基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，包括：机器人、控制箱、第一3D相机、连接固件、第二3D相机、力/力矩传感器以及充电枪。机器人包括：移动底盘、机器人机身、左机械臂、右机械臂及五指手。机器人机身固定于移动底盘上。左机械臂的一端固定于机器人机身的左侧。右机械臂的一端固定于机器人机身的右侧。及五指手固定于左机械臂的另一端上，且五指手为多自由度的灵巧五指手。借此，本发明专利技术的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，完全模拟了人工充电的过程，可在室外复杂环境中自由的移动，适配性好，并可以自动的给电动汽车充电，且可以精确识别充电口的位姿并柔顺的将充电枪插入到充电插座中。的位姿并柔顺的将充电枪插入到充电插座中。的位姿并柔顺的将充电枪插入到充电插座中。

【技术实现步骤摘要】
基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统


[0001]本专利技术是关于电动汽车充电
，特别是关于一种基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统。

技术介绍

[0002]目前有很多公司和研究机构研发了基于新型机器人的系统来实现电动汽车的自动充电，但是这些技术都存在结构复杂、成本过高、适配性低、或者过度依赖于人工操作，并不适于在实际充电站或者停车场环境下的大规模应用。
[0003]特斯拉自主研发了基于蛇形自动充电机器人的全自动充电系统，该系统可以通过蛇形机器人自动寻找特斯拉汽车的充电口，然后控制机器人自动弯曲与充电口对接充电。但是该系统对于充电口定位的精准程度与电动汽车停车的位置有一定的要求，停车位置不合适的情况下系统无法精准定位导致整个充电过程无法进行。而且此系统只能对特斯拉的特定车型使用，适配性较差。此系统使用的这款蛇形机器人拥有20个关节，构造复杂，运动速度缓慢，所以整个系统对于电动汽车的充电时间过长。德国大众推出了E
‑
smart Connect快速充电系统完成电动汽车的自动充电过程。该系统采用全新的电缆布线方式结合一个轻量化机器人完成充电，但是该系统需要人工泊车、手动开启系统和充电，对人工的依赖较高，没有实现真正意义上的自动化充电。
[0004]此外还有人基于协作机器人，搭配传感器来设计系统实现电动汽车的自动充电。例如BdiwiM等人提出了一种基于六轴机器人KUKA KR6/2的自动充电系统，该系统利用F/T传感器对机械臂进行控制，实现插入的操作；Dortmund Technical University设计了一个单目视觉和力感知引导的充电系统，利用2D相机与F/T传感器对机械臂进行引导。这些研究虽然在一定程度上减少了生产成本和生产周期，但是这些系统都是假设机械臂末端执行器的姿态与充电口的姿态一致，没有充分考虑到姿态的误差，这将导致机械臂无法柔顺的将充电器插入到充电插座中，可能会导致车辆的损坏。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，完全模拟了人工充电的过程，可在室外复杂环境中自由的移动，适配性好，并可以自动的给电动汽车充电，且可以柔顺的将充电枪插入到充电插座中，避免了车辆受到损失。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，包括：机器人、控制箱、第一3D相机、连接固件、第二3D相机、力/力矩传感器以及充电枪。机器人包括：移动底盘、机器人机身、左机械臂、右机械臂及五指手。机器人机身固定于移动底盘上。左机械臂的一端固定于机器人机身的左侧。右机械臂的一端固定于机器人机身的右侧。及五指手固定于左机械臂的另一端上，且五指手为多自由度的灵巧五指手。控
制箱设置于移动底盘上，且控制箱内集成有视觉识别模块、双臂控制模块、移动底盘控制模块和充电状态监测与监控模块。第一3D相机固定于机器人机身上，且第一3D相机用以远距离获得电动汽车充电盖的6D位姿信息。连接固件的一端下端部与右机械臂的另一端固定连接。第二3D相机固定于连接固件的另一端的上端部上，且第二3D相机用以近距离扫描拍摄电动汽车充电插座的充电口，并获得充电口的6D位姿信息。力/力矩传感器的一端固定于连接固件的另一端的下端部上。充电枪的一端固定于力/力矩传感器的另一端上，充电枪电性连接有供电模块，且充电枪用以插入至电动汽车充电插座的充电口内，并为电动汽车的电池进行充电。其中，控制箱分别与移动底盘、左机械臂、右机械臂、五指手、第一3D相机、第二3D相机、力/力矩传感器和充电枪电性连接。其中，视觉识别模块分别与双臂控制模块和移动底盘控制模块电性连接，且充电状态监测与监控模块分别与双臂控制模块和移动底盘控制模块电性连接。其中，力/力矩传感器用以获得充电枪与电动汽车充电插座接触时的力和力矩信息。其中，双臂控制模块能够控制五指手打开或关闭电动汽车充电盖。
[0008]在本专利技术的一实施方式中，视觉识别模块分别与第一3D相机和第二3D相机电性连接，且视觉识别模块用以通过第一3D相机和第二3D相机感知周围的环境。
[0009]在本专利技术的一实施方式中，双臂控制模块分别与左机械臂、右机械臂电性连接，且双臂控制模块用以根据视觉识别模块提供的6D位姿信息，并通过F/T传感器实时收集的信息，对末端姿态进行动态调整。
[0010]在本专利技术的一实施方式中，移动底盘控制模块与移动底盘电性连接，且移动底盘控制模块用以根据视觉识别模块收集的电动汽车充电盖的6D位姿信息，控制移动底盘向电动汽车充电盖移动。
[0011]在本专利技术的一实施方式中，充电状态监测与监控模块与充电枪电性连接，且充电状态监测与监控模块用以通过充电枪插入电动汽车充电插座的充电口的情况和机器人与电动汽车之间的状态信息，对于当前的充电状态进行监测以及对充电任务进行监控。
[0012]在本专利技术的一实施方式中，第一3D相机远距离获得电动汽车充电盖的6D位姿信息包括：获取电动汽车充电盖的图像数据；对获取的图像数据进行预处理和点云分割；对分割后的点云进行关键点提取，并进行SHOT特征提取；特征进行匹配；输出电动汽车充电盖的中心点坐标。
[0013]在本专利技术的一实施方式中，第二3D相机近距离扫描拍摄电动汽车充电插座的充电口，并获得充电口的6D位姿信息包括：获取电动汽车充电插座的充电口的图像数据；对获取的图像数据进行预处理和点云分割；对分割后的点云进行关键点提取，且基于曲率进行分类，并基于CGF特征提取方式提取分类特征；将各分类特征输入网络提取融合特征；特征进行匹配；输出充电口的6D位姿信息。
[0014]在本专利技术的一实施方式中，双臂控制模块内集成有F/T传感器和强化学习子模块，F/T传感器用以获取力/力矩传感器所获取的力和力矩信息，并获取充电枪的6D位姿信息，且强化学习子模块接收力和力矩信息及充电枪的6D位姿信息，由强化学习子模块内部的神经网络模型计算并输出对应的动作，且右机械臂执行强化学习子模块输出的动作。
[0015]与现有技术相比，根据本专利技术的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，完全模拟了人工充电的过程，可在室外复杂环境中自由的移动，适配性好，并可以自动的给电动汽车充电，且可以精确识别充电口的位姿并柔顺的将充电枪插入到充电插座中。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术一实施方式的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统的架构示意图；
[0017]图2是根据本专利技术一实施方式的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统的机器人充电任务规划流程示意图；
[0018]图3是根据本专利技术一实施方式的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统的充电盖识别的流程示意图；
[0019]图4是根据本专利技术一实施方式的基于3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，其特征在于，包括：机器人，所述机器人包括：移动底盘；机器人机身，固定于所述移动底盘上；左机械臂，所述左机械臂的一端固定于所述机器人机身的左侧；右机械臂，所述右机械臂的一端固定于所述机器人机身的右侧；五指手，固定于所述左机械臂的另一端上，且所述五指手为多自由度的灵巧五指手；控制箱，设置于所述移动底盘上，且所述控制箱内集成有视觉识别模块、双臂控制模块、移动底盘控制模块和充电状态监测与监控模块；第一3D相机，固定于所述机器人机身上，且所述第一3D相机用以远距离获得电动汽车充电盖的6D位姿信息；连接固件，所述连接固件的一端下端部与所述右机械臂的另一端固定连接；第二3D相机，固定于所述连接固件的另一端的上端部上，且所述第二3D相机用以近距离扫描拍摄电动汽车充电插座的充电口，并获得所述充电口的6D位姿信息；力/力矩传感器，所述力/力矩传感器的一端固定于所述连接固件的另一端的下端部上；以及充电枪，所述充电枪的一端固定于所述力/力矩传感器的另一端上，所述充电枪电性连接有供电模块，且所述充电枪用以插入至所述电动汽车充电插座的所述充电口内，并为电动汽车的电池进行充电；其中，所述控制箱分别与所述移动底盘、所述左机械臂、所述右机械臂、所述五指手、所述第一3D相机、所述第二3D相机、所述力/力矩传感器和所述充电枪电性连接；其中，所述视觉识别模块分别与所述双臂控制模块和所述移动底盘控制模块电性连接，且所述充电状态监测与监控模块分别与所述双臂控制模块和所述移动底盘控制模块电性连接；其中，所述力/力矩传感器用以获得所述充电枪与所述电动汽车充电插座接触时的力和力矩信息；其中，所述双臂控制模块能够控制所述五指手打开或关闭所述电动汽车充电盖。2.如权利要求1所述的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述视觉识别模块分别与所述第一3D相机和所述第二3D相机电性连接，且所述视觉识别模块用以通过所述第一3D相机和所述第二3D相机感知周围的环境。3.如权利要求2所述的基于3D视觉与力柔顺控制的电动汽车自动充电系统，其特征在于，所述双臂控制模块分别与所述左机械臂、所述右机械臂电性连接，且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林云汉，刘潼，刘强，谭伊健，许佳华，刘彬，闵华松，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：