用于为电动车辆充电的装置和方法、以及用于校准为电动车辆充电的装置的方法制造方法及图纸

一种用于为电动车辆(200)充电的装置(100)和方法、以及一种用于校准为电动车辆(200)充电的装置(100)的方法，该装置(100)包括布置在机器人的末端执行器(300)上并且被配置为与电动车辆(200)上的充电端口(21)匹配的充电头(11)；布置在末端执行器(300)上并且被配置为捕获充电端口(21)的图像的相机(12)；布置在末端执行器上(300)并且被配置为检测充电头(11)的受力情况的力传感器(13)；以及控制器(14)，该控制器(14)被配置为：基于充电端口(21)的图像确定充电端口(21)的位置；基于充电端口(21)的位置确定用于将充电头(11)插入充电端口(21)的起始位置；使末端执行器(300)将充电头(11)移向起始位置；以及响应于充电头(11)到达起始位置，使末端执行器(300)基于充电头(11)的受力情况移动充电头(11)，直到充电头(11)的插入完成。头(11)的插入完成。头(11)的插入完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于为电动车辆充电的装置和方法、以及用于校准为电动车辆充电的装置的方法


[0001]本公开的实施例总体上涉及电动车辆的充电，并且更具体地涉及一种用于为电动车辆充电的装置和方法、以及一种用于校准用于为电动车辆充电的装置的方法。

技术介绍

[0002]如今，电动车辆(EV)由于其优异的节电和环保性能而得到越来越广泛的应用。EV通常包括布置在车辆的车身表面上的电池和充电端口。如果电池需要通过外部电源充电，则操作者可以抓住充电头并且将其插入充电端口。
[0003]由于电池通常具有有限容量并且需要长时间充电，因此EV通常不适合长距离行驶。大容量电池和大功率快速充电是解决这些问题的一些解决方案。然而，随着充电功率(例如，350KW)的增加，充电头及其对应线缆变得越来越重，操作者难以舒适地进行插入/拔出。
[0004]自动机电装置(例如，机器人)可以用于促进充电头插入充电端口。在典型的机器人辅助EV充电系统中，充电端口的位置可以通过各种传感器来检测。然后，机器人握住充电头，并且根据检测到的充电端口的位置将充电头插入充电端口。然而，在这个过程中存在很多挑战。
[0005]在常规的EV充电系统中，充电头和充电端口被设计为具有非常严格的容差和较长的配合距离。采用这种布置，在插入过程中，典型的挑战是，由于物理尺寸不规则和充电头与充电端口之间的未对准，会生成接触力和扭矩。在常规的EV充电系统中，无法快速准确地预测和响应于接触力/扭矩。因此，存在插入过程可能失败以及充电头和充电端口在插入过程中发生损坏的风险。

技术实现思路

[0006]本公开的实施例提供了一种用于为电动车辆充电的装置和方法、以及一种用于校准用于为电动车辆充电的装置的方法。
[0007]在第一方面，提供了一种用于为电动车辆充电的装置。该装置包括布置在机器人的末端执行器上并且被配置为与电动车辆上的充电端口匹配的充电头；布置在末端执行器上并且被配置为捕获充电端口的图像的相机；布置在末端执行器上并且被配置为检测充电头的受力情况的力传感器；以及控制器，该控制器被配置为：基于充电端口的图像确定充电端口的位置；基于充电端口的位置确定用于将充电头插入充电端口的起始位置；使末端执行器将充电头移向起始位置；以及响应于充电头到达起始位置，使末端执行器基于充电头的受力情况移动充电头，直到充电头的插入完成。
[0008]在本公开的实施例中，可以基于充电头在插入过程中的受力情况控制充电头的运动，从而避免插入失败并且减少对充电装置的物理损坏。
[0009]在一些实施例中，控制器被配置为通过以下方式使末端执行器基于充电头的受力
情况移动充电头：响应于受力情况指示在与充电头的插入方向相交的方向上的横向力超过第一阈值，使末端执行器移动充电头以减小横向力；以及响应于受力情况指示在与插入方向相反的方向上的竖直力超过第二阈值，使末端执行器停止移动。
[0010]在一些实施例中，该装置还包括布置在末端执行器上并且被配置为检测充电端口与距离传感器之间的距离的距离传感器，其中控制器还被配置为基于充电端口的图像和检测到的距离来确定充电端口的位置。
[0011]在一些实施例中，距离传感器包括超声波传感器或激光传感器。
[0012]在一些实施例中，控制器被配置为通过以下方式基于充电端口的图像来确定充电端口的位置：使相机捕获充电端口的初始图像；确定充电端口在初始图像中的中心点；使相机围绕中心点从不同角度捕获充电端口的多个中间图像；基于多个中间图像确定充电端口的姿态；使末端执行器基于充电端口的姿态移动，使得相机的图像平面与充电端口的表面平行；使相机捕获充电端口的最终图像；以及基于最终图像确定充电端口的位置。
[0013]在第二方面，提供了一种用于为电动车辆充电的方法。该方法包括：基于由布置在机器人的末端执行器上的相机捕获的充电端口图像确定电动车辆上充电端口的位置；基于充电端口的位置确定用于将充电头插入充电端口的起始位置，充电头布置在末端执行器上并且被配置为与充电端口匹配；使末端执行器将充电头移向起始位置；以及响应于充电头到达起始位置，使末端执行器基于充电头的受力情况移动充电头，直到充电头的插入完成。
[0014]在一些实施例中，使末端执行器基于充电头的受力情况移动充电头包括：响应于受力情况指示在与充电头的插入方向相交的方向上的横向力超过第一阈值，使末端执行器移动充电头以减小横向力；以及响应于受力情况指示在与插入方向相反的方向上的竖直力超过第二阈值，使末端执行器停止移动。
[0015]在一些实施例中，该方法还包括：使布置在末端执行器上的距离传感器检测充电端口与距离传感器之间的距离；以及基于充电端口的图像和检测到的距离来确定充电端口的位置。
[0016]在一些实施例中，距离传感器包括超声波传感器或激光传感器。
[0017]在一些实施例中，基于充电端口的图像确定充电端口的位置包括：使相机捕获充电端口的初始图像；确定充电端口在初始图像中的中心点；使相机围绕中心点从不同角度捕获充电端口的多个中间图像；基于多个中间图像确定充电端口的姿态；使末端执行器基于充电端口的姿态移动，使得相机的图像平面与充电端口的表面平行；使相机捕获充电端口的最终图像；以及基于最终图像确定充电端口的位置。
[0018]在第三方面，提供了一种用于校准用于为电动车辆充电的装置的方法。该装置包括布置在机器人的末端执行器上并且被配置为与电动车辆上的充电端口匹配的充电头、布置在末端执行器上并且被配置为捕获充电端口的图像的相机、以及距离传感器，距离传感器布置在末端执行器上并且被配置为检测充电端口与距离传感器之间的距离。该方法包括：使相机捕获在布置在该装置前面的反射镜中反射的该装置的反射图像，其中相机的图像平面被设置为与反射镜平行；根据捕获到的反射图像确定相机与充电头之间的第一位置关系；使距离传感器检测反射镜与距离传感器之间的距离；以及基于捕获到的反射图像和反射镜与距离传感器之间的距离，来确定相机与距离传感器之间的第二位置关系。
[0019]在本公开的实施例中，反射镜布置在该装置前面以直接确定相机、距离传感器和
充电头之间的几何关系。以这种方式，可以精确地获取这些组件之间的几何关系。
[0020]在一些实施例中，该方法还包括：基于第一位置关系和相机与末端执行器之间的预定位置关系，来确定充电头在机器人的坐标系中的位置；以及基于第二位置关系和相机与末端执行器之间的预定位置关系，来确定距离传感器在机器人的坐标系中的位置。
[0021]在一些实施例中，相机与末端执行器之间的预定位置关系是通过手眼校准获取的。
附图说明
[0022]本文中描述的附图被提供以进一步解释本公开并且构成本公开的一部分。本公开中的示例实施例及其解释用于解释本公开，并不用于对本公开做出不当的限定。
[0023]图1示出了根据本公开的实施例的电动车辆和用于为电动车辆充电的装置的示意图；
[0024]图2示出了根据本公开的实施例的布置在电动车辆上的充电端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于为电动车辆(200)充电的装置(100)，包括：充电头(11)，布置在机器人的末端执行器(300)上并且被配置为与所述电动车辆(200)上的充电端口(21)匹配；相机(12)，布置在所述末端执行器(300)上并且被配置为捕获所述充电端口(21)的图像；力传感器(13)，布置在所述末端执行器(300)上并且被配置为检测所述充电头(11)的受力情况；以及控制器(14)，被配置为：基于所述充电端口(21)的所述图像，确定所述充电端口(21)的位置；基于所述充电端口(21)的所述位置，确定用于将所述充电头(11)插入所述充电端口(21)的起始位置；使所述末端执行器(300)将所述充电头(11)移向所述起始位置；以及响应于所述充电头(11)到达所述起始位置，使所述末端执行器(300)基于所述充电头(11)的所述受力情况移动所述充电头(11)，直到所述充电头(11)的插入完成。2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述控制器被配置为通过以下方式使所述末端执行器(300)基于所述充电头(11)的所述受力情况移动所述充电头(11)：响应于所述受力情况指示在与所述充电头(11)的插入方向(X)相交的方向上的横向力超过第一阈值，使所述末端执行器(300)移动所述充电头(11)以减少所述横向力；以及响应于所述受力情况指示在与所述插入方向(X)相反的方向上的竖直力超过第二阈值，使所述末端执行器(300)停止移动。3.根据权利要求1所述的装置(100)，还包括：距离传感器(15)，布置在所述末端执行器(300)上并且被配置为检测所述充电端口(21)与所述距离传感器(15)之间的距离，其中所述控制器(14)还被配置为：基于所述充电端口(21)的所述图像和检测到的所述距离，来确定所述充电端口(21)的所述位置。4.根据权利要求3所述的装置(100)，其中所述距离传感器(15)包括超声波传感器或激光传感器。5.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述控制器(14)被配置为通过以下方式基于所述充电端口(21)的所述图像来确定所述充电端口(21)的所述位置：使所述相机(12)捕获所述充电端口(21)的初始图像(210)；确定所述充电端口(21)在所述初始图像(210)中的中心点(2101)；使所述相机(12)围绕所述中心点(2101)从不同角度捕获所述充电端口(21)的多个中间图像(211)；基于所述多个中间图像(211)确定所述充电端口(21)的姿态；使所述末端执行器(300)基于所述充电端口(21)的所述姿态移动，使得所述相机(12)的图像平面与所述充电端口(21)的表面平行；使所述相机(12)捕获所述充电端口(21)的最终图像(212)；以及基于所述最终图像(212)确定所述充电端口(21)的所述位置。6.一种用于为电动车辆(200)充电的方法，包括：
基于由布置在机器人的末端执行器(300)上的相机(12)捕获的充电端口(21)的图像，确定所述电动车辆(200)上的所述充电端口(21)的位置；基于所述充电端口(21)的所述位置确定用于将充电头(11)插入所述充电端口(21)的起始位置，所述充电头(11)布置在所述末端执行器(300)上并且被配置为与所述充电端口(21)匹配；使所述末端执行器(300)将所述充电头(11)移向所述起始位置；以及响应于所述充电头(11)到达所述起始位置，使所述末端执行器(300)基于所述充电头(11)的受力情况移动所述充电头(11)，直到所述充电头(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲松，田冀焕，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：