further steps of:
  • This aspect of the present invention is based on the recognition that information can be detected in order to monitor the merged state and to detect faults.
  • this can be done by means of the first image acquisition unit by continuously recording or interleaving images of the charge transfer port and / or the charge port receptacle and / or the vehicle in the merged state or at regular intervals close to each other. If it is determined in this comparison that, despite the completed movement of the merging, optical changes of the captured images take place relative to one another, then it can be concluded that at least one of the connection partners is being moved, although no further movement is to take place on the part of the method according to the invention.
  • the vehicle can be taken in operation and moved, which can lead to damage of the charging port and the charging port recording and endanger the environment.
  • the positioning unit may be e.g. be touched and moved by one user, another vehicle and the same, which may also jeopardize the safety of the connection between charging port and charging port receptacle. This can be recognized in each case as a failure of the connection, for security reasons e.g. the charging process is aborted and the charging connection is separated from the charging connection receptacle by means of the positioning unit. Also, the user can be informed.
  • the method comprises the further steps of:
  • the first image detection unit and / or by means of at least one distance sensor of the positioning unit which is preferably arranged with the charge connection, at least temporarily, preferably continuously, monitoring the surroundings of the positioning unit and / or the Aufladean gleiches.
  • the already existing elements can be used in addition to increasing the security who the. For example, persons, vehicles and the like can be detected, which during the execution of the method and during the charging process the charging port, the positioning tion unit and or come close to the vehicle so that endangers the safety of persons, the vehicle and the like and the device could be.
  • the positioning unit by means of at least one second image acquisition unit, at least temporarily, preferably continuously, optical detection of a Ar beitsraums the positioning unit, based on at least one optically captured image of the second image capture unit tioning collision of the workspace and or or Vorposi tion the charging connection to the charging connection receptacle and / or to the vehicle takes place by means of the positioning unit.
  • the second image acquisition unit can be made equal to the first image capture unit, in order to cause the lowest possible costs.
  • the second image acquisition unit can also be a CCD camera, preferably with a comparatively low resolution.
  • the second image capture unit can be configured as a 180 ° camera or as a 360 ° camera in order to be able to optically capture the entire workspace as far as possible without having to move and, in particular, to turn. This can ensure the optical detection of the relevant area.
  • the second image capture unit may be stationary, e.g. arranged on a wall or on a ceiling and be aligned towards the working space of the positioning unit.
  • the second image capture is arranged elevated, i. spaced to a substrate, so that the working space can be detected as possible from obliquely above. This can interfere with the optical detection of the working space, e.g. avoid or minimize by the positioning unit.
  • the second image sensing unit may also be movably disposed with the positioning unit, e.g. at a member of the posi tioning unit, which is not the same member which carries the first image detection unit.
  • the second image detection unit can be arranged on a member of the positioning unit, which is farther away from the charging connection than the first image detection unit, so that a larger area and preferably the entire working space of the positioning unit can be optically detected by the second image detection unit.
  • the present invention also relates to a device for automatically connecting at least one charging connection to a charging connection receptacle of a vehicle, having at least one positioning unit which is designed to position the charging connection, preferably to further orient it, with at least one first image detection unit which cooperates with the charging connection is movably arranged and adapted to at least the charging terminal receptacle of the vehicle op table to detect, and with at least one control unit, which is designed to carry out a method as described above.
  • the positioning unit may preferably have a rotatably actuated axis of the charging port or of an end effector, which can grip the charging port or to which the charging port can be fixedly connected. Flier barn can take place a simple and direct adjustment of the orientation of the charging port about its vertical axis to the current orientation of the charging port recording depending on the respective parking position of the vehicle.
  • the positioning unit may also include a manual adjustment and / or an actuation of the direction of the charging port to adjust the orientation of the charging port to the vehicle-specific tendency of the Aufladean gleichfact.
  • the device according to the invention can use a comparatively low-resolution and thus pondere güns term first image capture unit, which on the one hand can keep the cost of acquisition of the first Bil acquisition unit low. In this way, at the same time, the requirements for the control unit can be reduced, since no high-resolution image data has to be processed. As a result, it is also possible to use a favorable control unit and particularly preferably embedded hardware architec tures, which at the same time can be compact and energy-saving.
  • the present invention also relates to a computer program product having a program code stored on a computer-readable medium for carrying out a method as described above.
  • the computer-readable medium may be an internal memory of a computer as well as a removable memory such as a floppy disk, a CD, a DVD, a USB stick, a memory card, and the like.
  • the method according to the invention can be used by a computer, wel- Rather, it may be provided as a control unit of a device according to the invention.
  • Figure 1 is a first schematic side view of a device according to the invention in the execution of a method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a second schematic side view of a device according to the invention in the execution of a method according to the invention
  • FIG. 3 shows a third schematic side view of a device according to the invention when carrying out a method according to the invention
  • FIG. 4 shows a fourth schematic side view of a device according to the invention when carrying out a method according to the invention
  • FIG. 5 shows a fifth schematic side view of a device according to the invention when carrying out a method according to the invention
  • FIG. 6 is a sixth schematic side view of a device according to the invention in carrying out a method according to the invention.
  • FIG. 7 shows a schematic flow diagram of a side view of a device according to the invention when carrying out a method according to the invention.
  • the o.g. Figures are considered in Cartesian coordinates. It extends a longitudinal direction X, which may also be referred to as depth X. Perpendicular to the longitudinal direction X extends a transverse direction, which may also be referred to as width (not shown). Perpendicular to both the longitudinal direction X and the transverse direction extends a vertical direction Z, which may also be referred to as height Z.
  • a device 1 for automatically connecting a charging connection 12 to a charging connection receptacle 21 of a vehicle 2 which is to be referred to as charging device 1 for short in the following, has a positioning unit 10 which acts as a robot arm 10 is executed.
  • the Rotoberarm 10 is fixedly disposed on a substrate 3 at one end of its kinemati rule chain, which is its base. From this base as the first member of the robot arm 10, this extends over a plurality of actuated joints as well as members towards its opposite end, which has an end effector 11.
  • At the Endef maschineor 11 of the aforementioned charging port 12 is arranged, which may also be referred to as a charging connector 12.
  • the charging plug 12 is adapted to be so electrically connected by merging in the form of a plug-in with the aforementioned charging terminal receptacle 21 so that a transfer of electrical energy can take place.
  • the charging connection receptacle 21 can also be referred to as a charging socket 21 or as a mating connector 21.
  • the area which can be reached by the robot arm 10 represents its working space B.
  • the charging socket 21 is arranged on the previously mentioned vehicle 2, which is an electrically operable vehicle 2 in the form of a passenger vehicle 2 and therefore in addition to a rule electrical drive also has a rechargeable electric energy storage (not shown).
  • This rechargeable electric energy storage can be electrically powered by the charging device 1 and thereby charged when the charging plug 12 is inserted in the charging socket 21 and a charging operation is operated.
  • the charging socket 21 is for this purpose electrically conductively connected to the rechargeable electric energy storage device (not shown) and arranged externally accessible in the Ka rosserie 20 of the vehicle 2.
  • the charging socket 21 may be charged outside the charging process by means of a cover such as e.g. Covered by a gas cap (not shown), protected and closed ver.
  • the fuel cap may be used to release the charging socket 21, e.g. Released by means of a verriegelba ren spring mechanism by the vehicle 2 or by the user and the charging socket 21 are thereby made available for the charging connector 12.
  • the end effector 11 has, in addition to the charging connector 12, a first image acquisition unit 13 in the form of a first camera 13, which is designed as a CCD camera with a comparatively low resolution of single Lich 640x480 pixels, which makes the implementation of the first image acquisition unit 13 comparatively inexpensive.
  • the first image acquisition unit 13 may also include a pair of cameras 13 which may be aligned adjacent to one another and in substantially the same direction so as to allow stereoscopic image capture.
  • the first camera 13 is arranged close to the charging connector 12 above this fixed and aligned with its detection range C in the direction of the charging connector 12.
  • the viewing direction or the axis of the first camera 13 substantially corresponds to the joining direction or the joining axis of the charging plug 12, so that they are aligned substantially parallel to each other.
  • a lighting unit 14 is fixedly arranged, the Ausleuchtbe rich D is aligned in the direction of the detection range C of the first camera 13 to capture a capture of the image as well as possible and thereby increase the contrast of the captured image.
  • the lighting unit 14 preferably has the strongest possible LEDs as the light source in order to effect the greatest possible illumination with the least possible outlay.
  • the lighting unit 14 can therefore also be referred to as LED light 14.
  • a distance sensor 15 is fixedly arranged, which is formed as an ultrasonic sensor 15.
  • the detection range E of the distance sensor 15 is in the direction of the Alignment area C of the first camera 13 aligned to detect the distance of the charging plug 12 in the direction of its joining direction or joining axis.
  • a second fixedly arranged image capture unit 17 which is fixed and aligned above half of the robot arm 10 on a wall or ceiling, to optically detect the working space B of the robot arm 10.
  • the charging device 1 also has a control unit 16, which may also be referred to as a computer unit 16.
  • the control unit 16 is signal transmitting or energy transmitting with the first camera 13, connected to the illumination unit 14 and the distance sensor 15 to operate them, if necessary, to control or regulate and to obtain their data. Furthermore, the control unit 16 is connected to the drives of the robot arm 10 in order to operate them, wherein the drive information of the drives of the robot arm 10 is also detected by the control unit 16 in this case. Furthermore, the control unit 16 can also control or regulate the electrical energy transmission via the charging plug 12 to the charging socket 21.
  • control unit 16 a method according to the invention for automatically connecting the charging plug 12 with the charging socket 21 of the vehicle 2 as followsstoffproof ren, cf. Flow chart of Figure 7:
  • the first optical detection 100 takes place from an initial position of the robot arm 10, so that the end effector 11 with the charging connector 12 has an initial maximum to maximum distance to the vehicle 2 and to its charging socket 21, see Figure 1. This can cause a collision of the vehicle 2 when parking with the charging device 1 are avoided as safe as possible.
  • a determination 200 of the position of the charging socket 21 and the vehicle 2 based on the first image This can be carried out by known methods for image processing and image or pattern recognition, so that the position of the charging socket 21 and the vehicle 2 can be calculated in relation to the charging plug 12. This also results in the removal of the charging plug 12 to the charging socket 21 and the vehicle. 2
  • the present invention is based on the finding that due to the comparatively ge wrestle quality of the first camera 13 with respect to their resolution and the initial large distance of the first camera 13 to the vehicle 2, the charging socket 21 to carry out a Ver binding of charging connector 12 and charging socket 21 only insufficient or even impossible to recognize. Therefore, the detection and recognition of such information from the first image is not the goal of this step of the method according to the invention.
  • a determination 410 of the position of the charging socket 21 or of the vehicle 2 can be based on the second image, but its quality can not be sufficient for the following steps, as described below, see FIG Then a renewed reduction 420 of the distance of the charging plug 12 to the charging socket 21 or to the vehicle 2 can take place, so that from this further approximated position, a third optical detection 430 of the charging socket 21 or the vehicle 2 as a third image by means of the first camera 13 can be carried out. This can be repeated so often until the currently captured image has sufficient quali ity for the subsequent steps, see dotted arrow of Figure 7. If this iterative approach is not needed, steps 410 to 430 can be skipped, see the arrow in the figure 7th
  • a determination 500 of the position and orientation of the charging socket 21 based on the second image or based on the third image can be performed, see Figure 3. Since now the Ori orientation of the charging socket 21 are detected can, what is required for the implementation of a connection between rule charging connector 12 and charging socket 21, now align 600 of the charging plug 12 relative to the charging socket 21 by means of the robot arm 10.
  • Aligning 600 may have the sub-steps, that first aligning 610 of the first camera 13 relative to the charging socket 21 by the first camera 13 positioned immediately in front of the charging socket 21 and with its line of sight exactly on the joint axis of the connection between charging 12th and charging socket 21 is aligned, see Figure 4. Then, a method 620 of the first camera 13 in height Z away from the charging socket 21, wherein the orientation is maintained. In this case, in the case that the first camera 13 is arranged laterally to the charging connector 12 in the transverse direction Y, the method 620 also take place laterally accordingly. Furthermore, the alignment 600 preferably combined with the approach of the charging plug 12 to the charging socket 21 to save time.
  • the method is carried out by a distance which corresponds to the distance of the viewing axis of the first camera 13 to the joining axis of the charging plug 12, which run essentially parallel to one another. This at least nearly parallel alignment of the optical axis of the first camera 13 and the joining axis may favor that the charging socket 21 is completely visible in the detected image when aligning 600.
  • the orientation of the first camera 13 to the joining axis of the charging socket 21 does not have to be identical or ideally parallel to the orientation of the charging plug 12 to the charging socket 21, the remaining Ori ent michsabweichung in the aligned position and orientation of the alignment 600 as the last search position in which the first camera 13 is located exactly in front of the charging socket 21, determined image-based and then taken into account in the method 620 of the first camera 13 in order to align the charging plug 12 with high precision to the charging socket 21 so that no jamming occurs during subsequent joining.
  • the charging socket 12 in the final search position can be oriented significantly rotated relative to the viewing axis of the first camera 13, i. because the vehicle 2 was parked at an angle. As long as the charging socket 12 is completely detected in the camera image, however, the orientation deviation can then be determined and the orientation of the charging plug 12 corrected to the inclination of the vehicle 2 in the process 620 of the end effector 11 before the insertion process is initiated.
  • a merging 700 of the charging plug 12 and the charging socket 21 by means of the robot arm 10 take place.
  • the robot arm 10 has an actuated linear axis on the end effector 11 (not shown), which can move the charging plug 12 along its joining axis to the charging socket 21 and into it, see Figure 6.
  • Hier can be as pure linear movement of the charging plug 12 to the charging socket 21, so that tilting and clamping when merging 700 constructive and thus pos as easy and reliable can be avoided.
  • the charging plug 12 is connected to the charging socket 21, so that now there is an electrically conductive connection, which for charging the rechargeable electrical energy storage of the vehicle 2 can be used.
  • This charging process can now be started, controlled or regulated, for example, by the charging device 1 and also stopped.
  • a repeated optical detection 710a of the charging plug 12 and the charging socket 21 or of the vehicle 2 by means of the first camera 13 can additionally take place. Furthermore, in each case a comparison 720a of a currently acquired image with the preceding detected image can be performed. If it is recognized that there is no or less change in the images than before, it can be concluded that the merging 700 is not carried out as desired, because e.g. the charging plug 12 against the charging socket 21 has jammed or jammed or blocked in any other way. In this case, merge 700 can be aborted and the user alerted. Also, the charging plug 12 can be pulled out of the charging socket 21 and re-inserted.
  • repetitive detection 710b of the distance of the charging plug 12 to the charging socket 21 or to the vehicle 2 during the merging 700 by means of the distance sensor 15 can be performed in parallel. From a respective comparison 720b of the currently detected distance with the previous detected distance, it can also be recognized whether the merging 700 is performed as desired or not.
  • a repetitive optical detection 800a of the charging plug 12 and the charging socket 21 or of the vehicle 2 can be carried out as further images by means of the first camera 13. Furthermore, in each case a comparison 900a of the currently acquired image with or with the preceding captured image can be carried out. In this way, it can be detected whether there are movements of the charging plug 21, the vehicle 2 and or or the robot arm 10, which are excluded in this state by the charging process sen. Nevertheless, if relative movements are detected, an external disturbance can be closed and, for safety reasons, the charging process interrupted and the user alarmed.
  • repeated detection 800b of the distance of the charging plug 12 to the charging socket 21 or to the vehicle 2 in the merged state can take place by means of the distance sensor 15.
  • a comparison 900b of the currently detected distance can be carried out with one or the preceding the detected distance. Also changes in the distance can be concluded on external disturbances of the charging process, as described above.
  • the first camera 13 can also be used, in the merged state, to perform optical detection 800c of the charging plug 12 and the charging socket 21 or of the vehicle 2 as a further image. Then, a comparison 900c of the further image with the second image or with the third image, which were acquired before merging 700, can take place. This comparison makes it possible to check whether the merging 700 has damaged the charging socket 21 or the vehicle 2, which is then damaged, for example. an operator of the charging device 1 and / or the user can be notified.
  • the distance of the charging plug 12 to the charging socket 21 or to the vehicle 2 can be detected by means of the distance sensor 15, wherein the determination 200, 410, 500 of the position of the charging socket 21 or of the vehicle 2 in the first image, in the second image and / or in the third image, taking into account the distance detected by means of the distance sensor 15.
  • the detected distance to the plausibility check of the optically determined position of the charging socket 21 or the resulting remaining distance of the charging plug 12 from the charging socket 21 can also be used. This can increase the safety at the approximation of the charging connector 12 to the charging socket 21 and to the vehicle 2.
  • the determination 200, 410, 500 of the position of the charging socket 21 or of the vehicle 2 in the first image, in the second image and / or in the third image taking into account the previous position change and / or orientation states tion of the robot arm 10 takes place.
  • the respective steps or step changes can be counted and the position and orientation of the end effector 10 or of the charging plug 12 can be calculated via a kinematic model of the robot arm 10. This also makes it possible to carry out a plausibility check of the optically determined position of the charging socket 21 or of the remaining distance of the charging plug 12 resulting therefrom to the charging socket 21.
  • This can improve the image recognition in each case.
  • collision monitoring of the surroundings of the robot arm 10 and of the charging plug 12 can be carried out continuously by means of the first camera 13 and by means of the distance sensor 15. This can increase the security of the implementation of the method steps described above without the need for additional sensors and the like.
  • a collision monitoring of the working space B can take place by means of the second image detection unit 17.
  • a pre-positioning of the charging plug 12 can take place by means of the second image acquisition unit 17, in which the steps 100 to 400 are carried out in advance based on at least one image acquired with the second image acquisition unit 17.
  • the steps 100 to 400 can take place from an already close to the charging socket 21 position of the charging connector 12, which can verbes the quality of the optical image capture means of the first camera 13 fibers.
  • connection of the connection partners can be carried out automatically even with a comparatively large distance between the charging plug 12 and the charging socket 21, in order subsequently to carry out a charging process.
  • this can be done with different positions and or orientations of the vehicle 2 and the charging socket 21 against the charging connector 12.
  • This can be done with comparatively simple and inexpensive means, in particular with regard to the resolution of the first camera 13 by an iterative approach of the first camera 13 together with charging plug 12 to the charging socket 21 takes place until the charging socket 21 with the first camera 13 with comparatively lower Resolution can be detected sufficiently high enough that the merging 700 can be performed.
  • first image capture unit first camera; first stereo camera couple

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses (12) mit einer Aufladeanschlussaufnahme (21) eines Fahrzeugs (2), vorzugsweise eines Landfahrzeugs (2), mit wenigstens den Schritten: erstes optisches Erfassen (100) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) als erstes Bild mittels wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit (13), welche mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich angeordnet ist; Bestimmen (200) der Position der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) basierend auf dem ersten Bild; Verringern (300) des Abstands des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) mittels einer Positionierungseinheit (10); und zweites optisches Erfassen (400) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) als zweites Bild mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13).

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs, insbesondere eines Landfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs vorzugsweise eines Landfahrzeugs, gemäß des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß des Patentan spruchs 17 sowie ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung eines derartigen Verfahrens gemäß des Patentanspruchs 18.
Seit langer Zeit werden Fahrzeuge zu Land, zu Wasser und in der Luft verwendet, um z.B. Personen so wie Gegenstände zu befördern. Haben sich bei den meisten Anwendungen Fahrzeuge mit Verbren nungsmotoren bislang durchgesetzt, so sind von je her auch Fahrzeuge bekannt, deren Antriebe voll ständig oder teilweise mit elektrischer Energie gespeist werden. Dies gilt auch für Landfahrzeuge, bei denen seit langer Zeit z.B. Golfmobile, Elektrokarren und Elektrostapler für spezielle Anwendungen als elektrisch betreibbare Fahrzeuge eingesetzt werden. Dabei geht seit einigen Jahren aufgrund des stei genden Umweltbewusstseins der Trend bei Landfahrzeugen immer mehr zu elektrisch betriebenen Fahr zeugen hin, so dass derartige Busse, Lastkraftwagen und Personenkraftwagen immer mehr zur Serienrei fe entwickelt werden und zunehmend auf den Markt kommen. Derartige Fahrzeuge werden je nach Umsetzung des elektrischen Antriebs bzw. der Speisung des elektrischen Antriebs als Elektrofahrzeuge oder Hybridelektrokraftfahrzeuge bezeichnet.
Bei den elektrisch betreibbaren Landfahrzeugen wie z.B. bei den Bussen, Lastkraftwagen und Personen kraftwagen stellt die begrenzte Reichweite bislang einen großen Nachteil dar. Diese resultiert im We sentlichen aus dem Gewicht, aus der Größe und aus den Kosten der Akkumulatoren als wiederaufladba re elektrische Energiespeicher. Um die Reichweite dieser Fahrzeuge zu erhöhen, muss die Kapazität des elektrischen Speichers vergrößert werden. Dies führt zum Einsatz noch schwererer, größerer und teure rer Akkumulatoren.
Um dieses Gewicht und insbesondere die gestiegenen Kosten zu vermeiden, werden zahlreiche daher elektrisch betreibbare Landfahrzeuge mit wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichern mit ver gleichsweise geringer Kapazität ausgerüstet, was zwar deren Reichweite reduziert, jedoch Gewicht, Platz und Kosten sparen kann. Dies kann für die Kaufentscheidung eines Kunden bislang wichtiger als die Reichweite des Fahrzeugs sein.
Im Umkehrschluss ist es daher erforderlich, den wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher auf grund seiner vergleichsweise geringen Kapazität möglichst häufig wiederaufzuladen, um eine Nutzung des Fahrzeugs mit möglichst vollständiger Aufladung und damit mit möglichst maximaler Reichweite beginnen zu können. Flierzu kann das Fahrzeug z.B. über Nacht zu Flause, während der Arbeitszeit oder während des Einkaufens in einem Parkhaus an eine dort befindliche elektrische Ladestation angeschlos sen werden, um möglichst jede Nutzungsunterbrechung zur Aufladung zu nutzen.
Dies kann jedoch dazu führen, dass ein Benutzer sein Fahrzeug nach jeder Nutzung an eine derartige elektrische Ladestation anschließen sowie vor jeder Nutzung wieder von der elektrischen Ladestation trennen muss. Das Aufladen kann es erfordern, dass der Benutzer zu der elektrischen Ladestation hin geht, ein elektrisches Ladekabel aufnimmt, einen Verschluss des Ladeanschlusses des Fahrzeugs öffnet, den Ladestecker des elektrischen Ladekabels in den Ladeanschluss des Fahrzeugs einführt und somit eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellt, um die Aufladung durchzuführen. Nach Beendigung der Aufladung sind diese Schritte sinngemäß in der umgekehrten Reihenfolge zu wiederholen. Dieser Auf wand und die hierfür erforderliche Zeit können den Benutzer stören und somit einer Anschaffung und Nutzung eines derartigen elektrisch betreibbaren Fahrzeugs entgegenstehen.
Aus diesem Grund werden derzeitig Aufladevorrichtungen entwickelt, um dem Benutzer die zuvor be schriebenen Schritte eines Aufladevorgangs möglichst vollständig abzunehmen. Beispielsweise ist es das Ziel des Verbundprojekts AUTOPLES („Automatisiertes Parken & Laden von Elektrofahrzeug-Systemen"), dass ein elektrisch betreibbares Fahrzeug in Abwesenheit des Benutzers selbststätig innerhalb eines vorbestimmten Aktionsradius wie z.B. innerhalb eines Parkhauses eine elektrische Ladestation anfahren, dort den Ladevorgang durchführen und anschließend bzw. bei Bedarf wieder zum Benutzer zurückfah ren kann. Die entsprechende Ladestation weist ein aktuiertes mechanisches System auf, welches den Ladestecker in der Höhe und in der Breite verfahren sowie zu dem abgestellten Fahrzeug hin ausfahren und von dem abgestellten Fahrzeug weg einfahren kann. Nahe dem Ladestecker ist eine Kamera ange ordnet, welche in Richtung des Ladesteckers schräg ausgerichtet ist. Mittels der Kamera und entspre chender Verfahren zur Bildverarbeitung und Bilderkennung kann der Ladeanschluss des Fahrzeugs op tisch erfasst und erkannt sowie der Ladestecker der Ladestation in diesen eingeführt werden, um selbst tätig eine elektrisch leitfähige Verbindung herzustellen und die Aufladung durchzuführen. Nach Ab schluss des Ladevorgangs kann die Trennung ebenfalls selbsttätig erfolgen.
Ein vergleichbares Ziel verfolgt die Initiative GINKO („Generische Infrastruktur zur nahtlosen energeti schen Kopplung von Elektrofahrzeugen - Chemnitz"), wobei hier ein Ladestecker vom Endeffektor eines sechsachsigen Knickarmrobotors geführt wird. Am Endeffektor ist ebenfalls eine Kamera angeordnet, welche in Richtung des Ladesteckers schräg ausgerichtet ist.
Die DE 10 2012 014 936 Al beschreibt ein Ladesystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Perso nenkraftwagen, mit einem Roboter mit einem Steuermittel, mit einem Krafterfassungsmittel und mit einem an dem Roboter befestigten Stecker, der dazu eingerichtet ist, mit einem fahrzeugseitigen Gegen stecker eine lösbare Steckverbindung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahr zeugs herzustellen. Das Steuermittel ist dazu eingerichtet, mit dem Krafterfassungsmittel zu kommuni zieren und den robotergeführten Stecker auf Basis einer von dem Krafterfassungsmittel ermittelten Kraft mit dem Gegenstecker zu verbinden. Das Ladesystem weist ferner ein, insbesondere roboterge führtes, Positionserfassungsmittel zum Ermitteln einer Position des Gegensteckers auf, wobei das Steu ermittel dazu eingerichtet ist, mit dem Positionserfassungsmittel zu kommunizieren und den roboterge führten Stecker auf Basis einer von dem Positionserfassungsmittel ermittelten Position des Gegen steckers vorzupositionieren. Das Positionserfassungsmittel kann insbesondere ein Bildaufnahme- und - verarbeitungsmittel, insbesondere eine Kamera, vorzugsweise eine CCD-Kamera, und eine Bilderken nung aufweisen, das dazu eingerichtet ist, in einem Kamerabild den Gegenstecker des Kraftfahrzeugs zu identifizieren. Mit anderen Worten kann mittels des Ladesystems der DE 10 2012 014 936 Al eine bild basierte Vorpositionierung des robotergeführten Steckers erfolgen, der sich ein kraftgeführtes Einste cken des robotergeführten Steckers anschließt.
Die DE 10 2015 213 160 Al beschreibt ein vergleichbares System mit einem Roboter zum automatisier ten Stecken eines Ladesteckers in eine Schnittstelle eines Fahrzeugs, wobei in diesem Fall der Roboter zum einen mobil ausgebildet ist und zum anderen den Ladestecker mit einem Aktor ergreifen, in die Schnittstelle einstecken und nach Beendigung des Einsteckvorgangs freigeben kann, um sich an eine andere Position zu bewegen.
Die US 7 999 506 Bl beschreibt ein System, das den Strom automatisch mit minimalem menschlichen Eingreifen unter Verwendung eines automatischen Andocksystems in ein Fahrzeug mit einem wieder aufladbaren elektrischen Energiespeicher einspeist. Das System besteht aus einem Robotermanipulator mit einer Kamera und einer Verarbeitungseinheit. Das System verwendet die Kamera- und Bildverarbei tung, um die Position des Fahrzeugs und folglich die Position des Ladebehälters des Fahrzeugs zu identi fizieren. Der Robotermanipulator lenkt dann den Stecker des Ladekabels in die Aufnahme des Fahr zeugs. Sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist, entfernt der Robotermanipulator den Stecker aus dem Fahrzeug. Es wird eine CCD-Kamera verwendet, welche feststehend an der Basis des Robotermanipula tors oder am Endeffektor angeordnet sein kann. Alternativ wird auch ein LIDAR-System verwendet.
Die US 9 056 555 Bl beschreibt eine robotische Aufladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug, die so be treibbar ist, dass sie automatisch einen elektrischen Aufladeanschluss zum Aufladen des Batteriepakets eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs einsteckt. Wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist, trennt sich das Gerät vom Fahrzeug und entfernt sich vom Fahrzeug. Die robotische Aufladevorrichtung kann sich über einen Untergrund zu dem Elektrofahrzeug selbsttätig bewegen. An einer Basis der robotischen Auf ladevorrichtung ist ein dreigliedriger Arm angeordnet, der an seinem Endeffektor den elektrischen Auf ladeanschluss aufweist. Nahe und beidseitig am elektrischen Aufladeanschluss ist ein Paar von Kameras angeordnet, so dass das Fahrzeug sowie der Verschluss des Ladeanschlusses erkannt werden können.
Alle zuvor beschriebenen Ansätze aus dem Stand der Technik haben gemeinsam, dass alleinig oder teil weise wenigstens eine Kamera, insbesondere wenigstens eine CCD-Kamera, oder wenigstens eine sons tige Bilderfassungseinheit verwendet werden, um ein zweidimensionales Bild einer Ausgangssituation zu erfassen, welches wenigstens einen Teil des Fahrzeugs und dessen Ladebuchse bzw. die Abdeckung der Ladebuchse umfasst. Aus diesem Bild wird dann die Position und die Orientierung der Ladebuchse bzw. dessen Abdeckung erkannt sowie die Entfernung des Ladesteckers bzw. des Endeffektors zum Ladean schluss bestimmt. Hierauf basierend wird anschließend die Trajektorie berechnet, auf welcher der Lade strecker von der Aufladevorrichtung bewegt werden soll, um am Ende der Trajektorie in die Ladebuchse des Fahrzeugs einzugreifen.
Unter Position wird der Ort innerhalb eines kartesischen Koordinatensystems verstanden, an dem sich ein Objekt in einem geometrischen Raum befindet. Unter Positionierung wird das Einnehmen eines kon kreten räumlichen Ortes verstanden. Unter Orientierung wird die Ausrichtung eines Objekts zu den Ach sen des kartesischen Koordinatensystems verstanden. Unter der Einnahme einer Orientierung wird die Veränderung der aktuellen Orientierung durch Drehung um die entsprechenden Achsen des kartesi schen Koordinatensystems in eine gewünschte Orientierung verstanden. Position und Orientierung kön nen gemeinsam als Pose bezeichnet werden.
Problematisch ist hierbei, dass die Karosserien der meisten Fahrzeuge eine dunkle bis sogar schwarze Farbe aufweisen. Auch sind die meisten Ladebuchsen schwarz ausgebildet. Dies gilt üblicherweise eben so für die Auskleidungen der Ladebuchsen. Dies führt bei der Bildverarbeitung bzw. bei der Bilderken nung dazu, dass ein schwarzer und damit kontrastschwacher Ladeanschluss vor einer schwarzen und damit ebenfalls kontrastschwachen Auskleidung erkannt werden soll, welcher zusätzlich von einer dunklen bis schwarzen Karossiere umgeben wird, welche ebenso kontrastschwach ist. Dies kann die optische Erkennung des Ladeanschlusses sehr erschweren. Der geschilderte Umstand kann dadurch weiter erschwert werden, dass sich die Lichtverhältnisse z.B. von direkter Sonneneinstrahlung bis hin zur Dunkelheit bzw. zwischen eingeschalteter und ausgeschalteter Raumbeleuchtung z.B. einer Garage, eines Parkhausdecks etc. signifikant ändern können.
Aufgrund des damit verbundenen geringen Kontrastes der Ladebuchse im erfassten Bild mit Bezug zu seiner Umgebung wird nicht nur die Lokalisation der Ladebuchse im zweidimensionalen Bild zu einer Herausforderung für die Bilderkennung, sondern im Wesentlichen auch die Lokalisierung der Ladebuch se im dreidimensionalen Raum.
Besonders erschwert wird die Lokalisation der Ladebuchse durch den Umstand, dass die Ladebuchse als Zielobjekt üblicherweise aus einem vergleichsweise großen Abstand erkannt werden muss, was zu einer geringen Bildauflösung des relevanten Bereichs, d.h. dier Ladebuchse, führt. Dies beruht darauf, dass sich die Aufladevorrichtung außerhalb seines Betriebs üblicherweise in einem möglichst kompakten Zustand befindet, um Kollisionen mit dem sich nähernden Fahrzeug oder auch mit Personen und derglei chen zu vermeiden. Somit ist sowohl eine ortsfest angeordnete Bilderfassungseinheit als auch eine am Endeffektor mit dieser mitbeweglichen Bilderfassungseinheit zum Zeitpunkt der Bilderfassung maximal zu dem Fahrzeug und dessen Ladebuchse entfernt angeordnet, so dass diese im erfassten Bild ver gleichsweise klein dargestellt wird und somit schwierig zu erkennen ist, insbesondere bei einer kontrast schwachen Situation wie zuvor beschrieben.
Aus der Praxis ergibt sich diesbezüglich die Erkenntnis, dass bei der Verwendung von Bilderfassungsein heiten mit üblichen Bildauflösungen, welche mit einem guten Preis-/Leistungsverhältnis erhältlich sind, eine genaue und robuste Lokalisierung der Ladebuchse als Ladeanschluss hinsichtlich Position und Ori entierung aus einer einzigen Bildaufnahme nur bis zu einer maximalen Entfernung von ca. 50 cm mög lich ist. Ist aufgrund des Parkverhaltens des Benutzers des Fahrzeugs oder aufgrund sonstiger Umstände der Abstand zwischen der Ladebuchse und der Bilderfassungseinheit größer, können die zuvor beschrie benen Aufladevorrichtungen nicht mehr verlässlich eingesetzt werden. Dies kann durch eine hohe Varia tion der Orientierung des Fahrzeugs z.B. durch ein schräges Parken gegenüber der Bilderfassungseinheit noch weiter erschwert werden. Auch kann die Höhe sowie die Orientierung des Fahrzeugs bzw. dessen Ladebuchse in Abhängigkeit der Beladung des Fahrzeugs variieren. Derartige Parksituationen können jedoch häufig, gerade in der heimischen Garage, auftreten, so dass diese Situation für die praktische Umsetzung derartiger Aufladevorrichtungen sehr relevant sein kann.
Um die Bilderfassung eines Bildes der Ladebuchse zu verbessern, können Kameras als Bilderfassungsein heit mit einer möglichst hohen Auflösung verwendet werden, damit die Ladebuchse trotz des vergleichs weise großen Abstands von möglichst vielen Bildpunkten erfasst und durch die Bilderkennung möglichst zuverlässig erkannt werden kann. Dies erfordert jedoch entsprechend teure Technik, so dass die Kosten zur Umsetzung der Aufladevorrichtung deutlich ansteigen können.
Es können auch aufwendigere Bildgebungssysteme bzw. Scansysteme wie z.B. Laserscanner, Tiefenka meras und dergleichen eingesetzt werden, um eine robuste und genaue Detektion der 3D-Objektpose der Ladebuchse, d.h. der Position und Orientierung der Ladebuchse im dreidimensionalen Raum, zu ermöglichen. Dies führt jedoch ebenfalls zu deutlich höheren Kosten zur Umsetzung der Aufladevorrich tung. Alternativ kann die Bilderkennung dadurch unterstützt werden, dass die Ladebuchse als zu erkennendes Zielobjekt künstlich vom Hintergrund abgesetzt bzw. gegenüber dem Hintergrund hervorgehoben wird. Dies kann z.B. durch Marker, einen Kontrastring und dergleichen geschehen, welche am bzw. um die Ladebuchse herum auf der Karosserie des Fahrzeugs sichtbar angebracht werden, sich sehr deutlich vom Hintergrund unterscheiden und somit vergleichsweise einfach für die Bilderkennung zu identifizieren sind. Dies führt jedoch zu einer optischen Veränderung des Fahrzeugs zumindest im Bereich der Lade buchse bzw. dessen Abdeckung, was vom Benutzer aus ästhetischen Gründen nicht gewünscht sein kann. Dies kann nicht nur aus ästhetischen Gründen sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen ein Nachteil sein. Ein derartiger Kontrastring könnte für alle bestehenden bzw. kurz vor der Auslieferung stehenden Fahrzeuge nachgerüstet werden müssen. Auch würde es bei den Ladebuchsenherstellern erfordern, die Entwicklung sowie Produktion derartiger Ladebuchsen innerhalb der nächsten Jahre um zurüsten, eventuell sogar Ladebuchsen mit und ohne Kontrastring anbieten zu müssen. Dies könnte zu einem zusätzlichen Aufwand mit entsprechenden zusätzlichen Kosten führen.
Auch kann die Aufladevorrichtung um zusätzliche Beleuchtungselemente ergänzt werden, um die Quali tät des erfassten Bildes zu verbessern und damit die Bilderkennung zu unterstützen. Dies bedeutet je doch ebenfalls einen zusätzlichen Aufwand mit entsprechenden Kosten. Ferner kann eine zusätzliche Ausleuchtung der Karosserie des Fahrzeugs auch zu zusätzlichen Reflexionen führen, welche sich eher störend als förderlich auf die Bilderfassung und Bilderkennung auswirken können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs be schriebenen Art bereitzustellen, so dass die zuvor beschriebenen Nachteile reduziert oder vermieden werden können. Insbesondere soll ein Aufladevorgang auch bei einem vergleichsweise großen Abstand zwischen der Aufladevorrichtung und dem Fahrzeug bzw. dessen Ladebuchse selbsttätig durchgeführt werden können. Zusätzlich oder alternativ soll dies auch für möglichst unterschiedliche Positionierungen und bzw. Orientierungen des Fahrzeugs bzw. dessen Ladebuchse gegenüber der Aufladevorrichtung erfolgen können. Insbesondere soll dies möglichst einfach, zuverlässig und bzw. oder kostengünstig er folgen können. Dies soll insbesondere für ein Landfahrzeug erfolgen. Zumindest soll eine Alternative zu derartigen bekannten Verfahren und Vorrichtungen geschaffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 sowie durch ein Computerpro grammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladean schlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Landfahrzeugs. Der Aufladeanschluss kann auch als Ladestecker und die korrespondierende Aufladeanschlussaufnahme auch als Ladebuchse oder Gegenstecker bezeichnet werden. Unter selbsttätig ist dabei das Verbinden eines Aufladeanschlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs vollkommen oder wei testgehend ohne die Unterstützung eines Benutzer zu verstehen; beispielsweise kann das Auslösen die ses Verfahrens durch den Benutzer erfolgen, dass Verfahren an sich kann dann jedoch ohne das Mitwir ken des Benutzers durchgeführt werden. Das Fahrzeug kann jegliche Art von Fahrzeug sein, insbesonde re jegliche Art von Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Raumfahrzeug oder Wasserfahrzeug. Vorzugsweise ist die vorliegende Erfindung jedoch auf ein Landfahrzeug wie z.B. einen Bus, einen Lastkraftwagen oder einen Personenkraftwagen ausgerichtet.
Unter einem Verbinden wird das Herstellen einer Verbindung zwischen einem Aufladeanschluss einer entsprechenden Vorrichtung, wie weiter unten noch beschrieben werden wird, und einer korrespondie renden Aufladeanschlussaufnahme des Fahrzeugs derart verstanden, dass ein Energiespeicher des Fahr zeugs mittels einer Energie aufgeladen bzw. aufgefüllt werden kann. Diese Energie kann z.B. eine elektri sche Energie aber auch ein Fluid wie eine Flüssigkeit wie z.B. Kerosin, Öl, Diesel oder Ottokraftstoff oder ein Gas sein. Der Energiespeicher kann in Abhängigkeit der aufzunehmenden Energie ein wiederauflad barer Akkumulator oder ein Flüssigkeitstank bzw. ein Gastank sein. Der Aufladeanschluss und die Aufla deanschlussaufnahme können in Abhängigkeit der zu übertragenden Energie ein elektrischer Stecker und eine korrespondierende elektrische Steckeraufnahme oder ein Tankstutzen und eine Tanköffnung sein. Vorzugsweise ist die vorliegende Erfindung jedoch auf die elektrische Aufladung wenigstens eines wiederaufladbaren elektrischen Akkumulators eines Landfahrzeugs ausgerichtet, so dass ein Ladeste cker als Aufladeanschluss und eine Ladebuchse oder ein Gegenstecker als Aufladeanschlussaufnahme verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist wenigstens die Schritte auf:
• erstes optisches Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs als erstes Bild mittels wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit, welche mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich angeordnet ist,
• Bestimmen der Position der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Bild,
• Verringern des Abstands des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug mittels einer Positionierungseinheit, und
• zweites optisches Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs als zweites Bild mittels der ersten Bilderfassungseinheit.
Als erste Bilderfassungseinheit kann vorzugsweise eine Kamera wie z.B. eine CCD-Kamera verwendet werden. Vorzugsweise wird genau eine Bilderfassungseinheit und insbesondere genau eine Kamera verwendet, um die Umsetzung des Verfahrens möglichst einfach und kostengünstig zu ermöglichen. Darunter, dass die erste Bilderfassungseinheit mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich angeordnet ist, ist zu verstehen, dass Bewegungen der Positionierungseinheit, welche sich auf die Position und bzw. oder auf die Orientierung des Aufladeanschlusses auswirken, sich ebenso auf die Position und bzw. oder auf die Orientierung der ersten Bilderfassungseinheit auswirken. Vorzugsweise ist die erste Bilderfas sungseinheit daher möglichst nahe an und feststehend mit dem Aufladeanschluss angeordnet, so dass eine gemeinsame Bewegung vorzugsweise aufgrund einer feststehenden oder trennbaren mechani schen Kopplung von erster Bilderfassungseinheit und Aufladeanschluss erfolgen kann. Insbesondere können die erste Bilderfassungseinheit und der Aufladeanschluss gemeinsam an einem Endeffektor der Positionierungseinheit angeordnet sein, um eine gemeinsame Bewegung zu ermöglichen. Vorzugsweise ist der Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit dabei auf den Aufladeanschluss sowie den Bereich entlang einer Längsachse des Aufladeanschlusses vor diesem ausgerichtet, so dass der Auflade anschluss und die Aufladeanschlussaufnahme bzw. das Fahrzeug von der ersten Bilderfassungseinheit optisch erfasst werden können. Insbesondere kann die Blickrichtung der ersten Bilderfassungseinheit möglichst der Fügerichtung bzw. der Fügeachse des Aufladeanschlusses entsprechen, um möglichst di rekt in die Richtung des Zusammenführens des Aufladeanschlusses und der Aufladeanschlussaufnahme das optische Erfassen ausführen zu können. Vorzugsweise kann die erste Bilderfassungseinheit mög lichst nahe am Aufladeanschluss angeordnet und mit ihrer Blick- bzw. Erfassungsrichtung sowohl in Rich tung der Längsachse des Aufladeanschlusses als Fügeachse als auch parallel zu dieser ausgerichtet sein, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
Die erste Bilderfassungseinheit kann jedoch auch wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Kameras aufweisen, so dass eine stereokopische Bilderfassung ermöglicht werden kann. Dies kann die Bestim mung einer Tiefeninformationen aus zwei zeitgleich aufgenommenen Bildern ermöglichen, welche zu mindest im Wesentlichen in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. Unter Berücksichtigung der Tiefeninfor mation kann eine deutlch genauere und robustere Tiefenschätzung und damit auch das Bestimmen der Position der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Bild, welches aus den beiden zeitgleich aufgenommenen Bildern der beiden Kameras gebildet wird, verbes sert werden. Werden als Kameras zwei vergleichsweise preisgünstige Kameras mit geringer Auflösung verwendet, so kann der Kostenanstieg durch die Verwendung der zweiten Kamera der ersten Bilderfas sungseinheit gering gehalten werden. Auch kann die Bildverarbeitung weiterhin mit vergleichsweise geringer Computerleistung umgesetzt werden. Auch kann die erste Bilderfassungseinheit als Multiview- Kamera ausgebildet sein, d.h. mehr als zwei einzelne Kameras aufweisen.
Unter einer Positionierungseinheit werden jegliche Möglichkeiten verstanden, die Position des Auflade anschlusses im Raum zumindest zweidimensional, vorzugsweise dreidimensional, zu verändern. . Vor zugsweise kann ferner die Orientierung des Aufladeanschlusses im Raum zumindest zweidimensional, vorzugsweise dreidimensional, verändert werden. Insbesondere können als eine Positionierungseinheit angetriebene serielle Kinematiken wie z.B. ein Knickarmroboter und dergleichen verwendet werden, welche den Aufladeanschluss, vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Bilderfassungseinheit, bewegen können. Die Positionierungseinheit kann feststehend angeordnet sein, z.B. durch die feste Anordnung auf einem Untergrund, an einer Wand, an einer Säule, unter einer Decke und dergleichen. Alternativ kann die Positionierungseinheit auch als Ganzes auf einem Untergrund beweglich ausgebildet sein, um einen größeren Aktionsradius zu erhalten und z.B. mehr als ein Fahrzeug erreichen zu können. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, falls der Aufladeanschluss lösbar an der Positionierungseinheit ange ordnet ist, so dass die Positionierungseinheit nach erfolgter Verbindung eines ersten Aufladeanschlusses mit der Aufladeanschlussaufnahme eines ersten Fahrzeugs einen zweiten Aufladeanschluss aufnehmen und das erfindungsgemäße Verfahren mit der Aufladeanschlussaufnahme eines zweiten Fahrzeugs er neut durchführen kann. Dies kann die Flexibilität der Nutzung der Positionierungseinheit erhöhen und die Kosten weiter reduzieren.
Der Aufladeanschluss und vorzugsweise auch die erste Bilderfassungseinheit ist bzw. sind vorzugsweise an einem Endeffektor der Positionierungseinheit angeordnet, was durch eine lösbare aber feste Verbin dung ebenso umgesetzt werden kann wie das Ergreifen des Aufladeanschlusses durch einen Greifer oder dergleichen des Endeffektors. Letzteres hat den Vorteil, dass der Aufladeanschluss sowohl von der Positionierungseinheit als auch von einem Benutzer gehandhabt werden kann, so dass ein derartiger Aufladeanschluss zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden kann, was die Kosten einer entsprechenden Vorrichtung gegenüber einem in die Vorrichtung integrierten Aufladean schluss reduzieren kann. Ferner können, wie zuvor beschrieben, mehrere Aufladeanschlüsse nach einan der von derselben Positionierungseinheit gehandhabt werden, um das erfindungsgemäße Verfahren mit ein und derselben Positionierungseinheit mehrfach durchführen zu können. Andererseits kann ein der artiger in die Vorrichtung integrierter Aufladeanschluss die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfah rens durch die dauerhafte und definierte Verbindung zwischen der Positionierungseinheit und dem Auf ladeanschluss einfacher, robuster und bzw. oder sicherer machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bisher bei derartigen Verfahren lediglich ein einziges optisches Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs als erstes Bild mittels wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit erfolgt. Basierend auf diesem einzigen Bild erfolgt dann ein Bestimmen der Position und der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme. An schließend wird die Aufladeanschlussaufnahme mittels einer einzigen Bewegung möglichst direkt ange fahren, vorzugsweise in Richtung der initial erkannten Aufladeanschlussaufnahme, und die Verbindung zwischen dem Aufladeanschluss und der Aufladeanschlussaufnahme hergestellt. Dies erfordert, wie eingangs beschrieben, eine entsprechend hohe Qualität des einzigen erfassten Bildes, um auch aus einer anfänglich vergleichsweise großen Entfernung der ersten Bilderfassungseinheit bzw. des Aufladean schlusses die Aufladeanschlussaufnahme sicher optisch erfassen, erkennen und in der richtigen Orientie- rung anfahren zu können. Dies führt in der Praxis zu den eingangs beschriebenen Schwierigkeiten sowie Kosten, um dies zumindest unter idealisierten Bedingungen zu realisieren. Für einen wirtschaftlichen Einsatz und eine Akzeptanz des Benutzer fehlt es jedoch bisher an einer ausreichenden Robustheit der Bestimmung der Position und der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme sowie sind die Kosten zu hoch.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es daher, zuerst lediglich eine Bestimmung der Positi on der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Bild vorzu nehmen und den Aufladeanschluss samt erster Bilderfassungseinheit mittels der Positionierungseinheit dann näher an die Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder das Fahrzeug heranzubewegen. Flierdurch kann der Abstand der ersten Bilderfassungseinheit, welche ja mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich ist, zur Aufladeanschlussaufnahme bzw. zum Fahrzeug verringert werden. Das Verringern des Abstands erfolgt zum einen so weit, dass das zweite Bild eine größere Darstellung der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs aufweist, zum anderen jedoch so gering, dass eine Kollision des Aufladean schlusses, der ersten Bilderfassungseinheit und bzw. oder der Positionierungseinheit mit der Aufladean schlussaufnahme und bzw. oder mit dem Fahrzeug sicher vermieden werden können.
Somit werden die Aufladeanschlussaufnahme bzw. das Fahrzeug im zweiten Bild größer dargestellt und sind damit auch durch die Bilderkennung zuverlässiger zu erkennen. Mit anderen Worten kann durch die Reduzierung des Detektionsabstands eine Reduzierung des auflösungsbedingten Detektionsfehlers der Aufladeanschlussaufnahme erfolgen. Auf diese Art und Weise kann die Robustheit und Verlässlichkeit der Bilderkennung und der hierauf basierenden weiteren Schritte verbessert werden, ohne die Kosten der Vorrichtung und insbesondere ohne die Kosten für die erste Bilderfassungseinheit zu erhöhen, da auf vergleichsweise aufwendige und damit teure Bildgebungssysteme bzw. Scansysteme wie z.B. Lasers canner, Tiefenkameras und dergleichen verzichtet werden kann. Vielmehr können Bilderfassungseinhei ten mit üblichen Bildauflösungen, welche zu einem guten Preis-/Leistungsverhältnis erhältlich sind, ver wendet werden, um eine genaue und robuste Lokalisierung eines Ladeanschlusses aus einer einzigen Bildaufnahme zu ermöglichen. Dies kann es beispielsweise ermöglichen, als erste Bilderfassungseinheit eine kostengünstige CCD-Kamera mit einer Auflösung gemäß des VGA-Standards von lediglich 640x480 Pixeln oder etwas besser mit 800x600 Pixeln verwenden zu können, was die Kosten der ersten Bilderfas sungseinheit deutlich reduzieren und dennoch eine erfolgreiche Durchführung des selbsttätigen Verbin dens eines Aufladeanschlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs ermöglichen kann. Ein weiterer Vorteil einer vergleichsweise geringen Bildauflösung kann auch die Reduzierung der Re chenlast bei der Detektion sein, was zu deutlich höheren Detektionsraten als bei der Verwendung einer höheren Auflösung führen kann. Damit kann der Steckvorgang auch deutlich schneller ablaufen, da kür zere Stillstandszeiten für die Bildaufnahmen der Detektion erforderlich sind. Dies kann es vermeiden, dass eine eine Unzufriedenheit beim Benutzer durch Warten erzeugt wird. Daher kann es in diesem Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens auch ausreichend sein, dass Fahr zeug und ggfs den Bereich des Fahrzeugs, in dem die Aufladeanschlussaufnahme zu erwarten ist, zu erkennen, ohne die Aufladeanschlussaufnahme selbst zu erkennen. In diesem Fall kann eine Annähe rung des Aufladeanschlusses samt erster Bilderfassungseinheit zumindest an diesen Bereich des Fahr zeugs erfolgen, um anschließend die Aufladeanschlussaufnahme im zweiten Bild erkennen zu können. Aufgrund der nahen Positionierung und Ausrichtung der ersten Bilderfassungseinheit an dem Aufladean schluss ist es möglich, den Aufladeanschluss möglichst nah für die finale hochgenaue, bildgestützte Posi tionsmessung der Aufladeanschlussaufnahme anzufahren, um so die verbleibende Distanz zum anschlie ßenden Zusammenführen von Aufladeanschluss und Aufladeanschlussaufnahme zu minimieren. Dies kann gleichzeitig den Einfluss der Ungenauigkeiten der Positionsbestimmung der Positionierungseinheit minimieren.
Weiterhin ist es aufgrund der Ungenauigkeiten der ersten Bilderfassungseinheit insbesondere bei der Bestimmung der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme denkbar, das Anfahren der finalen Positi on lediglich auf Basis der detektierten Position der Aufladeanschlussaufnahme aber ohne Berücksichti gung der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme durchzuführen. Flierdurch kann sichergestellt werden, dass sich die Aufladeanschlussaufnahme in der finalen Suchposition im Sichtfeld der ersten Bilderfassungseinheit befindet und nicht durch Ungenauigkeiten der vorherigen Orientierungsbestim mung aus dem Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit gerät, was zu einem Abbruch des Suchvorgangs führen könnte.
Vorzugsweise kann ein optisches Erfassen wenigstens eine zweifach wiederholende optische Messung bei gleichbleibender Suchposition umfassen, sodass eine Steigerung der Detektionsgenauigkeit und bzw. oder der Detektionsrobustheit, etwa durch Mittelwertfilterung über mehrere Messungen, erreicht wer den kann..
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt das erste optische Erfassen der Aufladean schlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs bei einem anfänglichen Abstand des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug. Auf diese Art und Weise kann die Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens begonnen werden, wenn die entsprechende Vorrichtung möglichst weit von der Aufladeanschlussaufnahme bzw. dem Fahrzeug entfernt ist, um eine Kollision des Aufladeanschlusses, der ersten Bilderfassungseinheit und bzw. oder der Positionierungseinheit mit der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder mit dem Fahrzeug sicher vermeiden zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die weiteren Schritte auf: • Bestimmen der Position der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs basierend auf dem zweiten Bild,
• erneutes Verringern des Abstands des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug mittels der Positionierungseinheit, und
• drittes optisches Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs als drit tes Bild mittels der ersten Bilderfassungseinheit.
Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass z.B. aufgrund einer ver gleichsweise geringen Auflösung der ersten Bilderfassungseinheit ein erster Annäherungsschritt an die Aufladeanschlussaufnahme bzw. an das Fahrzeug noch nicht ausreichen kann, um in dem zweiten Bild den Aufladeanschluss ausreichend genau zu erkennen, wie es für das Verbinden erforderlich ist. Daher kann eine iterative schrittweise Annäherung des Aufladeanschlusses samt erster Bilderfassungseinheit an die Aufladeanschlussaufnahme in zwei oder auch mehr Schritten erfolgen bis ein Bild erfasst werden kann, welches eine ausreichende Qualität aufweist, so dass basierend auf diesem Bild die weiteren Schritte wie z.B. ein Ausrichten der Orientierung des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme durchgeführt werden können, um das Verbinden durchführen zu können, wie im Folgenden näher be schrieben werden wird. Diese Verfahrensschritte können somit je nach Anwendungsfall auch mehrfach wiederholt werden. Iterativ kann dabei auch kontinuierlich umfassen, d.h. eine Detektion erfolgt simul tan zur Bewegung des Endeffektors.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung geht dem ersten optischen Erfassen und bzw. oder dem zweiten optischen Erfassen und bzw. oder dem dritten optischen Erfassen ein Verändern der Position und bzw. oder der Orientierung der ersten Bilderfassungseinheit gegenüber der Aufladean schlussaufnahme und bzw. oder dem Fahrzeug mittels der Positionierungseinheit voran und bzw. oder folgt diesem nach. Auf diese Art und Weise kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass z.B. aufgrund von Reflexionen, von Sonneneinstrahlung und dergleichen eine Position der ersten Bilderfas sungseinheit, aus der ein Bild erfasst werden soll, hierfür ungeeignet sein kann. Schlägt die Detektion des Aufladeanschlusses fehl, d.h. dieser wird in dem aktuell erfassten Bild nicht erkannt, so kann die Position und bzw. oder die Orientierung der ersten Bilderfassungseinheit gegenüber der Aufladean schlussaufnahme und bzw. oder dem Fahrzeug mittels der Positionierungseinheit selbsttätig so oft ver ändert und das Erfassen des Bildes jeweils wiederholt werden, bis ein Bild mit einer ausreichenden Qua lität erfasst werden kann, welches dann als erstes, zweites oder drittes Bild verwendet werden kann.
Mit anderen Worten kann das Erfassen des Bildes jeweils wiederholt werden bis die Aufnahme eines Bild in ausreichender Qualität erfolgt ist, dass eine erfolgreiche Detektion des Aufladeanschlusses, insbe sondere hinsichtlich seiner Orientierung, möglich ist. Diese Änderungen der Position und bzw. oder der Orientierung der ersten Bilderfassungseinheit können vorzugsweise durch Seitwärtsbewegungen, Bewe gungen in der Flöhe sowie durch Schwenkbewegungen erfolgen, um hierdurch den Abstand zur Auflade- anschlussaufnahme bzw. zum Fahrzeug gar nicht bzw. nur unwesentlich zu verändern und hierdurch Kollisionen zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den weiteren Schritt auf:
• Bestimmen der Position und der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme basierend auf dem zweiten Bild oder basierend auf dem dritten Bild.
Ausgehend davon, dass z.B. als zweites bzw. als drittes Bild ein Bild mit einer Qualität erfasst werden konnte, welche neben der Bestimmung der Position der Aufladeanschlussaufnahme auch die Bestim mung der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme verlässlich ermöglicht, kann nun erstmalig auch diese Information aus dem zweiten bzw. aus dem dritten Bild gewonnen werden. Hierdurch können nun alle Informationen in ausreichender Qualität vorliegen, um das Verbinden durchführen zu können.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Abstand des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug mittels wenigstens eines Abstandssensors er fasst, welcher mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich angeordnet ist, wobei das Bestimmen der Positi on und bzw. oder der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs in dem ersten Bild und bzw. oder in dem zweiten Bild und bzw. oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung des mittels des Abstandssensors erfassten Abstands erfolgt. Als Abstandssensor kann vorzugsweise ein Ultraschallsensor verwendet werden, so dass die Umsetzung dieser zusätzlichen Funktion einfach, ver lässlich und bzw. oder kostengünstig erfolgen kann.
Dabei liegt diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass mittels eines mit dem Aufladeanschluss mitbeweglichen Abstandssensors der Abstand zwischen dem Aufladeanschluss und der Aufladeanschlussaufnahme bzw. dem Fahrzeug zusätzlich erfasst werden kann. Somit kann die Einhaltung eines ausreichenden Abstands des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme bzw. zum Fahrzeug einfach, verlässlich und bzw. oder kostengünstig überwacht werden, um Kollisionen des Aufladeanschlusses mit der Aufladeanschlussaufnahme bzw. mit dem Fahrzeug möglichst sicher zu ver meiden.
Dabei kann der Abstand zwischen dem Aufladeanschluss und der Aufladeanschlussaufnahme bzw. dem Fahrzeug, welcher sich aus der Bilderkennung des jeweiligen Bildes ergibt, mit dem Abstand zwischen dem Aufladeanschluss und der Aufladeanschlussaufnahme bzw. dem Fahrzeug verglichen werden, wel cher von dem Abstandssensor erfasst wird. Durch diesen Vergleich der Daten kann die Prozesssicherheit erhöht werden, um eine Kollision des Aufladeanschlusses mit der Aufladeanschlussaufnahme bzw. mit dem Fahrzeug möglichst sicher zu vermeiden. Auch kann dies durch die Redundanz der Abstandsinfor- mation im Sinne eines Ausfallschutzes sichergestellt werden, falls entweder die erste Bilderfassungsein heit oder der Abstandsensor ausfallen sollte. Insbesondere kann der Ausfall bzw. die Fehlerhaftigkeit der ersten Bilderfassungseinheit oder des Abstandssensors überhaupt und sogar frühzeitig erkannt werden, falls die beiden Abstandsinformationen zu deutlich voneinander abweichen. Dies kann die Sicherheit des Verfahrens erhöhen, da in diesem Fall das erfindungsgemäße Verfahren unterbrochen und ein Benutzer alarmiert werden kann.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt das Bestimmen der Position und bzw. oder der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs in dem ersten Bild und bzw. oder in dem zweiten Bild und bzw. oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung der bisheri gen Positionsänderung und bzw. oder Orientierungsänderung der Positionierungseinheit. Zu diesem Zweck können die zuvor durchgeführten Bewegungen der Antriebe der Positionierungseinheit seit Be ginn des Verfahrens erfasst und mittels eines Modells der bekannten Kinematik der Positionierungsein heit die aktuelle Position und bzw. oder Orientierung des Aufladeanschlusses samt erster Bilderfas sungseinheit gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme als Referenzkoordinatensystem berechnet wer den. Bei der Verwendung von Schrittmotoren können beispielsweise die Schritte mitgezählt werden, so dass diese Information sehr einfach und direkt gewonnen werden kann. Diese Position und bzw. oder Orientierung des Aufladeanschlusses und der ersten Bilderfassungseinheit können dann mit der Position und bzw. oder Orientierung des Aufladeanschlusses samt erster Bilderfassungseinheit, welche sich aus der Bilderkennung ergibt, verglichen werden, um die Plausibilität des Ergebnisses der Bilderkennung durchführen zu können. Weichen dabei die beiden Positionen und bzw. oder Orientierungen zu deutlich voneinander ab, so kann in diesem Fall das Verfahren unterbrochen und ein Benutzer alarmiert werden. Dies kann die Sicherheit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöhen. Liegen zusätz lich Informationen eines Abstandssensors vor, wie zuvor beschrieben, so können auch diese Informatio nen zur Plausibilitätsprüfung bzw. als Ausfallschutz berücksichtigt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt wenigstens ein optisches Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs, vorzugsweise jedes optische Erfassen der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs, unter Beleuchtung der Aufladeanschlussauf nahme und bzw. oder des Fahrzeugs mittels wenigstens einer Beleuchtungseinheit, welche vorzugswei se mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich angeordnet ist. Auf diese Art und Weise kann ein höherer und im Idealfall gleichbleibender Kontrast im Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit er reicht werden, wodurch die Qualität der Bilderfassung und Bilderkennung verbessert werden können. Dies kann die Detektionsgenauigkeit der Aufladeanschlussaufnahme bzw. des Fahrzeugs erhöhen. Dabei die Beleuchtungseinheit mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich anzuordnen, kann es begünstigen, dass der Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit sicher ausgeleuchtet wird, ohne dessen Umgebung mitausleuchten zu müssen, was einen zusätzlichen Aufwand ohne Nutzen darstellen könnte. Dies kann somit die Kosten und den Aufwand zur Umsetzung der Beleuchtungseinheit gering halten. Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinheit außermittig am Endeffektor angebracht. Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinheit wenigstens zwei LEDs, welche aufgrund ihrer Leistungsstärke bei gleichzeitig günstigen Kosten verwendet werden können. Insbesondere bei dunklen Lichtverhältnissen ist der Ein satz einer Beleuchtungseinheit als Lichtquelle vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die weiteren Schritte auf:
• Ausrichten des Aufladeanschlusses gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme mittels der Posi tionierungseinheit, und
• Zusammenführen des Aufladeanschlusses und der Aufladeanschlussaufnahme mittels der Posi tionierungseinheit.
Unter einem Ausrichten ist zu verstehen, dass der Aufladeanschluss zum einen entlang einer Füge- oder Verbindungsachse gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme positioniert und zum anderen hinsichtlich seiner Orientierung derart um die Füge- oder Verbindungsachse gedreht wird, dass das anschließende Zusammenführen als Verbinden mittels einer geradlinigen Bewegung entlang der Füge- oder Verbin dungsachse erfolgen kann. Hierdurch kann eine Verbindung bzw. ein Zusammenführen erreicht und ein Verklemmen und Verkanten möglichst vermieden werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist das Ausrichten des Aufladeanschlusses gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme die Teilschritte auf:
• Ausrichten der ersten Bilderfassungseinheit gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme, und
• Verfahren der ersten Bilderfassungseinheit, vorzugsweise in der Höhe, von der Aufladean
schlussaufnahme weg, so dass der Aufladeanschluss orientiert vor der Aufladeanschlussaufnah me positioniert wird.
Auf diese Art und Weise kann ein Zwischenschritt vor dem Zusammenführen vorgenommen werden, um das Zusammenführen zu erleichtern bzw. sicherzustellen. So kann zunächst die erste Bilderfassungsein heit, welche ja mit dem Aufladeanschluss mitbeweglich ist, so gegenüber der Aufladeanschlussaufnah me ausgerichtet, d.h. positioniert und orientiert, werden, wie dies der Aufladeanschluss für das Zusam menführen ausführen muss. Hierdurch kann die Aufladeanschlussaufnahme nach dem Ausrichten als Ausgleichsbewegung vollständig im Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit sichtbar sein, so dass die Aufladeanschlussaufnahme vollständig optisch als Bild erfasst werden kann. In diesem Zustand ist der Aufladeanschluss zur ersten Bilderfassungseinheit beabstandet abseits der Aufladeanschlussauf nahme positioniert und kann beliebig ausgerichtet sein. Vielmehr wird in diesem letzten Detektions- schritt eine möglichst genaue Bestimmung der finalen Orientierung des Aufladeanschlusses vorgenom men, welche dann zur finalen Ausrichtung des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme ver wendet wird. Die Orientierung des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme vor und nach der Ausgleichsbewegung kann identisch sein, wird dies jedoch üblicherweise nicht sein. Die Ausgleichsbewe gung kann auch simultan zum Anfahren der Aufladeanschlussaufnahme hin erfolgen, d.h. der Endeffek tor kann direkt in der Position zum Stehen kommen, welche auch aus der Ausgleichsbewegung resultie ren würde. Dies kann die Durchführung des Verfahrens beschleunigen.
Das Bestimmung der finalen Orientierung des Aufladeanschlusses gegenüber der Aufladeanschlussauf nahme kann dadurch erreicht werden, dass der feste kinematische Zusammenhang zwischen der ersten Bilderfassungseinheit und dem Aufladeanschluss bekannt ist. Insbesondere kann dies dadurch erleich tert werden, dass eine Blickachse der ersten Bilderfassungseinheit parallel zu einer Füge- oder Verbin dungsachse des Aufladeanschlusses ausgerichtet ist. Dies kann die Ausrichtung des Aufladeanschlusses gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme vereinfachen bzw. die Qualität der Ausrichtung erhöhen, um ein Verklemmen und Verkanten beim Zusammenführen möglichst zu vermeiden. Zum Verfahren z.B. in der Höhe an eine entsprechende aktuierte Z-Achse der entsprechenden Vorrichtung verwendet werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt das Zusammenführen des Aufladean schlusses und der Aufladeanschlussaufnahme mittels einer linearen Bewegung des Aufladeanschlusses, wobei die lineare Bewegung des Aufladeanschlusses vorzugsweise mittels einer aktuierten Linearachse der Positionierungseinheit erfolgt. Dies kann das Zusammenführen vereinfachen um insbesondere ein Verklemmen und Verkanten hierbei möglichst zu vermeiden. Dies kann vorzugsweise bei gleichzeitiger Feststellung bzw. Fixierung der übrigen Achsen und Antriebe der Positionierungseinheit erfolgen, um deren Einflüsse auf die Bewegung des Zusammenführens auszuschließen.
Das Zusammenführen dabei mittels einer zusätzlichen aktuierten Linearachse der Positionierungseinheit auszuführen kann dahingehend vorteilhaft sein, dass bei einer rein eindimensionalen Bewegung weniger Abweichungen in der Positionierung und in der Orientierung auftreten können als bei einer mehrdimen sionalen Bewegung im Raum, welche durch die Positionierungseinheit als Ganzes ausgeführt werden könnte. Insbesondere bei einer mehrachsigen Kinematik und insbesondere bei einem sechsachsigen Knickarmroboter kann eine derartige kombinierte Bewegung mehrerer Achsen und Antriebe zur Durch führung einer linearen Bewegung zum Zusammenführen von Aufladeanschluss und Aufladeanschluss aufnahme zu starken Abweichungen in der Positionierung und in der Orientierung des Aufladeanschlus ses führen, gerade bei einer weit von der Basis der Positionierungseinheit ausgestreckten Position des Endeffektors mit dem Aufladeanschluss. Dies kann durch eine zusätzliche aktuierte Linearachse der Posi tionierungseinheit vermieden werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die weiteren Schritte auf:
• wiederholendes optisches Erfassen des Aufladeanschlusses und bzw. oder der Aufladeanschluss aufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs während des Zusammenführens mittels der ersten Bil derfassungseinheit, und
• jeweils Vergleichen eines aktuell erfassten Bildes mit einem vorangehend erfassten Bild, vor zugsweise mit dem vorangehend erfassten Bild, und bzw. oder
• wiederholendes Erfassen des Abstands des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug während des Zusammenführens mittels wenigstens eines Ab standssensors, welcher vorzugsweise mit dem Aufladeanschluss angeordnet ist, und
• jeweils Vergleichen des aktuell erfassten Abstands mit einem vorangehend erfassten Abstand, vorzugsweise mit dem vorangehend erfassten Abstand.
Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Informationen erfasst werden können, um den Vorgang des Zusammenführens zu überwachen und Störungen zu erkennen. Dies kann zum einen mittels der ersten Bilderfassungseinheit erfolgen, indem während des Zusammen führens fortlaufend bzw. in regelmäßigen zeitlich nahe beieinander liegenden Abständen Bilder des Aufladeanschlusses und bzw. oder der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs erfasst und miteinander verglichen werden. Wird bei diesem Vergleich festgestellt, dass trotz der andauernden Bewegung des Zusammenführens keine optische Veränderung der erfassten Bilder zueinander stattfin det, so kann darauf geschlossen werden, dass das Zusammenführen z.B. durch Verkanten oder Verklem men blockiert und nicht wie beabsichtigt durchgeführt wird. Das Zusammenführen kann dann abgehal ten, ggfs, sogar abgebrochen und rückgängig gemacht sowie der Benutzer informiert werden.
Dies kann zusätzlich oder alternativ mittels eines Abstandssensors durchgeführt werden, wobei in die sem Fall die Reduzierung des Abstands betrachtet wird. Findet trotz der andauernden Bewegung des Zusammenführens keine Reduzierung des Abstands statt, so kann auch hierauf basierend darauf ge schlossen werden, dass das Zusammenführen z.B. durch Verkanten oder Verklemmen blockiert und nicht wie beabsichtigt durchgeführt wird. Werden beide Zustandsveränderung erfasst, so können diese auch miteinander verglichen werden, um die Plausibilität der hieraus gezogenen Rückschlüsse zu über prüfen sowie um einen Ausfallschutz dieser Funktion durch die jeweils andere Zustandserfassung bereit zustellen.
Gleichzeitig können z.B. die Motorströme derjenigen Antriebe der Positionierungseinheit betrachtet werden, welche an dem Vorgang des Zusammenführens beteiligt sind. Steigt wenigstens ein Motor strom an, ohne dass gleichzeitig eine Bewegung des Aufladeanschlusses und bzw. oder eine Reduzierung des Abstands erkannt werden kann, kann auch auf diese Art und Weise eine Blockade des Aufladean- Schlusses erkannt und hierauf reagiert werden. Auch kann diese Information zur Überprüfung der Plausi bilität der anderen Zustandsveränderungen sowie als Ausfallschutz herangezogen werden, wie zuvor be schrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die weiteren Schritte auf:
• wiederholendes optisches Erfassen des Aufladeanschlusses und bzw. oder der Aufladeanschluss aufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs im zusammengeführten Zustand als weitere Bilder mit tels der ersten Bilderfassungseinheit, und
• jeweils Vergleichen des aktuell erfassten Bildes mit einem vorangehend erfassten Bild, vorzugs weise mit dem vorangehend erfassten Bild, und bzw. oder
• wiederholendes Erfassen des Abstands des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug im zusammengeführten Zustand mittels wenigstens eines Ab standssensors, welcher vorzugsweise mit dem Aufladeanschluss angeordnet ist, und
• jeweils Vergleichen des aktuell erfassten Abstands mit einem vorangehend erfassten Abstand, vorzugsweise mit dem vorangehend erfassten Abstand.
Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Informationen erfasst werden können, um den zusammengeführten Zustand zu überwachen und Störungen zu erkennen. Dies kann zum einen mittels der ersten Bilderfassungseinheit erfolgen, indem im zusammengeführten Zu stand fortlaufend bzw. in regelmäßigen zeitlich nahe beieinander liegenden Abständen Bilder des Aufla deanschlusses und bzw. oder der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs erfasst und miteinander verglichen werden. Wird bei diesem Vergleich festgestellt, dass trotz der abgeschlossenen Bewegung des Zusammenführens optische Veränderung der erfassten Bilder zueinander stattfinden, so kann darauf geschlossen werden, dass zumindest einer der Verbindungspartner bewegt wird, obwohl seitens des erfindungsgemäßen Verfahrens gar keine Bewegungen mehr stattfinden sollen. Beispiels weise kann das Fahrzeug in Betrieb genommen und bewegt werden, was zu einer Beschädigung des Aufladeanschlusses und der Aufladeanschlussaufnahme führen sowie die Umgebung gefährden kann. Auch kann die Positionierungseinheit z.B. von einem Benutzer, von einem weiteren Fahrzeug und der gleichen berührt und hierdurch bewegt werden, was ebenfalls die Sicherheit der Verbindung zwischen Aufladeanschluss und Aufladeanschlussaufnahme gefährden kann. Dies kann jeweils als Störung der Verbindung erkannt, aus Sicherheitsgründen z.B. der Aufladevorgang abgebrochen und der Aufladean schluss mittels der Positionierungseinheit von der Aufladeanschlussaufnahme getrennt werden. Auch kann der Benutzer informiert werden.
Dies kann zusätzlich oder alternativ mittels eines Abstandssensors durchgeführt werden, wobei in die sem Fall die Veränderung des Abstands betrachtet wird. Findet trotz der abgeschlossenen Bewegung des Zusammenführens eine Veränderung des Abstands statt, so kann auch hierauf basierend darauf ge schlossen werden, dass eine unbeabsichtigte Bewegung wenigstens eines der Verbindungspartner statt findet. Werden beide Zustandsveränderung erfasst, so können diese auch miteinander verglichen wer den, um die Plausibilität der hieraus gezogenen Rückschlüsse zu überprüfen sowie um einen Ausfall schutz dieser Funktion durch die jeweils andere Zustandserfassung bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die weiteren Schritte auf:
• optisches Erfassen des Aufladeanschlusses und bzw. oder der Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder des Fahrzeugs im zusammengeführten Zustand als weiteres Bild mittels der ersten Bil derfassungseinheit, und
• Vergleichen des weiteren Bildes mit dem zweiten Bild oder mit dem dritten Bild.
Auf diese Art und Weise wird es ermöglicht, die Verbindungspartner sowohl vor dem Zusammenführen als auch nach dem Zusammenführen zu betrachten und diese Bilder miteinander zu vergleichen. Wer den hierbei Abweichungen erkannt, so kann darauf geschlossen werden, dass es im Rahmen des Zusam menführens zu einem Kontakt zwischen dem Aufladeanschluss und der Aufladeanschlussaufnahme bzw. dessen unmittelbarer Umgebung wie z.B. dessen Auskleidung und bzw. oder dem Fahrzeug bzw. dessen Karosserie gekommen ist, welcher eine optisch erkennbare Spur hinterlassen hat. Dies kann eine Beule, ein Kratzer und dergleichen sein. Dies kann somit selbsttätig erkannt und z.B. dem Benutzer mitgeteilt werden. Auch kann dies z.B. dem Betreiber der entsprechenden Vorrichtung wie z.B. einem Parkhausbe treiber mitgeteilt werden, damit dieser auf die durch ihn zu verantwortende Beschädigung des Fahr zeugs des Benutzers als Kunde reagieren kann bevor der Benutzer selbst die Beschädigung an seinem Fahrzeug aufgrund des Aufladevorgangs erkennt. Dies kann neben psychologischen Auswirkungen auf die Geschäftsbeziehung auch juristische Konsequenzen haben, so dass es sehr im Sinne des Betreibers der Vorrichtung sein kann, von dieser Beschädigung als Erster zu erfahren und hierauf reagieren zu kön nen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt mittels der ersten Bilderfassungsein heit und bzw. oder mittels wenigstens eines Abstandssensors der Positionierungseinheit, welcher vor zugsweise mit dem Aufladeanschluss angeordnet ist, zumindest zeitweise, vorzugsweise durchgängig, eine Überwachung der Umgebung der Positionierungseinheit und bzw. oder des Aufladeanschlusses. Somit können die ohnehin vorhandenen Elemente zusätzlich zur Erhöhung der Sicherheit genutzt wer den. Beispielsweise können Personen, Fahrzeuge und dergleichen erkannt werden, welche während der Ausführung des Verfahrens sowie während des Aufladevorgangs dem Aufladeanschluss, der Positionie rungseinheit und bzw. oder dem Fahrzeug derart nahe kommen, dass die Sicherheit der Personen, des Fahrzeugs und dergleichen sowie der Vorrichtung gefährdet sein könnte. Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung erfolgt mittels wenigstens einer zweiten Bilderfassungseinheit zumindest zeitweise, vorzugsweise durchgängig, ein optisches Erfassen eines Ar beitsraums der Positionierungseinheit, wobei basierend auf wenigstens einem optisch erfassten Bild der zweiten Bilderfassungseinheit eine Kollisionsüberwachung des Arbeitsraums und bzw. oder ein Vorposi tionieren des Aufladeanschlusses zur Aufladeanschlussaufnahme und bzw. oder zum Fahrzeug mittels der Positionierungseinheit erfolgt. Die zweite Bilderfassungseinheit kann gleich zur ersten Bilderfas sungseinheit ausgebildet sein, um auch hier möglichst geringe Kosten zu verursachen. Insbesondere kann auch die zweite Bilderfassungseinheit eine CCD-Kamera, vorzugsweise mit einer vergleichsweise geringen Auflösung sein. Die zweite Bilderfassungseinheit kann als 180°-Kamera oder als 360°-Kamera ausgebildet sein, um möglichst den gesamtem Arbeitsraum optisch erfassen zu können, ohne sich bewe gen und insbesondere drehen zu müssen. Dies kann die optische Erfassung des relevanten Bereichs si cherstellen bzw. vereinachen.
Die zweite Bilderfassungseinheit kann ortsfest, z.B. an einer Wand oder an einer Decke angeordnet und zum Arbeitsraum der Positionierungseinheit hin ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist die zweite Bilderfas sung erhöht angeordnet, d.h. zu einem Untergrund beabstandet, so dass der Arbeitsraum möglichst von schräg oben erfasst werden kann. Dies kann Störungen der optischen Erfassung des Arbeitsraums z.B. durch die Positionierungseinheit vermeiden bzw. minimieren. Alternativ kann die zweite Bilderfassungs einheit auch mit der Positionierungseinheit mitbeweglich angeordnet sein, z.B. an einem Glied der Posi tionierungseinheit, welches nicht dasselbe Glied ist, welches die erste Bilderfassungseinheit trägt. Insbe sondere kann die zweite Bilderfassungseinheit an einem Glied der Positionierungseinheit angeordnet sein, welches weiter von dem Aufladeanschluss entfernt ist als die erste Bilderfassungseinheit, so dass von der zweiten Bilderfassungseinheit ein größerer Bereich und vorzugsweise der gesamte Arbeitsraum der Positionierungseinheit optisch erfasst werden kann. Dabei sind unter dem Arbeitsraum der Positio nierungseinheit alle Positionen im kartesischen Raum zu verstehen, welche von der Positionierungsein heit und insbesondere dessen Enteffektor und bzw. oder dem Aufladeanschluss erreicht werden kön nen.
Zur Durchführung einer Kollisionsüberwachung können vorzugsweise fortlaufend oder zumindest in zeitlich geringen Abständen Bilder erfasst und mittels Bilderkennung dahingehend ausgewertet werden, ob sich z.B. ein Benutzer in den Arbeitsraum hineinbewegt oder bereits dort befindet. Ist dies der Fall und wird dies erkannt, so kann z.B. der Aufladevorgang unterbrochen werden.
Zur Durchführung einer Vorpositionierung kann der Arbeitsraum einmalig bzw. mit wenigen Bilder er fasst werden in einem Zustand, in dem die erste Bilderfassungseiheit noch gar nicht tätig geworden ist oder zumindest die Positionierungseinheit noch gar nicht tätig geworden ist und sich der Aufladean schluss noch in seiner initialen Position befindet. Dann können die ersten Schritte des erfindungsgemä- ßen Verfahrens statt mit der ersten Bilderfassungseinheit vorab mit der zweiten Bilderfassungseinheit durchgeführt werden, um den Aufladeanschluss mittels der Positionierungseinheit in eine Ausgangslage zu bringen, aus der heraus dann die erste Bilderfassungseiheit tätig werden und die zuvor beschriebe nen Verfahrensschritt initialisieren kann. Auf diese Art und Weise kann die zweite Bilderfassungseinheit zur Vorpositionierung des Aufladeanschlusses verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum selbsttätigen Verbinden wenigstens eines Aufladeanschlusses mit einer Aufladeanschlussaufnahme eines Fahrzeugs, mit wenigstens einer Positio nierungseinheit, welche ausgebildet ist, den Aufladeanschluss zu positionieren, vorzugsweise ferner zu orientieren, mit wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit, welche mit dem Aufladeanschluss mitbe weglich angeordnet und ausgebildet ist, wenigstens die Aufladeanschlussaufnahme des Fahrzeugs op tisch zu erfassen, und mit wenigstens einer Steuerungseinheit, welche ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Mittels einer derartigen Vorrichtung kann die Umsetzung eines zuvor beschriebenen Verfahrens ermöglicht werden, um dessen Eigenschaften und Vorteile zu nutzen.
Die Positionierungseinheit kann vorzugsweise eine drehbar aktuierte Achse des Aufladeanschlusses bzw. eines Endeffektors aufweisen, welcher den Aufladeanschluss greifen kann oder an dem der Aufladean schluss festverbunden angeordnet sein kann. Flierdurch kann eine einfache und direkte Anpassung der Orientierung des Ladeanschlusses um seine Hochachse an die aktuelle Orientierung der Ladeanschluss aufnahme in Abhängigkeit der jeweiligen Parkposition des Fahrzeugs erfolgen.
Die Positionierungseinheit kann auch eine manuelle Verstellung und bzw. oder eine Aktuierung der Aus richtung des Aufladeanschlusses aufweisen, um die Ausrichtung des Aufladeanschlusses an die fahr zeugspezifische Neigung der Aufladeanschlussaufnahme anzupassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine vergleichsweise niedrig auflösende und damit kostengüns tige erste Bilderfassungseinheit verwenden, was zum einen die Kosten der Anschaffung der ersten Bil derfassungseinheit gering halten kann. Hierdurch können zugleich die Anforderungen an die Steue rungseinheit verringert werden, da keine hochauflösenden Bilddaten verarbeitet werden müssen. Folg lich kann auch eine günstige Steuerungseinheit und besonders vorzugsweise Embedded Hardwarearchi tekturen verwendet werden, welche zugleich kompakt und energiesparend sein können.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens wie zuvor beschrieben. Das computerlesbare Medium kann ein interner Speicher eines Computers sowie ein entfernbarer Speicher wie z.B. eine Diskette, eine CD, eine DVD, ein USB-Stick, eine Speicherkarte und dergleichen sein. Auf diese Art und Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren einem Computer, wel- eher eine Steuerungseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann, zur Verfügung gestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine erste schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine zweite schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine dritte schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 eine vierte schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 eine fünfte schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6 eine sechste schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 7 eine schematisches Ablaufdiagram seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Quer richtung, welche auch als Breite bezeichnet werden kann (nicht dargestellt). Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann.
Wie in den Figuren 1 bis 6 dargestellt ist, weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses 12 mit einer Aufladeanschlussaufnahme 21 eines Fahrzeugs 2, wel che im Folgenden kurz als Aufladevorrichtung 1 bezeichnet werden soll, eine Positionierungseinheit 10 auf, welche als Roboterarm 10 ausgeführt ist. Der Rotoberarm 10 ist an einem Ende seiner kinemati schen Kette, welches seine Basis darstellt, feststehend auf einem Untergrund 3 angeordnet. Von dieser Basis als erstes Glied des Roboterarms 10 erstreckt sich dieser über mehrere aktuierte Gelenke sowie Glieder hin zu seinem gegenüberliegenden Ende, welches einen Endeffektor 11 aufweist. An dem Endef fektor 11 ist der bereits zuvor erwähnte Aufladeanschluss 12 angeordnet, welcher auch als Ladestecker 12 bezeichnet werden kann. Der Ladestecker 12 ist dazu ausgebildet, durch Zusammenführen in Form eines Ineinandersteckens mit der ebenfalls zuvor erwähnten Aufladeanschlussaufnahme 21 derart ver bunden elektrisch leitfähig zu werden, dass eine Übertragung von elektrischer Energie stattfinden kann. Die Aufladeanschlussaufnahme 21 kann auch als Ladebuchse 21 oder als Gegenstecker 21 bezeichnet werden. Der Bereich, welcher von den Roboterarm 10 erreicht werden kann, stellt dessen Arbeitsraum B dar.
Die Ladebuchse 21 ist an dem zuvor bereits erwähnten Fahrzeug 2 angeordnet, welches ein elektrisch betreibbares Fahrzeug 2 in Form eines Personenkraftfahrzeugs 2 ist und daher neben einem elektri schen Antrieb auch einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher aufweist (nicht dargestellt). Dieser wiederaufladbare elektrische Energiespeicher kann seitens der Aufladevorrichtung 1 elektrisch gespeist und hierdurch aufgeladen werden, wenn der Ladestecker 12 in der Ladebuchse 21 steckt und ein Aufladevorgang betrieben wird. Die Ladebuchse 21 ist hierzu elektrisch leitfähig mit dem wiederauf ladbaren elektrisch Energiespeicher verbunden (nicht dargestellt) und von außen zugänglich in der Ka rosserie 20 des Fahrzeugs 2 angeordnet. Die Ladebuchse 21 kann außerhalb des Ladevorgangs mittels einer Abdeckung wie z.B. mittels eines Tankdeckels (nicht dargestellt) abgedeckt, geschützt und ver schlossen werden. Der Tankdeckel kann zur Freigabe der Ladebuchse 21 z.B. mittels eines verriegelba ren Federmechanismus durch das Fahrzeug 2 bzw. durch dessen Benutzer freigegeben und die Lade buchse 21 hierdurch für den Ladestecker 12 zugänglich gemacht werden.
Der Endeffektor 11 weist neben dem Ladestecker 12 eine erste Bilderfassungseinheit 13 in Form einer ersten Kamera 13 auf, welche als CCD-Kamera mit einer vergleichsweise geringen Auflösung von ledig lich 640x480 Pixeln ausgebildet ist, was die Umsetzung der ersten Bilderfassungseinheit 13 vergleichs weise kostengünstig macht. Die erste Bilderfassungseinheit 13 kann jedoch auch ein Paar von Kameras 13 aufweisen, welche nahe beieinander nebeneinancher und im Wesentlichen in die gleiche Richtung ausgerichtet sein können, so dass eine stereokopische Bilderfassung ermöglichst werden kann.
Die erste Kamera 13 ist nahe am Ladestecker 12 oberhalb von diesem feststehend angeordnet und mit ihrem Erfassungsbereich C in Richtung vor den Ladestecker 12 ausgerichtet. Die Blickrichtung bzw. die Achse der ersten Kamera 13 entspricht im Wesentlichen der Fügerichtung bzw. der Fügeachse des Lade steckers 12, so dass diese im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend ausgerichtet sind.
An der erstem Kamera 13 ist eine Beleuchtungseinheit 14 feststehend angeordnet, dessen Ausleuchtbe reich D in Richtung des Erfassungsbereichs C der ersten Kamera 13 ausgerichtet ist, um ein zu erfassen des Bild möglichst gut auszuleuchten und hierdurch den Kontrast des erfassten Bildes zu erhöhen. Die Beleuchtungseinheit 14 weist als Leuchtmittel vorzugsweise möglichst starke LEDs auf, um mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst starke Ausleuchtung zu bewirken. Die Beleuchtungseinheit 14 kann daher auch als LED-Leuchte 14 bezeichnet werden.
Unterhalb des Ladesteckers 12 ist ein Abstandssensor 15 feststehend angeordnet, welcher als Ultra schallsensor 15 ausgebildet ist. Der Erfassungsbereich E des Abstandssensors 15 ist in Richtung des Er- fassungsbereichs C der ersten Kamera 13 ausgerichtet, um den Abstand des Ladesteckers 12 in Richtung seiner Fügerichtung bzw. Fügeachse zu erfassen.
Es ist ferner eine zweite feststehend angeordnete Bilderfassungseinheit 17 vorgesehen, welche ober halb des Roboterarms 10 an einer Wand oder Decke befestigt und ausgerichtet ist, den Arbeitsraum B des Roboterarms 10 optisch zu erfassen.
Die Aufladevorrichtung 1 weist ferner eine Steuerungseinheit 16 auf, welche auch als Rechnereinheit 16 bezeichnet werden kann. Die Steuerungseinheit 16 ist signalübertragend bzw. energieübertragend mit der ersten Kamera 13, mit der Beleuchtungseinheit 14 und mit dem Abstandsensor 15 verbunden, um diese zu betreiben, ggfs zu steuern oder zu regeln sowie deren Daten zu erhalten. Ferner ist die Steue rungseinheit 16 mit den Antrieben des Roboterarms 10 verbunden, um diese zu betreiben, wobei hier bei auch die Antriebsinformationen der Antriebe des Roboterarms 10 von der Steuerungseinheit 16 erfasst werden. Ferner kann die Steuerungseinheit 16 auch die elektrische Energieübertragung über den Ladestecker 12 an die Ladebuchse 21 steuern bzw. regeln.
Basierend auf diesen Funktionen kann die Steuerungseinheit 16 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum selbsttätigen Verbinden des Ladesteckers 12 mit der Ladebuchse 21 des Fahrzeugs 2 wie folgt durchfüh ren, vgl. Ablaufdiagramm der Figur 7:
Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zuerst mittels der ersten Kamera 13 ein erstes opti sches Erfassen 100 des Bereichs des Fahrzeugs 2, welcher die Ladebuchse 21 aufweist, als erstes Bild.
Das erste optische Erfassen 100 erfolgt dabei aus einer initialen Position des Roboterarms 10, so dass der Endeffektor 11 mit dem Ladestecker 12 einen anfänglichen möglichst großen bis maximalen Abstand zum Fahrzeug 2 bzw. zu dessen Ladebuchse 21 aufweist, siehe Figur 1. Hierdurch kann eine Kollision des Fahrzeugs 2 beim Parken mit der Aufladevorrichtung 1 möglichst sicher vermieden werden.
Es erfolgt dann ein Bestimmen 200 der Position der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 basierend auf dem ersten Bild. Dies kann mittels bekannter Verfahren zur Bildverarbeitung und Bild- bzw. Musterer kennung durchgeführt werden, so dass die Position der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 in Relation zum Ladestecker 12 berechnet werden kann. Hieraus ergibt sich auch die Entfernung des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2.
Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund der vergleichsweise ge ringen Qualität der ersten Kamera 13 hinsichtlich ihres Auflösungsvermögens sowie des anfänglichen großen Abstands der ersten Kamera 13 zum Fahrzeug 2 die Ladebuchse 21 zur Durchführung eines Ver bindens von Ladestecker 12 und Ladebuchse 21 nur unzureichend bis gar nicht erkannt werden kann. Daher ist das Erfassen und Erkennen einer derartigen Information aus dem ersten Bild gar nicht das Ziel dieses Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vielmehr erfolgt nun in einer Bewegungsrichtung A des Ladesteckers 12 bzw. des Endeffektors 11 ein Verringern 300 des Abstands des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 mittels des Roboterarms 10, siehe Figur 2. Dabei wird der Ladestecker 12 möglichst weit zur Ladebuchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 hin bewegt, ohne allerdings eine Kollision mit der Ladebuchse 21 bzw. dem Fahrzeug 2 zu riskieren, was zu Beschädigungen führen könnte. Hierdurch wird auch die ersten Kamera 13 näher an die Ladebuchse 21 bzw. an das Fahrzeug 2 herangebracht, so dass nun bei einem zweiten optischen Erfassen 400 der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 als zweites Bild die Ladebuchse 21 mit einer höhe ren Auflösung im Sinne einer größeren Abbildung bzw. Projektion der Ladebuchse 21 erfasst werden kann. Dies kann die Qualität der Bilderfassung bzw. Bilderkennung verbessern.
Ggfs kann als weiterer iterativer Annäherungsablauf ein Bestimmen 410 der Position der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 basierend auf dem zweiten Bild erfolgen, dessen Qualität jedoch für die nachfol genden Schritte, wie weiter unten beschrieben wird, noch nicht ausreichend sein kann, siehe Figur 2. Dann kann ein erneutes Verringern 420 des Abstands des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 erfolgen, so dass aus dieser weiter angenäherten Position ein drittes optisches Erfassen 430 der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 als drittes Bild mittels der ersten Kamera 13 durchgeführt wer den kann. Dies kann so häufig wiederholt werden, bis das aktuell erfasste Bild eine ausreichende Quali tät für die nachfolgenden Schritte aufweist, siehe gestrichtelten Pfeil der Figur 7. Wird diese iterative Annährung nicht benötigt, können die Schritte 410 bis 430 übersprungen werden, siehe durchgehenden Pfeil der Figur 7.
Ist die erforderliche Qualität des erfassten Bildes z.B. als zweites oder als drittes Bild erreicht, so kann ein Bestimmen 500 der Position und der Orientierung der Ladebuchse 21 basierend auf dem zweiten Bild oder basierend auf dem dritten Bild durchgeführt werden, siehe Figur 3. Da nunmehr auch die Ori entierung der Ladebuchse 21 erkannt werden kann, was für die Durchführung einer Verbindung zwi schen Ladestecker 12 und Ladebuchse 21 erforderlich ist, kann nun ein Ausrichten 600 des Ladesteckers 12 gegenüber der Ladebuchse 21 mittels des Roboterarms 10 erfolgen.
Das Ausrichten 600 kann dabei die Teilschritte aufweisen, dass zuerst ein Ausrichten 610 der ersten Kamera 13 gegenüber der Ladebuchse 21 erfolgt, indem die erste Kamera 13 unmittelbar vor der Lade buchse 21 positioniert und mit ihrer Blickachse genau auf der Fügeachse der Verbindung zwischen Lade stecker 12 und Ladebuchse 21 ausgerichtet wird, siehe Figur 4. Dann kann ein Verfahren 620 der ersten Kamera 13 in der Höhe Z von der Ladebuchse 21 weg erfolgen, wobei die Orientierung beibehalten wird. Dabei kann für den Fall, dass die erste Kamera 13 in der Querrichtung Y seitlich zum Ladestecker 12 an geordnet ist, das Verfahren 620 entsprechend auch seitlich erfolgen. Ferner kann das Ausrichten 600 vorzugsweise kombiniert mit der Annäherung des Ladesteckers 12 an die Ladebuchse 21 erfolgen, um Zeit zu sparen.
Das Verfahren wird um eine Strecke ausgeführt, welche dem Abstand der Blickachse der ersten Kamera 13 zur Fügeachse des Ladesteckers 12 entspricht, welche im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Diese zumindest nahezu parallele Ausrichtung der optischen Achse der ersten Kamera 13 und der Füge achse kann es begünstigen, dass die Ladebuchse 21 beim Ausrichten 600 vollständig im erfassten Bild sichtbar ist.
Da die Orientierung der ersten Kamera 13 zur Fügeachse der Ladebuchse 21 nicht identisch bzw. ideal parallel zur Orientierung des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 sein muss, kann die verbleibende Ori entierungsabweichung in der ausgerichteten Position und Orientierung des Ausrichtens 600 als letzten Suchposition, in der sich die erste Kamera 13 genau vor Ladebuchse 21 befindet, bildbasiert bestimmt und dann beim Verfahren 620 der ersten Kamera 13 berücksichtigt werden, um den Ladestecker 12 final hochgenau zur Ladebuchse 21 auszurichten, damit beim anschließenden Fügen kein Verklemmen auf- tritt. Mit anderen Worten kann die Ladebuchse 12 in der finalen Suchposition deutlich verdreht zur Blickachse der ersten Kamera 13 orientiert sein, d.h. weil das Fahrzeug 2 schräg eingeparkt wurde. So lange die Ladebuchse 12 vollständig im Kamerabild erfasst wird, kann dann jedoch die Orientierungsab weichung bestimmt und die Ausrichtung des Ladesteckers 12 an die Schrägstellung des Fahrzeuges 2 beim Verfahren 620 des Endeffektors 11 korrigiert werden, bevor der Steckvorgang eingeleitet wird.
Da dieser Abstand konstruktiv bedingt feststehend und bekannt ist, kann somit eine sehr genaue opti sche Ausrichtung der ersten Kamera 13 zur Ladebuchse 21 erfolgen und durch das Verfahren des Endef fektors 11 rein senkrecht zur Blickachse der ersten Kamera 13 bzw. zur Fügeachse des Ladesteckers 12 dieser mit identischer Orientierung vor der Ladebuchse 21 positioniert werden wie zuvor die erste Ka mera 13, siehe Figur 5. Dies kann eine sehr genaue Positionierung und Orientierung des Ladesteckers 12 gegenüber der Ladebuchse 21 ermöglichen.
Nun kann ein Zusammenführen 700 des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 mittels des Roboter arms 10 erfolgen. Hierzu werden jedoch nicht die Gelenke des Roboterarms 10 verwendet, sondern der Roboterarm 10 weist eine aktuierte Linearachse am Endeffektor 11 auf (nicht dargestellt), welche den Ladestecker 12 entlang seiner Fügeachse zur Ladebuchse 21 und in diese hinein bewegen kann, siehe Figur 6. Hierdurch kann eine möglichst rein lineare Bewegung des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 erfolgen, so das ein Verkanten und Klemmen beim Zusammenführen 700 konstruktiv und damit mög lichst einfach und zuverlässig vermieden werden können.
Nach Abschluss des Zusammenführens 700 ist der Ladestecker 12 mit der Ladebuchse 21 verbunden, so dass nun eine elektrisch leitfähige Verbindung besteht, welche zur Aufladung des wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs 2 verwendet werden kann. Dieser Aufladungsvorgang kann nun z.B. von der Aufladevorrichtung 1 gestartet, gesteuert oder geregelt betrieben und auch beendet werden.
Während des Zusammenführens 700 kann zusätzlich ein wiederholendes optisches Erfassen 710a des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 mittels der ersten Kamera 13 erfolgen. Ferner kann jeweils ein Vergleichen 720a eines aktuell erfassten Bildes mit dem vorangehenden erfass ten Bild durchgeführt werden. Wird dabei erkannt, dass in den Bildern zueinander gar keine bzw. eine geringere Veränderung als zuvor auftritt, so kann darauf geschlossen werden, dass das Zusammenfüh ren 700 nicht wie gewünscht durchgeführt wird, weil z.B. sich der Ladestecker 12 gegenüber der Lade buchse 21 verklemmt oder verkantet hat oder auf sonstige Art und Weise blockiert ist. In diesem Fall kann das Zusammenführen 700 abgebrochen und der Benutzer alarmiert werden. Auch kann der Lade stecker 12 wieder aus der Ladebuchse 21 gezogen und erneut eingesteckt werden.
Zusätzlich kann parallel ein wiederholendes Erfassen 710b des Abstands des Ladesteckers 12 zur Lade buchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 während des Zusammenführens 700 mittels des Abstandssensors 15 durchgeführt werden. Aus einem jeweiligen Vergleichen 720b des aktuell erfassten Abstands mit dem vorangehenden erfassten Abstand kann ebenfalls erkannt werden, ob das Zusammenführen 700 wie gewünscht oder nicht durchgeführt wird.
Dabei können diese Erkenntnisse mit den Erkenntnissen verglichen werden, welche gleichzeitig aus der Auswertung des wiederholenden optischen Erfassens 710a des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 mittels der ersten Kamera 13 gewonnen werden, um die Plausibilität dieser Er kenntnisse gegenseitig zu überprüfen sowie um einen Ausfallschutz dieser Funktionen untereinander bereitzustellen. Hierzu können zusätzlich auch die Motorströme der aktuierte Linearachse des Endeffek tors 11 sowie der übrige Antriebe des Roboterarms 10 herangezogen werden, welche bei einer Blockade des Zusammenführens 700 ansteigen würden, ohne dass optisch eine Bewegung des Ladesteckers 12 bzw. eine Abstandsänderung zu erkennen wäre. Auch dies kann zur Überprüfung der Plausibilität der zuvor beschriebenen Erkenntnisse beitragen.
Im zusammengeführten Zustand des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 kann ein wiederholendes optisches Erfassen 800a des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 als weitere Bilder mittels der ersten Kamera 13 durchgeführt werden. Ferner kann jeweils ein Vergleichen 900a des aktuell erfassten Bildes mit einem bzw. mit dem vorangehenden erfassten Bild erfolgen. Auf diese Art und Weise kann erkannt werden, ob es zu Bewegungen des Ladesteckers 21, des Fahrzeugs 2 und bzw. oder des Roboterarms 10 kommt, welche in diesem Zustand seitens des Aufladevorgangs ausgeschlos sen sind. Werden dennoch relative Bewegungen erkannt, kann auf eine äußere Störung geschlossen und aus Sicherheitsgründen der Aufladevorgang unterbrochen und der Benutzer alarmiert werden. Ebenso kann ein wiederholendes Erfassen 800b des Abstands des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 im zusammengeführten Zustand mittels des Abstandssensors 15 erfolgen. Ebenso kann jeweils ein Vergleichen 900b des aktuell erfassten Abstands mit einem bzw. mit dem vorangehen den erfassten Abstand durchgeführt werden. Auch aus Veränderungen des Abstands kann auf äußere Störungen des Aufladevorgangs geschlossen werden, wie zuvor beschrieben.
Die erste Kamera 13 kann ferner dazu verwendet werden, im zusammengeführten Zustand ein optisches Erfassen 800c des Ladesteckers 12 und der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 als weiteres Bild durch zuführen. Dann kann ein Vergleichen 900c des weiteren Bildes mit dem zweiten Bild oder mit dem drit ten Bild erfolgen, welche vor dem Zusammenführen 700 erfasst wurden. Durch diesen Vergleich kann überprüft werden, ob durch das Zusammenführen 700 eine Beschädigung der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 erfolgt ist, welche dann z.B. einem Betreiber der Aufladevorrichtung 1 und bzw. oder dem Benutzer mitgeteilt werden kann.
Während der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte kann der Abstand des Ladesteckers 12 zur Lade buchse 21 bzw. zum Fahrzeug 2 mittels des Abstandssensors 15 erfasst werden, wobei das Bestimmen 200, 410, 500 der Position der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 in dem ersten Bild, in dem zweiten Bild und bzw. oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung des mittels des Abstandssensors 15 er fassten Abstands erfolgen kann. Hierdurch kann auch der erfasste Abstand zur Plausibilitätsprüfung der optisch bestimmten Position der Ladebuchse 21 bzw. des hieraus resultierenden verbleibenden Ab stands des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 verwendet werden. Dies kann die Sicherheit bei der An näherung des Ladesteckers 12 an die Ladebuchse 21 bzw. an das Fahrzeug 2 erhöhen.
Während der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte kann das Bestimmen 200, 410, 500 der Position der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 in dem ersten Bild, in dem zweiten Bild und bzw. oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung der bisherigen Positionsänderung und bzw. oder Orientierungsände rung des Roboterarms 10 erfolgt. Beispielsweise können bei der Verwendung von Schrittmotoren die jeweils erfolgten Schritte oder Schrittänderungen mitgezählt und über ein kinematisches Modell des Roboterarms 10 die Position und Orientierung des Endeffektors 10 bzw. des Ladesteckers 12 berechnet werden. Auch hierdurch kann eine Plausibilitätsprüfung der optisch bestimmten Position der Ladebuch se 21 bzw. des hieraus resultierenden verbleibenden Abstands des Ladesteckers 12 zur Ladebuchse 21 erfolgen.
Während der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte kann jedes optische Erfassen 100; 400; 430 der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 unter Beleuchtung der Ladebuchse 21 bzw. des Fahrzeugs 2 mittels der Beleuchtungseinheit erfolgen, um den Kontrast im erfassten Bild zu erhöhen. Dies kann jeweils die Bilderkennung verbessern. Während der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte kann mittels der ersten Kamera 13 und mittels des Abstandssensors 15 durchgängig eine Kollisionsüberwachung der Umgebung des Roboterarms 10 sowie des Ladesteckers 12 erfolgen. Dies kann die Sicherheit der Umsetzung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte erhöhen, ohne dass hierzu zusätzliche Sensoren und dergleichen verwendet werden müssen.
Ferner kann mittels der zweiten Bilderfassungseinheit 17 eine Kollisionsüberwachung des Arbeitsraums B erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorpositionierung des Ladesteckers 12 mittels der zwei ten Bilderfassungseinheit 17 erfolgen, in dem die Schritte 100 bis 400 vorab basierend auf wenigstens einem Bild ausgeführt werden, welches mit der zweiten Bilderfassungseinheit 17 erfasst wurde. Somit können die Schritte 100 bis 400 aus einer bereits an die Ladebuchse 21 angenäherten Position des Lade steckers 12 erfolgen, was die Qualität der optischen Bilderfassung mittels der ersten Kamera 13 verbes sern kann.
Erfindungsgemäß kann auf diese Art und Weise ein Verbinden der Verbindungspartner auch bei einem vergleichsweise großen Abstand zwischen dem Ladestecker 12 und der Ladebuchse 21 selbsttätig durch- geführt werden, um anschließend einen Aufladevorgang durchzuführen. Insbesondere kann dies bei unterschiedlichen Positionierungen und bzw. Orientierungen des Fahrzeugs 2 bzw. der Ladebuchse 21 gegen dem Ladestecker 12 erfolgen. Dies kann mit vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Mit teln insbesondere hinsichtlich der Auflösung der ersten Kamera 13 erfolgen, indem eine iterative Annä herung der ersten Kamera 13 samt Ladestecker 12 an die Ladebuchse 21 erfolgt, bis die Ladebuchse 21 auch mit der ersten Kamera 13 mit vergleichsweise geringer Auflösung derart qualitativ ausreichend erkannt werden kann, dass das Zusammenführen 700 durchgeführt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE (Teil der Beschreibung)
A Bewegungsrichtung des Aufladeanschlusses 12
B Arbeitsraum der Vorrichtung 1
C Erfassungsbereich der ersten Bilderfassungseinheit 13
D Ausleuchtbereich der Beleuchtungseinheit 14
E Erfassungsbereich des Abstandssensors 15
X Längsrichtung; Tiefe
Z vertikale Richtung; Höhe
1 (Auflade-)Vorrichtung
10 Positionierungseinheit; Roboterarm
11 Endeffektor mit aktuierter Linearachse
12 Aufladeanschluss; Ladestecker
13 erste Bilderfassungseinheit; erste Kamera; erstes Stereokamerapaar
14 Beleuchtungseinheit; LED-Leuchte
15 Abstandssensor; Ultraschallsensor
16 Steuerungseinheit; Recheneinheit
17 zweite Bilderfassungseinheit; zweite Kamera
2 Fahrzeug; Personenkraftfahrzeug
20 Karosserie
21 Aufladeanschlussaufnahme; Ladebuchse; Gegenstecker
3 Untergrund
100 erstes optisches Erfassen als erstes Bild
200 Bestimmen Position basierend auf erstem Bild
300 Verringern Abstand des Aufladeanschlusses 12 zur Aufladeanschlussaufnahme 21 und/oder zum Fahrzeug 2
400 zweites optisches Erfassen als zweites Bild
410 Bestimmen Position basierend auf zweitem Bild
420 erneutes Verringern Abstand
430 drittes optisches Erfassen als drittes Bild Bestimmen Position und Orientierung basierend auf zweitem Bild oder basierend auf drittem Bild
Ausrichten Aufladeanschluss 12
Ausrichten erste Bilderfassungseinheit 13
Verfahren erste Bilderfassungseinheit 13
Zusammenführen Aufladeanschluss 12 und Aufladeanschlussaufnahme 21
a wiederholendes optisches Erfassen während des Zusammenführens 700
b wiederholendes Erfassen des Abstands während des Zusammenführens 700
a jeweils Vergleichen aktuell erfasstes Bild mit vorangehend erfasstem Bild
b jeweils Vergleichen aktuell erfasster Abstand mit vorangehend erfasstem Abstanda wiederholendes optisches Erfassen im zusammengeführten Zustand
b wiederholendes Erfassen des Abstands im zusammengeführten Zustand
c optisches Erfassen im zusammengeführten Zustand
a jeweils Vergleichen aktuell erfasstes Bild mit vorangehend erfasstem Bild
b jeweils Vergleichen aktuell erfasster Abstand mit vorangehend erfasstem Abstandc Vergleichen weiteres Bild mit zweitem Bild oder mit drittem Bild

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses (12) mit einer Aufladeanschluss aufnahme (21) eines Fahrzeugs (2), vorzugsweise eines Landfahrzeugs (2), mit wenigstens den Schritten: erstes optisches Erfassen (100) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) als erstes Bild mittels wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit (13), welche mit dem Aufla deanschluss (12) mitbeweglich angeordnet ist,
Bestimmen (200) der Position der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) ba sierend auf dem ersten Bild,
Verringern (300) des Abstands des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) mittels einer Positionierungseinheit (10), und zweites optisches Erfassen (400) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) als zweites Bild mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Erfassen (100) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) bei einem anfänglichen Abstand des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Bestimmen (410) der Position der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) ba sierend auf dem zweiten Bild, erneutes Verringern (420) des Abstands des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschlussaufnah me (21) und/oder zum Fahrzeug (2) mittels der Positionierungseinheit (10), und drittes optisches Erfassen (430) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) als drittes Bild mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13).
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten optischen Erfassen (100) und/oder dem zweiten optischen Erfassen (400) und/oder dem dritten optischen Erfassen (430) ein Verändern der Position und/oder der Orientierung der ersten Bilderfassungseinheit (13) gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder dem Fahrzeug (2) mittels der Positionierungseinheit (10) vorangeht und/oder nachfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:
Bestimmen (500) der Position und der Orientierung der Aufladeanschlussaufnahme (21) basie rend auf dem zweiten Bild oder basierend auf dem dritten Bild.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder zum Fahr zeug (2) mittels wenigstens eines Abstandssensors (15) erfasst wird, welcher mit dem Aufladean schluss (12) mitbeweglich angeordnet ist, wobei das Bestimmen (200, 410, 500) der Position und/oder der Orientierung der Aufladean schlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) in dem ersten Bild und/oder in dem zweiten Bild und/oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung des mittels des Abstandssensors (15) er fassten Abstands erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen (200, 410, 500) der Position und/oder der Orientierung der Aufladeanschlussauf nahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) in dem ersten Bild und/oder in dem zweiten Bild und/oder in dem dritten Bild unter Berücksichtigung der bisherigen Positionsänderung und/oder Orientierungsänderung der Positionierungseinheit (10) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optisches Erfassen (100; 400; 430) der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2), vorzugsweise jedes optische Erfassen (100, 400, 430) der Aufladeanschlussauf nahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2), unter Beleuchtung der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) mittels wenigstens einer Beleuchtungseinheit (14) erfolgt, welche vor zugsweise mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Ausrichten (600) des Aufladeanschlusses (12) gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme (21) mit tels der Positionierungseinheit (10), und
Zusammenführen (700) des Aufladeanschlusses (12) und der Aufladeanschlussaufnahme (21) mit tels der Positionierungseinheit (10).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten (600) des Aufladeanschlusses (12) gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme (21) die Teilschritte aufweist:
Ausrichten (610) der ersten Bilderfassungseinheit (13) gegenüber der Aufladeanschlussaufnahme (21), und
Verfahren (620) der ersten Bilderfassungseinheit (13), vorzugsweise in der Höhe (Z), von der Auf ladeanschlussaufnahme (21) weg, so dass der Aufladeanschluss (12) orientiert vor der Aufladean schlussaufnahme (21) positioniert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenführen (700) des Aufladeanschlusses (12) und der Aufladeanschlussaufnahme (21) mittels einer linearen Bewegung des Aufladeanschlusses (12) erfolgt, wobei die lineare Bewegung des Aufladeanschlusses (12) vorzugsweise mittels einer aktuierten Li nearachse der Positionierungseinheit (10) erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: wiederholendes optisches Erfassen (710a) des Aufladeanschlusses (12) und/oder der Aufladean schlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) während des Zusammenführens (700) mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13), und jeweils Vergleichen (720a) eines aktuell erfassten Bildes mit einem vorangehend erfassten Bild, vorzugsweise mit dem vorangehend erfassten Bild, und/oder wiederholendes Erfassen (710b) des Abstands des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschluss aufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) während des Zusammenführens (700) mittels wenigs tens eines Abstandssensors (15), welcher mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich angeord net ist, und jeweils Vergleichen (720b) des aktuell erfassten Abstands mit einem vorangehend erfassten Ab stand, vorzugsweise mit dem vorangehend erfassten Abstand.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: wiederholendes optisches Erfassen (800a) des Aufladeanschlusses (12) und/oder der Aufladean schlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) im zusammengeführten Zustand als weitere Bil der mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13), und jeweils Vergleichen (900a) des aktuell erfassten Bildes mit einem vorangehend erfassten Bild, vor zugsweise mit dem vorangehend erfassten Bild, und/oder wiederholendes Erfassen (800b) des Abstands des Aufladeanschlusses (12) zur Aufladeanschluss aufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) im zusammengeführten Zustand mittels wenigstens ei nes Abstandssensors (15), welcher mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich angeordnet ist, und jeweils Vergleichen (900b) des aktuell erfassten Abstands mit einem vorangehend erfassten Ab stand, vorzugsweise mit dem vorangehenden erfassten Abstand.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: optisches Erfassen (800c) des Aufladeanschlusses (12) und/oder der Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder des Fahrzeugs (2) im zusammengeführten Zustand als weiteres Bild mittels der ers ten Bilderfassungseinheit (13), und
Vergleichen (900c) des weiteren Bildes mit dem zweiten Bild oder mit dem dritten Bild.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ersten Bilderfassungseinheit (13) und/oder mittels wenigstens eines Abstandssensors (15) der Positionierungseinheit (10), welcher mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich ange ordnet ist, zumindest zeitweise, vorzugsweise durchgängig, eine Kollisionsüberwachung der Um gebung der Positionierungseinheit (10) und/oder des Aufladeanschlusses (12) erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einer zweiten Bilderfassungseinheit (17) zumindest zeitweise, vorzugsweise durchgängig, ein optisches Erfassen eines Arbeitsraums (B) der Positionierungseinheit (10) erfolgt, wobei basierend auf wenigstens einem optisch erfassten Bild der zweiten Bilderfassungseinheit (17) eine Kollisionsüberwachung des Arbeitsraums (B) und/oder ein Vorpositionieren des Aufladeanschlus- ses (12) zur Aufladeanschlussaufnahme (21) und/oder zum Fahrzeug (2) mittels der Positionie rungseinheit (10) erfolgt.
17. Vorrichtung (1) zum selbsttätigen Verbinden eines Aufladeanschlusses (12) mit einer Aufladean schlussaufnahme (21) eines Fahrzeugs (2), vorzugsweise eines Landfahrzeugs (2), mit wenigstens einer Positionierungseinheit (10), welche ausgebildet ist, den Aufladeanschluss
(12) zu positionieren, vorzugsweise ferner zu orientieren, mit wenigstens einer ersten Bilderfassungseinheit (13), welche mit dem Aufladeanschluss (12) mitbeweglich angeordnet und ausgebildet ist, wenigstens die Aufladeanschlussaufnahme (21) des Fahrzeugs (2) optisch zu erfassen, und mit wenigstens einer Steuerungseinheit (16), welche ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
18. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer les baren Medium gespeichert ist, zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
16.
PCT/EP2019/054913 2018-03-02 2019-02-27 Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen verbinden eines aufladeanschlusses mit einer aufladeanschlussaufnahme eines fahrzeugs, insbesondere eines landfahrzeugs WO2019166519A1 (de)

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