一种自动充电站控制系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动充电站控制系统的控制方法，其包括示教控制方法、取枪充电过程控制方法和充完收枪过程控制方法；本发明专利技术采用激光位移传感器和视觉定位单元组合确定待充电电动公交车充电插座的位置，应用六轴机械臂带动充电枪机械手，具备自动从充电桩抓取充电枪，并插入待充电电动公交车的充电插座，再控制充电桩启动充电，充电完成后，能自动停止充电，并从待充电电动公交车的充电插座抓取充电枪、拔出充电枪，再送回充电桩的插座，最后进入待机位置，可实现电动公交车充电自动化作业。本发明专利技术与传统的人工作业相比，降低了劳动强度，节省了人力资源成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自动充电站控制系统的控制方法
本专利技术涉及充电站控制领域，适用于城市电动公交车充电场站自动充电领域，尤其是一种自动充电站控制系统的控制方法。
技术介绍
电动公交车具有零排放、运营成本低等优点，在新能源鼓励政策的大力支持下快速发展。充电作业是电动公交车在运营过程中的一项重要工作。直流传导充电是目前电动公交车的标准充电方式，由充电场站的充电桩完成交直流变换，通过充电枪插入电动公交车上的充电插座进行充电。由于电动公交车电池容量较大，为了满足充电速度的要求，充电功率也相应提高，达到几十千瓦甚至上百千瓦，需要较大截面积的电缆才能通过数百安培的充电电流。为了保证充电枪与充电插座电极连接的可靠性，减小接触电阻，插拔充电枪需要数百牛顿的操作力，加上充电枪电缆的重量，使得充电作业比较困难。当前电动公交车充电作业主要采用人工操作，劳动强度大，而且随着电动公交车线路和数量随之增加，需要配置更多的充电操作工值守，人力资源成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种自动充电站控制系统的控制方法，可实现电动公交车充电作业自动化，且在降低充电作业劳动强度和节约人力资源成本方面具有显著的效益。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种自动充电站控制系统的控制方法，包括示教控制方法、取枪充电过程控制方法和充完收枪过程控制方法。所述示教控制方法，包括以下步骤：输入并保存待机位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置；控制机械手抓取充电枪并使充电枪完全插入至充电桩的插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为取枪位置坐标或收枪位置坐标；控制机械手松开充电枪，控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备取枪位置坐标或拔枪位置坐标或准备收枪位置坐标或收枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到取枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪运动到拔枪位置坐标，之后六轴机械臂转动到靠近待充电电动公交车的充电插座法向方向的位置；控制六轴机械臂调整机械手的姿态，使采集图像和距离数据的设备能够对准待充电电动公交车的充电插座，保存六轴机械臂的当前坐标并记为示教的组合定位检测位置坐标，同时读取并保存当前的待充电电动公交车的充电插座的视觉检测坐标和距离检测值；控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪并使充电枪完全插入待充电电动公交车的充电插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为插枪充电位置坐标；控制机械手松开充电枪；控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备插枪位置坐标或空手退回位置坐标或准备退枪位置坐标或携枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置坐标，完成示教。所述示教控制方法由管理人员操作，且运行前只需示教一次。进一步地，所述示教控制方法的具体过程如下：步骤S101：待充电电动公交车停车至充电车位，打开充电插座的装饰盖和保护盖。步骤S102：输入并保存待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)，通过六轴机械臂控制器点动控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)。步骤S103：控制系统检测步骤S102动作完成信号，人工从充电桩上取下充电枪，通过机械手控制模块点动控制机械手抓手驱动气缸抓紧充电枪。步骤S104：可编程控制器检测到抓手抓紧信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动抓紧充电枪的机械手运动，直至充电枪完全插入充电桩的插座，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)，该位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)有两个定义，一是取枪位置坐标，二是收枪位置坐标。步骤S105：通过机械手控制模块点动控制锁扣操作气缸缩回上锁，将充电枪锁定在充电桩的插座上，可编程控制器检测到锁扣上锁信号后，点动控制机械手抓手驱动气缸松开充电枪。步骤S106：可编程控制器检测到抓手松开信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手沿充电枪插入方向逆向直线运动，直至机械手和充电枪抓手完全分离，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)，该位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)有四个定义，一是准备取枪位置坐标，二是拔枪位置坐标，三是准备收枪位置坐标，四是收枪退回位置坐标。步骤S107：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到取枪位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)。步骤S108：通过机械手控制模块点动控制机械手抓手驱动气缸抓紧充电枪，可编程控制器检测到抓手抓紧信号后，点动控制锁扣操作气缸伸出解锁。步骤S109：可编程控制器检测到锁扣解锁信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到拔枪位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)。步骤S110：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手和充电枪转动到靠近待充电电动公交车的充电插座法向方向的位置。步骤S111：通过六轴机械臂控制器点动控制，调整机械手的姿态，使工业相机的光轴垂直于充电插座，同时使激光位移传感器发出的光束照射到待充电电动公交车的充电插座周围的装饰板上，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为示教的组合定位检测位置坐标P4(X4、Y4、Z4、U4、V4、W4)，同时还读取并保存示教位置时激光位移传感器的检测值D1和视觉定位单元检测的待充电电动公交车的充电插座坐标VP1(VY1、VZ1)。步骤S112：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手和充电枪运动，直至充电枪完全插入待充电电动公交车的充电插座，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为插枪充电位置坐标P5(X5、Y5、Z5、U5、V5、W5)。步骤S113：通过机械手控制模块点动控制锁扣操作气缸缩回上锁，将充电枪锁定在待充电电动公交车的充电插座上，可编程控制器检测到锁扣上锁信号后，点动控制抓手驱动气缸松开充电枪。步骤S114：可编程控制器检测到抓手松开信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手沿插枪充电方向逆向直线运动，直至机械手和充电枪抓手完全分离，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P6(X6、Y6、Z6、U6、V6、W6)，该位置坐标P6(X6、Y6、Z6、U6、V6、W6)有四个定义，一是准备插枪位置坐标，二是空手退回位置坐标，三是准备退枪位置坐标，四是携枪退回位置坐标。步骤S115：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手转回到靠近充电桩的位置。步骤S116：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)，完成示教。所述取枪充电过程控制方法，包括以下步骤：发出取枪充电指令；控制六轴机械臂带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动充电站控制系统的控制方法，其特征在于，包括示教控制方法、取枪充电过程控制方法和充完收枪过程控制方法；/n所述示教控制方法，包括以下步骤：输入并保存待机位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置；控制机械手抓取充电枪并使充电枪完全插入至充电桩的插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为取枪位置坐标或收枪位置坐标；控制机械手松开充电枪，控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备取枪位置坐标或拔枪位置坐标或准备收枪位置坐标或收枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到取枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪运动到拔枪位置坐标，之后六轴机械臂转动到靠近待充电电动公交车的充电插座法向方向的位置；控制六轴机械臂调整机械手的姿态，使采集图像和距离数据的设备能够对准待充电电动公交车的充电插座，保存六轴机械臂的当前坐标并记为示教的组合定位检测位置坐标，同时读取并保存当前的待充电电动公交车的充电插座的视觉检测坐标和距离检测值；控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪并使充电枪完全插入待充电电动公交车的充电插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为插枪充电位置坐标；控制机械手松开充电枪；控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备插枪位置坐标或空手退回位置坐标或准备退枪位置坐标或携枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置坐标，完成示教；/n所述取枪充电过程控制方法，包括以下步骤：发出取枪充电指令；控制六轴机械臂带动机械手从待机位置坐标依次运动到准备取枪位置坐标和取枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪依次运动到拔枪位置坐标和示教的组合定位检测位置坐标；计算待充电电动公交车相对示教时的位移变化量，得到新的组合定位检测位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪运动到新的组合定位检测位置坐标；计算待充电电动公交车充电插座相对示教时的偏移量，并基于该偏移量计算新的插枪充电位置坐标和新的准备插枪位置坐标或新的空手退回位置坐标或新的准备退枪位置坐标或新的携枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪依次运动到新的准备插枪位置坐标和新的插枪充电位置坐标，并将充电枪插入待充电电动公交车的充电插座中并锁定；检测到充电枪插接到位后，启动充电命令，充电桩启动充电作业；机械手松开充电枪，并控制六轴机械臂带动机械手依次运动到新的空手退回位置坐标和待机位置坐标，取枪充电过程结束；/n所述充完收枪过程控制方法，包括以下步骤：发出充完收枪指令，充电桩停止充电作业；控制六轴机械臂带动机械手依次运动到新的组合定位检测位置坐标和新的准备退枪位置坐标；根据新的插枪充电位置坐标和下垂补偿坐标计算退枪位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手运动到退枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪依次运动到新的携枪退回位置坐标、准备收枪位置坐标和收枪位置坐标，使充电枪插入在充电桩的插座上并锁定；机械手松开充电枪，并控制六轴机械臂带动机械手依次运动到收枪退回位置坐标和待机位置坐标，充完收枪过程结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自动充电站控制系统的控制方法，其特征在于，包括示教控制方法、取枪充电过程控制方法和充完收枪过程控制方法；
所述示教控制方法，包括以下步骤：输入并保存待机位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置；控制机械手抓取充电枪并使充电枪完全插入至充电桩的插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为取枪位置坐标或收枪位置坐标；控制机械手松开充电枪，控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备取枪位置坐标或拔枪位置坐标或准备收枪位置坐标或收枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到取枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪运动到拔枪位置坐标，之后六轴机械臂转动到靠近待充电电动公交车的充电插座法向方向的位置；控制六轴机械臂调整机械手的姿态，使采集图像和距离数据的设备能够对准待充电电动公交车的充电插座，保存六轴机械臂的当前坐标并记为示教的组合定位检测位置坐标，同时读取并保存当前的待充电电动公交车的充电插座的视觉检测坐标和距离检测值；控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪并使充电枪完全插入待充电电动公交车的充电插座并锁定，保存六轴机械臂的当前坐标并记为插枪充电位置坐标；控制机械手松开充电枪；控制六轴机械臂带动机械手逆向运动至完全脱离充电枪，保存六轴机械臂的当前坐标并记为准备插枪位置坐标或空手退回位置坐标或准备退枪位置坐标或携枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置坐标，完成示教；
所述取枪充电过程控制方法，包括以下步骤：发出取枪充电指令；控制六轴机械臂带动机械手从待机位置坐标依次运动到准备取枪位置坐标和取枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪依次运动到拔枪位置坐标和示教的组合定位检测位置坐标；计算待充电电动公交车相对示教时的位移变化量，得到新的组合定位检测位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪运动到新的组合定位检测位置坐标；计算待充电电动公交车充电插座相对示教时的偏移量，并基于该偏移量计算新的插枪充电位置坐标和新的准备插枪位置坐标或新的空手退回位置坐标或新的准备退枪位置坐标或新的携枪退回位置坐标；控制六轴机械臂带动机械手携带充电枪依次运动到新的准备插枪位置坐标和新的插枪充电位置坐标，并将充电枪插入待充电电动公交车的充电插座中并锁定；检测到充电枪插接到位后，启动充电命令，充电桩启动充电作业；机械手松开充电枪，并控制六轴机械臂带动机械手依次运动到新的空手退回位置坐标和待机位置坐标，取枪充电过程结束；
所述充完收枪过程控制方法，包括以下步骤：发出充完收枪指令，充电桩停止充电作业；控制六轴机械臂带动机械手依次运动到新的组合定位检测位置坐标和新的准备退枪位置坐标；根据新的插枪充电位置坐标和下垂补偿坐标计算退枪位置坐标，并控制六轴机械臂带动机械手运动到退枪位置坐标；控制机械手抓取充电枪，并携带解锁后的充电枪依次运动到新的携枪退回位置坐标、准备收枪位置坐标和收枪位置坐标，使充电枪插入在充电桩的插座上并锁定；机械手松开充电枪，并控制六轴机械臂带动机械手依次运动到收枪退回位置坐标和待机位置坐标，充完收枪过程结束。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述示教控制方法的具体过程如下：
步骤S101：待充电电动公交车停车至充电车位，打开充电插座的装饰盖和保护盖；
步骤S102：输入并保存待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)，通过六轴机械臂控制器点动控制六轴机械臂带动机械手运动到待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)；
步骤S103：控制系统检测步骤S102动作完成信号，人工从充电桩上取下充电枪，通过机械手控制模块点动控制机械手抓手驱动气缸抓紧充电枪；
步骤S104：可编程控制器检测到抓手抓紧信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动抓紧充电枪的机械手运动，直至充电枪完全插入充电桩的插座，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)，该位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)有两个定义，一是取枪位置坐标，二是收枪位置坐标；
步骤S105：通过机械手控制模块点动控制锁扣操作气缸缩回上锁，将充电枪锁定在充电桩的插座上，可编程控制器检测到锁扣上锁信号后，点动控制机械手抓手驱动气缸松开充电枪；
步骤S106：可编程控制器检测到抓手松开信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手沿充电枪插入方向逆向直线运动，直至机械手和充电枪抓手完全分离，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)，该位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)有四个定义，一是准备取枪位置坐标，二是拔枪位置坐标，三是准备收枪位置坐标，四是收枪退回位置坐标；
步骤S107：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到取枪位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)；
步骤S108：通过机械手控制模块点动控制机械手抓手驱动气缸抓紧充电枪，可编程控制器检测到抓手抓紧信号后，点动控制锁扣操作气缸伸出解锁；
步骤S109：可编程控制器检测到锁扣解锁信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到拔枪位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)；
步骤S110：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手和充电枪转动到靠近待充电电动公交车的充电插座法向方向的位置；
步骤S111：通过六轴机械臂控制器点动控制，调整机械手的姿态，使工业相机的光轴垂直于充电插座，同时使激光位移传感器发出的光束照射到待充电电动公交车的充电插座周围的装饰板上，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为示教的组合定位检测位置坐标P4(X4、Y4、Z4、U4、V4、W4)，同时还读取并保存示教位置时激光位移传感器的检测值D1和视觉定位单元检测的待充电电动公交车的充电插座坐标VP1(VY1、VZ1)；
步骤S112：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手和充电枪运动，直至充电枪完全插入待充电电动公交车的充电插座，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为插枪充电位置坐标P5(X5、Y5、Z5、U5、V5、W5)；
步骤S113：通过机械手控制模块点动控制锁扣操作气缸缩回上锁，将充电枪锁定在待充电电动公交车的充电插座上，可编程控制器检测到锁扣上锁信号后，点动控制抓手驱动气缸松开充电枪；
步骤S114：可编程控制器检测到抓手松开信号后，通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手沿插枪充电方向逆向直线运动，直至机械手和充电枪抓手完全分离，工业控制计算机读取六轴机械臂控制器反馈的当前位置坐标，并保存为位置坐标P6(X6、Y6、Z6、U6、V6、W6)，该位置坐标P6(X6、Y6、Z6、U6、V6、W6)有四个定义，一是准备插枪位置坐标，二是空手退回位置坐标，三是准备退枪位置坐标，四是携枪退回位置坐标；
步骤S115：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手转回到靠近充电桩的位置；
步骤S116：通过六轴机械臂控制器点动控制，带动机械手运动到待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)，完成示教。


3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述示教控制方法由管理人员操作，且运行前只需示教一次。


4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述取枪充电过程控制方法的具体过程如下：
步骤S201：待充电电动公交车停车至充电车位，打开充电插座装饰盖和保护盖；
步骤S202：用户通过触摸屏或智能手机向控制系统发出取枪充电指令；
步骤S203：控制系统收到取枪指令后，控制六轴机械臂带动机械手从待机位置坐标P1(X1、Y1、Z1、U1、V1、W1)运动到靠近充电桩的准备取枪位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)；
步骤S204：控制系统检测步骤S203动作完成信号，控制六轴机械臂带动机械手从准备取枪位置坐标P3(X3、Y3、Z3、U3、V3、W3)直线运动到取枪位置坐标P2(X2、Y2、Z2、U2、V2、W2)；
步骤S205：控制系统检测步骤S204动作完成信号，机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎明，李少雄，钱峰，杨永柱，曹筱欧，徐志宏，贺瑞，张立玲，董子君，何玉龙，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国网天津市电力公司滨海供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12