阅读说明：本技术 一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人 (Automatic charging robot of slide rail formula new energy automobile ) 是由 赫雷 周克栋 徐煜 刘强 缪桓举 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人,包括直线驱动机构、基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、充电插头、双目相机、控制器；基座与直线驱动机构相连,直线驱动机构带动基座直线运行；第一关节下端与基座转动连接；第二关节与第一关节相连,可沿第一关节上下直线运行；第三关节与第二关节末端转动连接；第四关节与第三关节末端转动连接；充电插头通过转动电机连接在第四关节末端；转动电机用于驱动充电插头端面平行于充电口所在平面；所述双目相机固定在第四关节,用于获取汽车类型和充电口位置；所述控制器用于控制各关节的运动和双目相机的工作。本发明可对充电口位于不同方位的汽车进行充电。(The invention discloses a slide rail type automatic charging robot for a new energy automobile, which comprises a linear driving mechanism, a base, a first joint, a second joint, a third joint, a fourth joint, a charging plug, a binocular camera and a controller, wherein the linear driving mechanism is arranged on the base; the base is connected with a linear driving mechanism, and the linear driving mechanism drives the base to linearly run; the lower end of the first joint is rotatably connected with the base; the second joint is connected with the first joint and can linearly move up and down along the first joint; the third joint is rotationally connected with the tail end of the second joint; the fourth joint is rotationally connected with the tail end of the third joint; the charging plug is connected to the tail end of the fourth joint through a rotating motor; the rotating motor is used for driving the end face of the charging plug to be parallel to the plane of the charging port; the binocular camera is fixed on the fourth joint and used for acquiring the type of the automobile and the position of the charging port; the controller is used for controlling the movement of each joint and the work of the binocular camera. The invention can charge the automobiles with the charging ports positioned in different directions.)

一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人

技术领域

本发明属于电动汽车自动充电领域，特别是一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人。

背景技术

随着新能源汽车在国内外的发展，新能源汽车对充电桩的需求也越来越多，目前市面上充电桩都需要人工操作，过程繁琐，还存在一定危险。新能源汽车的自动充电能给人们的出行带来更好的体验。

中国专利公开号CN 108790872 A公开了基于移动机器人的电动汽车充电方法、移动机器人及后台，该移动机器人能够自动引导运输车到指定需要充电的电动汽车处，给汽车进行充电。但是整个过程充电机器人的不固定性、需要携带充电枪等设备，给充电带来了不便性。中国专利公开号CN 108859799 A公开了一种电动车辆自动充电系统及方法，该系统能够自动完成取枪、插枪、拔枪的动作。但是、现在汽车充电口有的位于汽车的正前方，有的位于汽车的侧方。该系统只能给侧方的汽车进行充电，无法满足自动充电通用性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人，以对充电口位于不同方位的汽车进行充电。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人，包括直线驱动机构、基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、充电插头、双目相机、控制器；

所述基座与直线驱动机构相连，所述直线驱动机构用于带动基座直线运行；所述第一关节下端与基座转动连接，转动方向垂直于直线驱动机构运动方向；所述第二关节与第一关节相连，可沿第一关节上下直线运行；所述第三关节与第二关节末端转动连接，转动方向平行于第一关节转动反向；所述第四关节与第三关节末端转动连接，转动方向平行于第一关节转动反向；所述充电插头通过转动电机连接在第四关节末端；转动电机用于驱动充电插头端面平行于充电口所在平面；所述双目相机固定在第四关节，用于获取汽车类型和充电口位置；所述控制器用于控制各关节的运动和双目相机的工作。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明设有滑动导轨、能够移动机械臂，既能够为充电口位于侧方的电动汽车充电，也能够为充电口位于前或者后方的电动汽车充电。

(2)本发明能够自动识别汽车充电口，自动插拔汽车充电枪进行充电。

附图说明

图1为充电口位于正前或者正后方充电示意图。

图2为充电口位于侧方充电示意图。

图3为底座丝杆机构内部结构图。

图4为第一关节内部结构图。

图5为第二关节内部结构图。

图6为第四关节与充电插头连接图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1、图2，本发明的一种滑轨式新能源汽车自动充电机器人，包括直线驱动机构1、基座2、第一关节3、第二关节6、第三关节7、第四关节11、充电插头9、双目相机10、控制器；

所述基座2与直线驱动机构1相连，所述直线驱动机构1用于带动基座2直线运行；所述第一关节3下端与基座2转动连接，转动方向垂直于直线驱动机构1运动方向；所述第二关节6与第一关节3相连，可沿第一关节3上下直线运行；所述第三关节8与第二关节6末端转动连接，转动方向平行于第一关节3转动反向；所述第四关节11与第三关节3末端转动连接，转动方向平行于第一关节3转动反向；所述充电插头9通过转动电机连接在第四关节11末端；转动电机用于驱动充电插头9端面平行于充电口所在平面；所述双目相机10固定在第四关节11，用于获取汽车类型和充电口位置；所述控制器用于控制各关节的运动和双目相机10的工作。

进一步的，结合图3，所述直线驱动机构1包括丝杆电机101、底座102、轴承座103、限位机构104、第一丝杠105、第一滑块106、联轴器107；

所述第一丝杠105设置在底座102内，第一丝杠105两端分别通过轴承座103支撑；所述丝杆电机101固定在底座102一端，丝杆电机101输出轴通过联轴器107与第一丝杠105相连；所述基座2与第一丝杠105的丝母相连；所述第一丝杠105两端设有限位机构104，用于对基座2的运行行程进行限位。

进一步的，所述限位机构104为行程开关。

进一步的，结合图4，所述第一关节3包括第一外壳301，第二丝杠302，第二滑块303，第二轴承座304、第一电机4；

所述第二丝杠302设置在第一外壳301内，第二丝杆302上下两端分别通过第二轴承座304支撑；所述第一电机4固定在第一外壳301上端，第一电机4输出轴通过联轴器与第二丝杠302相连；所述第二滑块303与第二丝杠302螺纹配合；所述第一外壳301沿高度方向上设导向槽；所述第二关节6穿过导向槽与第二滑块303固连，所述导向槽既对第二关节6上下运动起导向作用，避免第二关节6摆动，同时可对第二滑块303的转动进行限位。

进一步的，结合图5，所述第二关节包括第二外壳606、主动带轮602、皮带603、从动带轮605、第二电机5；

所述主动带轮602、皮带603、从动带轮605均设置在第二外壳606内；所述第二电机5与第二外壳606固定，第二电机5输出轴与主动带轮602相连；所述主动带轮602通过皮带603与从动带轮605相连；所述主动带轮602、从动带轮605轴向均平行于第二丝杠302轴向；所述从动带轮605输出轴与第三关节7相连。

进一步的，所述第二外壳606内还设有张紧机构604，张紧机构604由张紧轮，安装座组成，安装座固定在第二外壳606靠近从动带轮605处，安装座上端开有调节槽，张紧轮的一轴端与安装座上端的调节槽通过调节螺母连接，张紧轮可沿着安装座上端的槽的方向平动，张紧轮用于从皮带603内侧将皮带603张紧，通过调整张紧轮相对安装座上端的槽的位置，从而调整带轮的张紧。

进一步的，所述第三关节7与第二关节6结构相同，也采用带轮传动，第三关节7的从动带轮与第四关节11相连，用于驱动第四关机转动，具体结构，此处不再赘述。

进一步的，结合图6，所述双目相机10固接在第四关节11的外圆面上，并处于第三关节8的下方位置。所述充电插头9通过摆杆901与第四关节11末端转动连接；所述第四关节11末端固定有转动电机，转动电机输出轴与摆杆901相连，用于驱动充电插头9转动，以实现充电插头9位置，使充电插头9端面平行于充电口所在平面。

当有汽车驶入充电区域，即处于该装置附近时，由双目相机10获取到汽车的图像，将图像传给控制器，控制器通过现有的图像识别算法，识别该汽车的车型，以及判断该充电口所在汽车的方位。

若充电口位于汽车的侧方，控制器发出指令，机器人各个关节调整姿态，使得双目相机10正对汽车的侧面处，然后基座2沿着直线驱动机构1的第一丝杠105轴线运动，直到汽车充电口出现在双目相机10视线内，所有关节停止运动，拍摄汽车充电口的图像，将双目相机10所拍摄到图像传递给控制器。

若汽车充电口位于汽车的正前方或者正后方，控制器发出指令，基座2运动到直线驱动机构1的头部或者尾部，如图1所示。使得双目相机10正对着汽车的正前方或者正后方，在汽车充电上口已经打开的情况下，机器人调整双目相机10的位置，使得充电口位于双目相机10的视线内。拍摄汽车充电口的图像，将双目相机10所拍摄到图像传递给控制器。

然后控制器通过对双目相机10获取到的左、右图像分别做灰度化处理，转换成灰度图像，然后对图像做二值化阈值分割，对分割后的二值化图像中进行形态学操作；然后对图像轮廓进行过滤，去除长宽比大于1.1小于0.9的外形轮廓；进行圆的拟合，找到充电口的中心坐标；对左右两幅图进行特征点匹配，来计算出双目视差；根据双目相机标定得到的摄像机参数，应用平行双目视觉理论推导出的汽车充电口中心的三维坐标X,Y,Z，进而能够得到相机坐标系下的三维坐标。然后在进行摄像机坐标系与世界坐标系之间的坐标变换，即可求出充电口在世界坐标系下的三维坐标，在求出三维坐标后，还需要得到充电口平面与水平面所成的夹角，通过现有图像处理技术，得到充电口平面与水平面所成的夹角β，转动电机转动相应的角度，使得充电插头9的平面与充电口所处平面平行。

得到汽车充电口的三维坐标后和夹角β，控制器通过轨迹规划与运动规划算法，为机器人规划一条运动轨迹，使得充电口按照规划的轨迹运动，完成自动充电的动作，待充电完成后，自动充电机器人拔出充电插头9，回到初始位置。整个充电过程完成。