阅读说明：本技术 充电桩及其自动充电装置和方法 (Charging pile and automatic charging device and method thereof ) 是由 黄一凡 杨晓旦 孙昌顺 许波 郑隽一 张育铭 李德胜 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种充电桩及其自动充电装置和方法,所述装置包括：图像采集模块,用于从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像,其中,车辆充电接口上设置有两个间隔固定距离的第一定位点和第二定位点；目标识别模块,用于识别出每个图像中的第一定位点和第二定位点；交会定位模块,用于将多个图像两两组合,以分别进行双目定位,得到第一定位点对应的多组坐标和第二定位点对应的多组坐标；计算模块,用于根据第一定位点对应的设定坐标、第一定位点对应的多组坐标、第二定位点对应的设定坐标和第二定位点对应的多组坐标计算位移矩阵,并将位移矩阵发送至上位机,以便上位机根据位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电。(The invention provides a charging pile and an automatic charging device and method thereof, wherein the device comprises: the image acquisition module is used for respectively acquiring images of the vehicle charging interface from a plurality of different angles, wherein the vehicle charging interface is provided with a first positioning point and a second positioning point which are spaced at a fixed distance; the target identification module is used for identifying a first positioning point and a second positioning point in each image; the intersection positioning module is used for combining the plurality of images pairwise so as to respectively perform binocular positioning to obtain a plurality of groups of coordinates corresponding to the first positioning points and a plurality of groups of coordinates corresponding to the second positioning points; and the calculation module is used for calculating a displacement matrix according to the set coordinates corresponding to the first positioning point, the sets of coordinates corresponding to the first positioning point, the set coordinates corresponding to the second positioning point and the sets of coordinates corresponding to the second positioning point, and sending the displacement matrix to the upper computer, so that the upper computer controls the charging pile charging interface to be connected with the vehicle charging interface for charging according to the displacement matrix.)

充电桩及其自动充电装置和方法

技术领域

本发明涉及充电桩技术领域，具体涉及一种充电桩自动充电装置、一种充电桩和一种充电桩自动充电方法。

背景技术

汽车充电是目前对于新能源汽车行业研究的热点，而无人充电又是未来发展的方向。目前充电桩大多采用人工充电的方式，充电效率较低，还浪费了人力。部分充电桩采用无人充电方式，但是目前的无人充电实现充电接口识别定位的结构较为复杂，例如需设置两个摄像头，成本较高，而且定位会产生一定的误差，定位精度不高，无法保证每次识别都能获得目标精准的位置。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种充电桩及其自动充电装置和方法，能够对车辆充电接口进行准确定位，实现自动充电，从而能够节省人力资源，保障充电效率；定位精度较高，能够提高自动充电的可靠性、稳定性；结构相对简单，成本较低。

本发明采用的技术方案如下：

一种充电桩自动充电装置，包括：图像采集模块，所述图像采集模块用于从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，其中，所述车辆充电接口上设置有两个间隔固定距离的第一定位点和第二定位点；目标识别模块，所述目标识别模块用于识别出每个所述图像中的所述第一定位点和所述第二定位点；交会定位模块，所述交会定位模块用于将多个所述图像两两组合，以分别进行双目定位，得到所述第一定位点对应的多组坐标和所述第二定位点对应的多组坐标；计算模块，所述计算模块用于根据所述第一定位点对应的设定坐标、所述第一定位点对应的多组坐标、所述第二定位点对应的设定坐标和所述第二定位点对应的多组坐标计算位移矩阵，并将所述位移矩阵发送至上位机，以便所述上位机根据所述位移矩阵控制充电桩充电接口与所述车辆充电接口接合以进行充电。

所述图像采集模块包括可转动摄像头，所述可转动摄像头以光心为中心旋转以从多个不同角度拍摄图像。

所述第一定位点和所述第二定位点颜色不同，所述目标识别模块通过基于颜色的识别算法识别出每个所述图像中的所述第一定位点和所述第二定位点。

所述计算模块具体用于计算所述第一定位点对应的多组坐标的均值和所述第二定位点对应的多组坐标的均值，并将所述第一定位点对应的多组坐标的均值与所述第一定位点对应的设定坐标作差以得到所述第一定位点对应的位移矩阵，将所述第二定位点对应的多组坐标的均值与所述第二定位点对应的设定坐标作差以得到所述第二定位点对应的位移矩阵，以及在所述第一定位点对应的位移矩阵与所述第二定位点对应的位移矩阵相等或相差不超过预设误差时确定有效的位移矩阵。

一种充电桩，包括上述充电桩自动充电装置。

一种充电桩自动充电方法，包括以下步骤：从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，其中，所述车辆充电接口上设置有两个间隔固定距离的第一定位点和第二定位点；识别出每个所述图像中的所述第一定位点和所述第二定位点；将多个所述图像两两组合，以分别进行双目定位，得到所述第一定位点对应的多组坐标和所述第二定位点对应的多组坐标；根据所述第一定位点对应的设定坐标、所述第一定位点对应的多组坐标、所述第二定位点对应的设定坐标和所述第二定位点对应的多组坐标计算位移矩阵，并将所述位移矩阵发送至上位机，以便所述上位机根据所述位移矩阵控制充电桩充电接口与所述车辆充电接口接合以进行充电。

通过可转动摄像头以光心为中心旋转以从多个不同角度拍摄图像。

所述第一定位点和所述第二定位点颜色不同，通过基于颜色的识别算法识别出每个所述图像中的所述第一定位点和所述第二定位点。

计算位移矩阵具体包括：计算所述第一定位点对应的多组坐标的均值和所述第二定位点对应的多组坐标的均值，并将所述第一定位点对应的多组坐标的均值与所述第一定位点对应的设定坐标作差以得到所述第一定位点对应的位移矩阵，将所述第二定位点对应的多组坐标的均值与所述第二定位点对应的设定坐标作差以得到所述第二定位点对应的位移矩阵，以及在所述第一定位点对应的位移矩阵与所述第二定位点对应的位移矩阵相等或相差不超过预设误差时确定有效的位移矩阵。

本发明的有益效果：

本发明过从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，通过从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，并识别出每个图像中设置于车辆充电接口上的两个定位点，然后将多个图像两两组合，以分别进行双目定位，分别得到两个定位点对应的多组坐标，最后计算出位移矩阵，以便上位机根据该位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电，由此，能够对车辆充电接口进行准确定位，实现自动充电，从而能够节省人力资源，保障充电效率；定位精度较高，能够提高自动充电的可靠性、稳定性；结构相对简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的充电桩自动充电装置的方框示意图；

图2为双目视觉的原理图；

图3为交会定位的原理图；

图4为本发明实施例的充电桩自动充电方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的充电桩自动充电装置，包括图像采集模块10、目标识别模块20、交会定位模块30和计算模块40。图像采集模块10用于从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，其中，车辆充电接口上设置有两个间隔固定距离的第一定位点和第二定位点；目标识别模块20用于识别出每个图像中的第一定位点和第二定位点；交会定位模块30用于将多个图像两两组合，以分别进行双目定位，得到第一定位点对应的多组坐标和第二定位点对应的多组坐标；计算模块40用于根据第一定位点对应的设定坐标、第一定位点对应的多组坐标、第二定位点对应的设定坐标和第二定位点对应的多组坐标计算位移矩阵，并将位移矩阵发送至上位机，以便上位机根据位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电。

在本发明的一个实施例中，车辆充电接口上的第一定位点和第二定位点颜色不同，例如第一定位点A可为红色，第二定位点B可为蓝色。

在本发明的一个实施例中，图像采集模块10包括可转动摄像头，当待充电车辆在充电桩前停下后，可转动摄像头可以光心为中心旋转以从多个不同角度拍摄图像。在本发明的一个具体实施例中，可转动摄像头可分别以正对目标，即正对车辆充电接口、以光心为中心逆时针旋转30度、以光心为中心顺时针时针旋转30度这三个角度拍摄得到三个图像。其中，图像采集模块10可通过接收单片机发送的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波来控制可转动摄像头的旋转角度。上述可转动摄像头的可转动角度、可转动方向不是唯一的，在此不构成限制。所述可转动摄像头可以以任意转动方式工作，只要能获得同一目标的多张图像即可。例如，可转动摄像头可以正对目标、逆时针旋转15度、继续逆时针旋转15度，这三个角度拍摄得到三个图像。

由于第一定位点A和第二定位点B均有对应的颜色且颜色不同，因此，在本发明的一个实施例中，目标识别模块20可通过基于颜色的识别算法识别出每个图像中的第一定位点A和第二定位点B。例如，可通过meanshift算法提取第一定位点A和第二定位点B的质心。

交会定位模块30可将上述多个图像两两组合，得到多组双目视觉图像组，即每两个图像可看作是由双目摄像头拍摄到的，由于摄像头转动前后的姿态是已知的，可根据双目定位原理得到每组双目视觉图像组中的两个定位点的坐标，多组的双目定位采用共坐标系的标定方法，通过坐标转换统一坐标原点。每个定位点对应的坐标数量等于双目视觉图像组的数量。以可转动摄像头拍摄三个图像为例，将三个图像两两组合共可得到三组双目视觉图像组，因此可根据双目定位原理得到三组坐标：A1、A2、A3和B1、B2、B3。双目视觉的原理如图2所示，C₁和C₂分别表示两个摄像头的相平面，p点表示目标物体，p₁和p₂分别为p点在两个相平面上的投影。交会定位的原理如图3所示，在图3中，x_l和x_r分别表示目标物P在两个相平面上的投影，d表示充电口分别在两个摄像头所成的像的相平面之间的距离，f表示摄像头的焦距，T表示O_l和O_r两个位置的摄像头的距离，先求出d的大小，即d＝x_l-x_r，再根据相似三角形原理，求出Z，进一步地，结合摄像头在不同角度时的坐标，可得到目标物P的坐标。利用上述双目视觉的原理和交会定位的原理，便可计算得到每组双目视觉图像组中的两个定位点的坐标，即A1、A2、A3和B1、B2、B3。

计算模块40具体可计算第一定位点对应的多组坐标的均值A*和第二定位点对应的多组坐标的均值B*，并将第一定位点对应的多组坐标的均值A*与第一定位点对应的设定坐标A0作差以得到第一定位点对应的位移矩阵U，将第二定位点对应的多组坐标的均值B*与第二定位点对应的设定坐标B0作差以得到第二定位点对应的位移矩阵V，以及在第一定位点对应的位移矩阵U与第二定位点对应的位移矩阵V相等或相差不超过预设误差时确定有效的位移矩阵。其中，定位点对应的设定坐标为在上位机中设定的初始坐标，相当于充电桩充电接口上与车辆充电接口的定位点相对应的点的当前坐标。通过取多组，例如三组坐标的均值，能够有效降低定位误差，提高定位精度。U和V理论上应该相等，但是实际定位、计算时会产生一定的误差，导致U和V比较接近但不完全相等，通过将U和V进行比较，例如在U和V的相差不超过1％时取其任一(如U)或二者均值作为有效的位移矩阵，在U和V相差过大时重新采集图像、识别定位点、定位定位点坐标、计算位移矩阵，能够进一步提高充电接口的对接精度。

在确定有效的位移矩阵后，计算模块40可将确定的位移矩阵发送至上位机，上位机可根据该位移矩阵控制机械臂运动到相应位置，使充电桩充电接口与车辆充电接口接合，为待充电车辆充电。

根据本发明实施例的充电桩自动充电装置，通过图像采集模块从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，通过目标识别模块识别出每个图像中设置于车辆充电接口上的两个定位点，然后通过交会定位模块将多个图像两两组合，以分别进行双目定位，分别得到两个定位点对应的多组坐标，最后通过计算模块计算出位移矩阵，以便上位机根据该位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电，由此，能够对车辆充电接口进行准确定位，实现自动充电，从而能够节省人力资源，保障充电效率，并且定位精度较高，能够提高自动充电的可靠性、稳定性，此外，本发明实施例的装置结构相对简单，成本较低。

对应上述实施例的充电桩自动充电装置，本发明还提出一种充电桩。

本发明实施例的充电桩，包括本发明上述任一实施例的充电桩自动充电装置。

根据本发明实施例的充电桩，能够对车辆充电接口进行准确定位，实现自动充电，从而能够节省人力资源，保障充电效率，并且定位精度较高，能够提高自动充电的可靠性、稳定性，此外，结构相对简单，成本较低。

对应上述实施例的充电桩自动充电装置，本发明还提出一种充电桩自动充电方法。

如图4所示，本发明实施例的充电桩自动充电方法包括以下步骤：

S1，从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，其中，车辆充电接口上设置有两个间隔固定距离的第一定位点和第二定位点。

在本发明的一个实施例中，车辆充电接口上的第一定位点和第二定位点颜色不同，例如第一定位点A可为红色，第二定位点B可为蓝色。

在本发明的一个实施例中，当待充电车辆在充电桩前停下后，可通过可转动摄像头以光心为中心旋转以从多个不同角度拍摄图像。在本发明的一个具体实施例中，可转动摄像头可分别以正对目标，即正对车辆充电接口、以光心为中心逆时针旋转30度、以光心为中心顺时针时针旋转30度这三个角度拍摄得到三个图像。其中，可通过接收单片机发送的PWM波来控制可转动摄像头的旋转角度。上述可转动摄像头的可转动角度、可转动方向不是唯一的，在此不构成限制。所述可转动摄像头可以以任意转动方式工作，只要能获得同一目标的多张图像即可。

S2，识别出每个图像中的第一定位点和第二定位点。

由于第一定位点A和第二定位点B均有对应的颜色且颜色不同，因此，在本发明的一个实施例中，可通过基于颜色的识别算法识别出每个图像中的第一定位点A和第二定位点B。例如，可通过meanshift算法提取第一定位点A和第二定位点B的质心。

S3，将多个图像两两组合，以分别进行双目定位，得到第一定位点对应的多组坐标和第二定位点对应的多组坐标。

具体地，通过将上述多个图像两两组合，可得到多组双目视觉图像组，即每两个图像可看作是由双目摄像头拍摄到的，由于摄像头转动前后的姿态是已知的，可根据双目定位原理得到每组双目视觉图像组中的两个定位点的坐标，多组的双目定位采用共坐标系的标定方法，通过坐标转换统一坐标原点。每个定位点对应的坐标数量等于双目视觉图像组的数量。以可转动摄像头拍摄三个图像为例，将三个图像两两组合共可得到三组双目视觉图像组，因此可根据双目定位原理得到三组坐标：A1、A2、A3和B1、B2、B3。双目视觉的原理如图2所示，C₁和C₂分别表示两个摄像头的相平面，p点表示目标物体，p₁和p₂分别为p点在两个相平面上的投影。交会定位的原理如图3所示，在图3中，x_l和x_r分别表示目标物P在两个相平面上的投影，d表示充电口分别在两个摄像头所成的像的相平面之间的距离，f表示摄像头的焦距，T表示O_l和O_r两个位置的摄像头的距离，先求出d的大小，即d＝x_l-x_r，再根据相似三角形原理，求出Z，进一步地，结合摄像头在不同角度时的坐标，可得到目标物P的坐标。利用上述双目视觉的原理和交会定位的原理，便可计算得到每组双目视觉图像组中的两个定位点的坐标，即A1、A2、A3和B1、B2、B3。

S4，根据第一定位点对应的设定坐标、第一定位点对应的多组坐标、第二定位点对应的设定坐标和第二定位点对应的多组坐标计算位移矩阵，并将位移矩阵发送至上位机，以便上位机根据位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电。

具体地，可计算第一定位点对应的多组坐标的均值A*和第二定位点对应的多组坐标的均值B*，并将第一定位点对应的多组坐标的均值A*与第一定位点对应的设定坐标A0作差以得到第一定位点对应的位移矩阵U，将第二定位点对应的多组坐标的均值B*与第二定位点对应的设定坐标B0作差以得到第二定位点对应的位移矩阵V，以及在第一定位点对应的位移矩阵U与第二定位点对应的位移矩阵V相等或相差不超过预设误差时确定有效的位移矩阵。其中，定位点对应的设定坐标为在上位机中设定的初始坐标，相当于充电桩充电接口上与车辆充电接口的定位点相对应的点的当前坐标。通过取多组，例如三组坐标的均值，能够有效降低定位误差，提高定位精度。U和V理论上应该相等，但是实际定位、计算时会产生一定的误差，导致U和V比较接近但不完全相等，通过将U和V进行比较，例如在U和V的相差不超过1％时取其任一(如U)或二者均值作为有效的位移矩阵，在U和V相差过大时重新采集图像、识别定位点、定位定位点坐标、计算位移矩阵，能够进一步提高充电接口的对接精度。

在确定有效的位移矩阵后，可将确定的位移矩阵发送至上位机，上位机可根据该位移矩阵控制机械臂运动到相应位置，使充电桩充电接口与车辆充电接口接合，为待充电车辆充电。

根据本发明实施例的充电桩自动充电方法，通过从多个不同角度分别采集车辆充电接口的图像，并识别出每个图像中设置于车辆充电接口上的两个定位点，然后将多个图像两两组合，以分别进行双目定位，分别得到两个定位点对应的多组坐标，最后计算出位移矩阵，以便上位机根据该位移矩阵控制充电桩充电接口与车辆充电接口接合以进行充电，由此，能够对车辆充电接口进行准确定位，实现自动充电，从而能够节省人力资源，保障充电效率，并且定位精度较高，能够提高自动充电的可靠性、稳定性，此外，本发明实施例的方法实现简单，成本较低。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是三个或三个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。