機器人操作的車輛充電站的製作方法

2023-06-27 07:27:56 3

專利名稱：機器人操作的車輛充電站的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種針對電動或擴展領域的電動車輛的機器人操作的車輛充電站。
背景技術：
不同種類的機動車輛，例如電動車輛(EV)、增程式電動車輛(EREV)、和混合動力電動車輛(ffiV)，其裝配有需要周期性充電的能量存儲系統。通常，通過將能量存儲系統連接至電源，例如AC供電線路，可為其充電。儘管在每輛車輛使用之前或之後為車輛能量存儲系統再充電是有利的，當前的系統要求車輛駕駛員手動地將供電線路插入車輛。這樣的手動操作對車輛駕駛員來說並不總是方便的，可能導致錯過充電的情況和/或隨之的車輛性能退化。

發明內容
為電動車輛的電池充電的機器人充電站包括基部板、提升部(riser)和機器人手臂。提升部與基部板聯接並基本橫向於基部板延伸。機器人手臂從提升部延伸並支撐末端執行器，其中機器人手臂被配置為以三個運動度移動末端執行器。末端執行器包括多個電觸點(contacts),其被配置為聯接置於電動車輛上的插座。在一種配置中，基部板包括第一端部和第二端部，其中提升部在接近第一端部處聯接基部板，輪胎卡位被置於靠近第二端部。該機器人充電站可進一步包括被配置為檢測電動車輛存在的存在傳感器，和被配置為選擇性地控制機器人手臂的控制器。機器人手臂可包括被配置為給控制器提供可視化反饋的目標跟蹤攝像機，其中該控制器被配置為利用可視化反饋引導機器人手臂的運動。末端執行器可包括被配置為附接於機器人手臂的基部板，和圍繞多個電觸點的可退回引導件。可退回引導件選擇性地在延伸狀態和收起狀態之間轉換，其中可退回引導件被配置為在延伸狀態時將末端執行器與插座對齊。末端執行器可進一步包括多個支撐腿(support leg)，其在可退回引導件和基部板之間延伸。多個支撐腿可在第一位置和第二位置之間樞轉，該腿被配置為當位於第一位置時將可退回引導件保持在延伸狀態。另外，支撐腿可被配置為當其樞轉至第二位置時允許可退回引導件轉換至收起狀態。可退回引導件可包括臨近多個電觸點的面內向的表面，並進一步包括位於該面內向的表面上的斜面，所述斜面被配置為使末端執行器與位於車輛上的插頭對齊。末端執行器可包括從基部板延伸並圍繞多個電觸點的機械引導件。在一種配置中，當可退回引導件處於延伸狀態時，可退回引導件可以進一步從基部板向外延伸比機械引導件更遠。機器人充電站可進一步包括與末端執行器的基部板聯接的並與機器人手臂聯接的柔性安裝適配器，以允許基部板樞轉並繞軸線平移。類似地，機器人為電動車輛的電池充電的方法可包括檢測電動車輛的存在；將機器人手臂從收回位置轉換至操作位置，支撐末端執行器的機器人手臂被配置為與位於電動車輛上的插座(receptacle)電聯接；引導末端執行器與車輛上的插座接合地連接；為末端執行器通電。


圖1是電動車輛機器人充電站的示意性透視圖。圖2是帶有機器人手臂的電動車輛機器人充電站的示意性平面圖，其中機器人手臂處於操作狀態。圖3是帶有機器人手臂的電動車輛機器人充電站的示意性平面圖，其中機器人手臂處於收回狀態。圖4是利用機器人充電站為電動車輛充電的方法流程圖。圖5是諸如位於電動車輛上的充電插座的示意性透視圖。圖6是機器人充電站的末端執行器的一個實施例的示意性透視圖。圖7是與電動車輛接合的末端執行器的一個實施例的示意性透視圖。圖8是圖7提供的末端執行器的局部放大的透視性示意圖。圖9是圖7提供的末端執行器的示意性局部分解剖面圖，其沿線9-9剖開，可退回引導件處於延伸狀態。圖10是如圖7提供的示意性剖視圖，其沿線9-9剖開，可退回引導件處於收縮狀態。圖11是包括力傳感方式的末端執行器的一個實施例的示意性側視圖。圖12A是用於將末端執行器安裝至手柄的柔性安裝適配器的示意性俯視圖，所示為未施加載荷狀態。圖12B是用於將末端執行器安裝至手柄的柔性安裝適配器的示意性俯視圖，與所施加的力一同不出。圖13A是圖12A提供的柔性安裝適配器的示意性剖面側視圖，其沿線13_13剖開，所示為未施加載荷狀態。圖13B是圖12A提供的柔性安裝適配器的示意性剖面側視圖，其沿線13_13剖開，與所施加的力一同示出。
具體實施例方式參考附圖，其中在不同的視圖中使用相同的附圖標記代表相同或同樣的部件，圖1示意性地示出了為電動車輛的主要能量存儲裝置充電或再充電的機器人充電站10。如本文所使用的，電動車輛可涵蓋任何，包括電動機作為車輛驅動的動力源的車輛。儘管為了描述的目的使用汽車作為示範車輛，但是其他車輛也可以類似地使用。電動車輛的一些例子包括但不限於純電動車輛(EV)、插電混合動力電動車輛(PHEV)、增程式電動車輛(EREV)。這些車輛可包括客車、跨界車(cross over vehicle)、運動型多用途車輛、休旅車(recreational vehicles)、卡車、公共汽車、商用車,等等。通過消耗從能量存儲裝置(例如車輛電池)而來的耗電能以在推進期間為電動機提供動力，電動車輛可運行。在延長的能量耗盡時間段之後，在可以恢復繼續推進之前，車輛電池可能需要再充電。通過直接地或藉助一個或多個中間部件將車輛電池接合至電源，這種再充電才能進行。機器人充電站10可以是固定的設備，其可布置在車輛駕駛員的住處(S卩，在駕駛員的車庫或車棚內)、駕駛員的工作地點、或商業充電場所。充電站10可包括與提升部14聯接的可活動機器人手臂12，其中手臂12被配置為自動地將末端執行器16聯接至車輛100上的配套插頭/插座102，以為車輛電池104 (在圖2中大致示出)充電。如下面將詳述的，末端執行器16可包括具有多個電觸點(electrical contact)的特殊構造的插頭,其中電觸點設計為與車輛上類似的觸點聯接。可選擇性地為觸點通電，以將電能從充電單元17傳送至車輛和/或車輛電池。充電單元17可整合到提升部14內，或者通過可插接式輸電線路18獨立地連接至充電站10。另外，該充電單元可通過電源線19聯接至外部電源(例如，電網電力、屋頂安裝太陽能電池等)。充電單元17可被配置為提供直流(DC)電源或提供交流(AC)電源，其中所 提供的能量可包括一個或多個不同的電壓/相位。根據外部電源、充電單元17以及車輛的功率容量的性質，充電單元17可包括變換器/轉換器，來為車輛提供恰當地調節過的、整流過的和/或過濾過的AC或DC電源供應。在充電單元17是標準的、安裝在牆內的充電單元中的一種配置中，充電站10可包括插座(例如大致在圖5中示出的)，其可接收可插接式輸電線18並將任何所接收的電能提供給末端執行器16。在一個實施例中，機器人手臂12能夠在四個運動度內移動末端執行器16。例如，如圖1-2所示，末端執行器32可沿著車輛(X方向20)、橫穿車輛(Y方向22)、垂直Z方向24移動，並可具有繞垂直的軸線/方向的轉動度(0 Z旋轉26)。在另一實施例中，機器人手臂12可被配置為僅以三個運動度(也就是X、Y和0Z (S卩，方向120、122和126))移動末端執行器16。在該實施例中，Z平移可以被固定和/或可通過機器人手臂12的固有或經設計的柔度(compliance)來調節的。儘管根據具體應用，機器人手臂12可以具有更多或更少的運動度，但是在汽車充電應用中，繞X或Y軸的獨立轉動控制並不是嚴格必須的。也就是，只有車輛的小轉動會期望發生在0X或9Y方向，例如可由輪胎氣壓和/或不同的重量分配引起的起伏。這些小的變化可通過手臂12和/或末端執行器16的固有或經設計的柔度來調節。為了在上述的三個或四個運動度內(即，沿方向20、22、24、26的運動)控制末端執行器16，機器人手臂12可被配置為操作多個關節，每個關節在一個或更多的自由度內可控。大致如圖1所述，在一種某種配置中，手臂12可包括三個轉動關節(S卩，轉動關節30、32、34)和一個平移關節36。每個轉動關節30、32、34可允許手臂12的一部分繞各自的軸線40、42、44轉動。在一種配置中，三個相應的軸線40、42、44可彼此平行布置，而在空間中分隔開。如圖所示，第一和第二關節的軸線40、42可以是分隔開的並通過第一手臂構件50被保持為相對於彼此嚴格地對齊。類似地，第二和第三關節的軸線42、44可以是分隔開的並通過第二手臂構件52相對於彼此嚴格地對齊。最後，末端執行器16可安裝在第三手臂構件54上，第三手臂構件54可被配置為繞第三關節的軸線44旋轉。如圖1中所示，當系統被配置為具有四個運動度時，三個手臂構件50、52、54可通過平移關節36而共同地沿著提升部14平移，其中平移關節36可位於手臂12的基部。平移關節36可例如包括線性滑塊、線性促動器、促動正時線纜或滑輪系統、液壓或氣壓衝頭/氣缸(ram/ cylinder )、齒條和小齒輪或任何其他合適的線性移動方式。手臂12在每個關節30、32、34的運動可由各自的關節促動器60、62、64、66控制，其中關節促動器60、62、64、66可選擇性地在控制器70的指令下促動。與轉動關節30、32、34聯接的促動器60、62、64例如可以是將電信號轉換為受控的機械轉動的伺服電機。在一種配置中，促動器60、62、64可直接地或者通過一個或多個扭矩倍增傳動裝置(例如，行星齒輪系統)來聯接關節。在一種替換配置中，每個促動器60、62、64可定位在提升部14處或提升部14內，並通過一個或多個聯動件、滑輪和/或線纜(其能夠將促動器60、62、64的機械輸出傳送至各自所聯接的關節30、32、34)而聯接接合每一個相應的關節30、32、34。以此方式，通過操作關節30、32、34、36，可在四個運動度(X，Y，Z，0 Z)內控制末端執行器16的運動，如方程I大致給出的，其中T是變換矩陣，(O1, 0)2，CD3, Ot)代表關節變量(S卩，三個可控制的轉動，和一個可控制的平移)。
權利要求
1.一種為電動車輛的電池充電的機器人充電站，該充電站包括 基部板； 提升部，其與基部板聯接，並基本橫向於基部板延伸； 機器人手臂，其從提升部延伸並支撐末端執行器，該機器人手臂被配置為在三個運動度內移動末端執行器； 其中末端執行器包括被配置為與位於電動車輛的插座相聯接的多個電觸點。
2.如權利要求1所述的機器人充電站，其中基部板包括第一端部和第二端部，提升部在靠近第一端部處而與基部板聯接，輪胎卡位靠近第二端部設置。
3.如權利要求1所述的機器人充電站，其中末端執行器包括被配置為附接機器人手臂的基部板、圍繞多個電觸點且被配置為在延伸狀態和收起狀態之間轉換的可退回引導件，該可退回引導件被配置為在延伸狀態下使末端執行器與插座對齊。
4.如權利要求3所述的機器人充電站，其中末端執行器進一步包括在可退回引導件和基部板之間延伸的多個支撐腿，多個支撐腿可在第一位置和第二位置之間樞轉，支撐腿被配置為當位於第一位置時將可退回引導件保持在延伸狀態，並被配置為當樞轉至第二位置時允許可退回引導件轉換至收起狀態。
5.如權利要求4所述的機器人充電站，其中末端執行器進一步包括力傳感器，其置於基部板上且被配置為當多個支撐腿中的至少一個位於第一位置時與多個支撐腿中的至少一個接觸；和 其中力傳感器被配置為提供可退回引導件與位於車輛上的插座之間形成了接觸的指示。
6.如權利要求3所述的機器人充電站，其中可退回引導件包括臨近多個電觸點的面內向的表面；和 其中可退回引導件進一步包括置於該面向內的表面上的斜面，該斜面被配置為將末端執行器與位於車輛上的插座對齊。
7.如權利要求3所述的機器人充電站，其中末端執行器進一步包括從基部板延伸並圍繞多個電觸點的機械引導件；和 其中當可退回引導件處於延伸狀態時，可退回引導件從基部板進一步向外延伸比機械引導件更遠。
8.如權利要求7所述的機器人充電站，其中當可退回引導件處於收起狀態時，可退回弓I導件從基部板向外延伸出與機械引導件基本類似的距離。
9.如權利要求7所述的機器人充電站,其中機械引導件包括被配置為與位於充電插座上的類似定位特徵部相配合的定位特徵部。
10.如權利要求3所述的機器人充電站，進一步包括與末端執行器的基部板聯接的柔性安裝適配器，該柔性安裝適配器被配置為允許基部板繞軸線運動。
全文摘要
一種為電動車輛的電池充電的機器人充電站，其包括基部板、提升部和機器人手臂，其中提升部與基部板聯接並被配置為並基本橫向於基部板延伸。末端執行器包括被配置為與位於電動車輛的插座相聯接的多個電觸點。機器人手臂被配置為在三個運動度內移動末端執行器。
文檔編號H02J7/00GK103023091SQ20121036387
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者D.高, N.D.麥克凱, M.J.雷蘭德, S.弗考爾特, M-A.拉卡斯, T.拉裡伯特, B.梅爾-聖-翁奇, A.勒考爾斯, C.格塞林, L.Y.哈肯裡德, D.E.米爾伯恩 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司, 拉瓦爾大學