基于自動機械臂的電動汽車自動充電系統及方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及電動汽車自動充電技術，尤其是涉及一種基于自動機械臂的電動汽車自動充電系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車的逐漸推廣和使用，電動汽車充電的安全性和便捷性成為電動汽車推廣過程中必須重視的問題，尤其是對于租賃或其他專用的電動汽車，在無人值守的還車網點，需要用戶停車后自己動手操作，一方面人工操作存在安全隱患，另一方面，許多用戶還沒有養成隨手充電的習慣或不懂如何插拔充電插頭。因此，對于電動汽車而言，保證用戶還車或停車后車輛能安全、及時的補充電量，是一個重要的問題。
[0003]中國專利公開號CN104795868A公開了一種電動汽車自動充電系統，通過獨立移動式的充電插頭自動插拔裝置實現將電動汽車充電插頭插入或拔出充電插座中，解決了手動方式插拔充電插頭進行電動汽車充電作業存在的安全隱患，上述安裝于停車位上的自動充電裝置必須解決防水、防盜等問題，也不便于維護。目前車載式自動充電裝置及能自動充電的電動汽車還沒有，本發明填補了國內空白，對于推動電動汽車技術發展具有重要意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于自動機械臂的電動汽車自動充電系統及方法。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種基于自動機械臂的電動汽車自動充電系統，包括:
[0007]車位探測裝置，設置在停車位地面下，用于探測停車位的狀態；
[0008]充電裝置，設在停車位旁，用于為電動汽車提供充電電源；
[0009]車載機械臂，安裝在電動汽車上，用于執行電動汽車自動充電的動作；
[0010]區域控制裝置，分別與充電裝置和車位探測裝置無線通信連接，用于采集充電裝置和車位探測裝置的實時狀態信息并對其進行控制；
[0011]車載控制裝置，分別與電動汽車和車載機械臂連接，用于采集電動汽車的實時狀態數據并控制車載機械臂機械動作和電氣性能；
[0012]后臺管理中心，分別與車載控制裝置和區域控制裝置無線通信連接，用于收集車載控制裝置和區域控制裝置所采集的數據，并下達控制命令。
[0013]所述的后臺管理中心包括:
[0014]數據存儲模塊，用于數據的存儲；
[0015]區域充電裝置管理模塊，與區域控制裝置通信連接，用于對區域充電裝置進行數據采集和充電過程控制；
[0016]車輛管理模塊，與車載控制裝置通信連接，用于對電動汽車的數據采集和充電過程控制；
[0017]中央處理單元，分別與數據存儲模塊、區域充電裝置管理模塊和車輛管理模塊連接。
[0018]所述的車載控制裝置包括:
[0019 ] CAN總線模塊，分別與電動汽車和車載機械臂連接，用于訪問并讀取電動汽車的包括車輛狀態、電池電量、溫度、充電電壓、電流、充電時長的數據以及向車載機械臂傳輸控制指令；
[0020]第一無線通訊模塊，與后臺管理中心連接，用于將車載控制裝置采集的電動汽車的狀態數據和車載機械臂的信息傳輸給后臺管理中心；
[0021]定位模塊，用于實現車輛的定位；
[0022]接線端口模塊，用于實現外接；
[0023]第一數據存儲模塊，用于實現數據存儲；
[0024]第一微處理器模塊，分別與CAN總線模塊、第一無線通訊模塊、定位模塊、接線端口模塊和第一數據存儲模塊連接。
[0025]所述的區域控制裝置包括:第二微處理器模塊以及分別與第二微處理器模塊連接的第二無線通訊模塊、有線通信模塊、第二數據存儲模塊和第二電源模塊。
[0026]所述的車載機械臂設置在電動汽車4的車廂底盤中心部位，所述的電動汽車不充電時，所述的車載機械臂沿水平方向伸直成扁平狀嵌進電動汽車的底盤內。
[0027]所述的車載機械臂為具有五自由度的聯動機構，使車載機械臂的末端執行機構具有沿X軸、Y軸、Z軸方向的平移和繞Y軸和繞Z軸的轉動自由度。
[0028]所述的充電裝置包括嵌入停車位地面的充電插座和固定在停車位旁的粧體，所述的充電插座帶有防水罩并可在準備充電時和充電完畢后自動打開和關閉。
[0029]所述的車位探測裝置包括第三微處理器模塊以及分別與第三微處理器模塊連接的第三無線通訊模塊、傳感模塊和第三電源模塊，所述的傳感模塊為地磁感應傳感器或重力感應傳感器。
[0030]—種基于自動機械臂的電動汽車自動充電方法，包括:所述的后臺管理中心實時采集電動汽車的車輛狀態、位置、電池剩余電量數據，當獲取電動汽車進入某具有充電功能的區域時告知該區域控制裝置，所述的區域控制裝置通過車位探測裝置確定電動汽車停車到位時上報后臺管理中心，所述的后臺管理中心同時確認電動汽車已熄火后向車載控制裝置和區域控制裝置下達準備充電的指令，通過車載機械臂尋找并對接充電裝置，對電動汽車充電；當后臺管理中心收到電池充滿的信息或車門打開、電池故障異常信息時，通過車載控制裝置控制車載機械臂停止充電，并收回車載機械臂至初始位置。
[0031]該方法具體包括以下步驟:
[0032]步驟101:車載控制裝置按設定時間間隔通過向后臺管理中心上報電動汽車的車輛狀態信息，狀態信息包括車速、車輛位置、電池剩余電量、電池溫度；
[0033]步驟102:后臺管理中心通過定位獲知電動汽車駛入某具有充電裝置的區域內時，喚醒該區域控制裝置；
[0034]步驟103:區域控制器命令車位探測裝置上傳車位實時信息，并上報至后臺管理中心；
[0035]步驟104:后臺管理中心判斷電動汽車是否停到車位，若為否，返回到步驟103;如為是，進入步驟105 ；
[0036]步驟105:后臺管理中心讀取車載控制裝置上傳信息；
[0037]步驟106:后臺管理中心判斷電動汽車是否熄火，若為否，返回到步驟105，若為是，進入步驟106;
[0038]步驟107:后臺管理中心向車載控制裝置下達準備充電的命令；
[0039]步驟108:車載控制裝置通過CAN總線控制車載機械臂運動，同時通過車載機械臂尋找停車位地面的充電裝置；
[0040]步驟109:車載控制裝置控制車載機械臂插入充電裝置；
[0041 ]步驟110:車載控制裝置檢測車載機械臂是否與充電裝置正確對接，若為否，拔出車載機械臂，返回到步驟108;若為是，進入步驟111;
[0042]步驟111:車載控制裝置向后臺管理中心上報充電準備完畢的信息；
[0043]步驟112:后臺管理中心向區域控制裝置和車載控制裝置下達開始充電命令；
[0044]步驟113:區域控制裝置命令充電裝置閉合充電開關，開始充電；
[0045]步驟114:車載控制裝置通過CAN總線控制車載機械臂充電，并實時監測車輛狀態、充電電壓、電流、時長、溫度信息，并上報后臺管理中心；與此同時，區域控制裝置監測充電裝置的狀態信息并上報后臺管理中心；
[0046]步驟115:后臺管理中心判斷是否有異常信息，若無，返回步驟114;若有，進入步驟116；
[0047]步驟116:后臺管理中心命令區域控制裝置和車載控制裝置停止充電；
[0048]步驟117:區域控制裝置控制充電裝置切斷電源；
[0049]步驟118:車載控制裝置控制車載機械臂與充電裝置斷開，并控制車載機械臂收回至初始位置；
[0050]步驟119:后臺管理中心分析判斷信息類型，若為電量充滿，則進入121;若為故障f目息，進入步驟120 ；
[0051]步驟120:后臺管理中心判斷故障類型，并進行聲光報警；
[0052]步驟121:結束。
[0053]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0054](I)本發明提出的基于車載機械臂的電動汽車智能充電系統能實現了集自感知(GPS+Zigbee技術)的車輛位置服務、自動充電對接，以及后臺云端的信息管理與車輛充電狀態遠程監控等多種功能于一體，保障了電動汽車補電的及時性、安全性和可控性。
[0055](2)本發明提出的車載式自動充電電動汽車，填補了國內空白，對于推動電動汽車技術發展具有重要意義；
[0056](3)本發明提出了車載機械臂，其實現了電動汽車的自動充電和自動斷電。將自動充電機械臂安裝汽車上，通過管理中心的控制，機械臂能自動尋找停車位的插座，為該電動汽車充電；充電完成后自動斷開電源，返回至原位。整個過程無需人工操作，便捷安全:一方面避免了人工充電可能存在的安全隱患和錯誤操作；另一方面保障了電動汽車的充電需求，不會因為用戶遺忘充電而導致電動汽車續航里程不足；
[0057](4)本發明的自動充電機械臂嵌入在汽車底盤上，非工作狀態時，機械臂可收縮至扁平狀態，空間位置較小，重量輕，即保障了充電機械臂的安全，極大程度上避免了非車載式充電機器人存在被盜竊、損壞的問題，又不影響車輛的行進，對車輛本身的性能幾乎沒有影響。
【附圖說明】
[0058]圖1為本發明