一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及充电控制技术领域，具体涉及一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法。该方法为基于双目相机自动检测车辆信息，提取车上充电接头特征，并识别充电接头空间位置信息；所述双目相机将识别的充电接头空间位置信息传输至工控机，由工控机通过控制系统发出信号控制三轴机械臂的三个步进电机移动充电枪头位置，控制充电枪头插入充电接口，进行自动充电。本发明专利技术的充电系统和方法，充电效率高，充电操作灵活性大，有利于井下电机车智能化自动充电技术实现和推广，能够大幅减少电机车运行维护人员，释放人力资源，同时提高井下车辆管理的效率和智能化水平。井下车辆管理的效率和智能化水平。井下车辆管理的效率和智能化水平。

A charging system and method for active positioning and automatic access of charging connector

【技术实现步骤摘要】
一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法


[0001]本专利技术涉及充电控制
，尤其涉及一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法。

技术介绍

[0002]矿用电机车主要用于井下运输大巷和地面的长距离运输。它相当于铁路运输中的电气机车头，牵引着由矿车或人车组成的列车在轨道上行走，完成对材料、设备、人员的运送。从动力来源上可以分为蓄电池式和架线式两种，其中蓄电池式电机车应用更为普遍。
[0003]而随着电池技术的不断进步，新型的磷酸铁锂电池在使用寿命、充电效率与灵活性、易维护性以及运行成本等方面均优于传统的铅酸电池。磷酸铁锂电池安全易用、充电时长大幅缩短等优势为井下电机车智能化自动充电提供基础条件。目前常用的智能化自动充电技术采用无线充电，无线充电效率低、需要额外加装充电线圈，增加成本和可能的故障隐患。因此，充分考虑井下设备的隔爆要求，如何开展电机车自动充电技术并实现充电接头自动充电和推广，成为目前矿用电机车智能化自动充电亟需解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0004]为解决目前矿用电机车无法实现智能化自动充电的问题，本专利技术提供了一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法，采用机器视觉的隔爆步进电机驱动机械臂实现自动充电功能，能够大幅减少电机车运行维护人员，释放人力资源，同时提高井下车辆管理的效率和智能化水平。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下的技术方案：
[0006]第一方面，在本专利技术提供的一个实施例中，提供了一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统，应用于停在充电位置的车辆上，所述充电系统包括：
[0007]定位单元，所述定位模块包括双目相机以及电流输入检测模块，所述双目相机用于自动检测车辆信息，提取车上充电接头特征，并识别充电接头空间位置信息；所述双目相机还用于将识别的充电接头空间位置信息传输至工控机；所述电流输入检测模块用于检测车辆上的充电状态；
[0008]控制单元，所述控制单元包括工控机以及与所述工控机通过串口连接的自动充电主控板，所述工控机用于接收所述双目相机传输的识别的充电接头空间位置信息；所述自动充电主控板用于根据充电接头空间位置信息控制充电枪头插入充电接口进行自动充电，所述自动充电主控板还用于接收所述电流输入检测模块检测的充电状态，控制充电枪头及时回收；
[0009]执行单元，所述执行单元包括三轴机械臂，所述三轴机械臂用于根据控制单元发出的信号控制所述三轴机械臂上三个步进电机移动充电枪头位置，控制充电枪头插入充电接口，进行自动充电，所述三轴机械臂还用于接收自动充电主控板的控制信号，通过三个步进电机移动充电枪头位置及时回收充电头。
[0010]第二方面，在本专利技术提供的一个实施例中，提供了一种充电接头主动定位与自动接入的充电方法，应用于停在充电位置的车辆上，所述充电方法包括以下步骤：
[0011]基于双目相机自动检测车辆信息，提取车上充电接头特征，并识别充电接头空间位置信息；
[0012]所述双目相机将识别的充电接头空间位置信息传输至工控机，由工控机通过控制系统发出信号控制三轴机械臂的三个步进电机移动充电枪头位置，控制充电枪头插入充电接口，进行自动充电。
[0013]作为本专利技术的进一步方案，所述双目相机进行视觉定位时，包括双目视觉定位系统，所述双目视觉定位系统包括视觉子系统和三轴机械臂驱动子系统，所述视觉子系统用于进行充电接口的识别，三轴机械臂驱动子系统用于执行充电工作，所述双目视觉定位系统进行充电操作时，包括以下步骤：
[0014]步骤11)对双目相机中的左右相机标定；
[0015]步骤12)通过所述双目相机进行充电接头图像的拍摄采样；
[0016]步骤13)将充电接头采样图像进行预处理，使用SURF算法进行图像特征的提取；
[0017]步骤14)基于提取的图像特征进行充电接头的识别与配准工作；
[0018]步骤15)进行左右摄像机图像的形心坐标计算，基于摄像机标定技术和充电接头三维重建原理，计算出充电接头在空间内的坐标以及充电接头的角度，获取充电接头的空间坐标及姿态信息；
[0019]步骤16)三轴机械臂子系统利用三轴机械臂控制器控制所述三轴机械臂上三个步进电机移动充电枪头位置，进行充电操作。
[0020]第三方面，在本专利技术提供的又一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器加载并执行所述计算机程序时实现充电接头主动定位与自动接入的充电方法的步骤。
[0021]第四方面，在本专利技术提供的再一个实施例中，提供了一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行时实现所述充电接头主动定位与自动接入的充电方法的步骤。
[0022]本专利技术提供的技术方案，具有如下有益效果：
[0023]本专利技术提供的充电接头主动定位与自动接入的充电系统和方法，采用机器视觉的隔爆步进电机驱动机械臂实现自动充电功能，通过双目相机进行车上充电接头特征的提取和空间位置识别，通过三轴机械臂控制充电枪头的位置，使充电枪头插入充电接口，完成充电过程。还可以根据检测的充电状态，及时回收充电头，充电效率高，充电操作灵活性大，有利于井下电机车智能化自动充电技术实现和推广，能够大幅减少电机车运行维护人员，释放人力资源，同时提高井下车辆管理的效率和智能化水平。
[0024]本专利技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些
实施例。在附图中：
[0026]图1为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统的整体结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统中三轴机械臂的结构示意图。
[0028]图3为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统的系统框图。
[0029]图4为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电方法的流程图。
[0030]图5为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电方法中摄像机标定的示意图。
[0031]图6为本专利技术实施例的一种充电接头主动定位与自动接入的充电方法中双目相机定位工作的流程图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]下面将结合本专利技术示例性实施例中的附图，对本专利技术示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种充电接头主动定位与自动接入的充电系统，应用于停在充电位置的车辆上，其特征在于，所述充电接头主动定位与自动接入的充电系统包括：定位单元，所述定位模块包括双目相机以及电流输入检测模块，所述双目相机用于自动检测车辆信息，提取车上充电接头特征，并识别充电接头空间位置信息；所述双目相机还用于将识别的充电接头空间位置信息传输至工控机；所述电流输入检测模块用于检测车辆上的充电状态；控制单元，所述控制单元包括工控机以及与所述工控机通过串口连接的自动充电主控板，所述工控机用于接收所述双目相机传输的识别的充电接头空间位置信息；所述自动充电主控板用于根据充电接头空间位置信息控制充电枪头插入充电接口进行自动充电，所述自动充电主控板还用于接收所述电流输入检测模块检测的充电状态，控制充电枪头及时回收；执行单元，所述执行单元包括三轴机械臂，所述三轴机械臂用于根据控制单元发出的信号控制所述三轴机械臂上三个步进电机移动充电枪头位置，控制充电枪头插入充电接口，进行自动充电，所述三轴机械臂还用于接收自动充电主控板的控制信号，通过三个步进电机移动充电枪头位置及时回收充电头。2.如权利要求1所述的充电接头主动定位与自动接入的充电系统，其特征在于，所述工控机与控制系统的自动充电主控板的串口通过串行通信方式连接，所述自动充电主控板用于自动充电控制，所述自动充电主控板配置CAN总线接口、串口以及485接口。3.如权利要求2所述的充电接头主动定位与自动接入的充电系统，其特征在于，所述双目相机通过USB与工控机电连接，所述自动充电主控板通过CAN总线接口与所述三轴机械臂上三个步进电机的步进电机驱动器电连接。4.如权利要求1所述的充电接头主动定位与自动接入的充电系统，其特征在于，所述三轴机械臂包括X、Y、Z轴方向的三个防爆步进电机和三个导轨，X轴防爆步进电机驱动Y轴和Z轴结构沿X轴导轨左右移动，Y轴防爆步进电机通过链条驱动Z轴结构沿Y轴导轨上下移动，Z轴防爆步进电机通过齿条驱动双目相机安装平台和充电枪头安装架沿Z轴导轨前后移动。5.如权利要求1所述的充电接头主动定位与自动接入的充电系统，其特征在于，所述双目相机包括左右两个摄像机，两个摄像机用于对充电接口进行识别，并对充电接头图像采样，提取图像特征并进行充电接头识别与配准，获取充电接头的空间坐标及姿态信息，利用所述三轴机械臂控制充电枪头执行充电工作。6.一种充电接头主动定位与自动接入的充电方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
5中任意一项所述充电接头主动定位与自动接入的充电系统控制充电枪头执行充电工作；所述充电接头主动定位与自动接入的充电方法包括：基于双目相机自动检测车辆信息，提取车上充电接头特征，并识别充电接头空间位置信息；所述双目相机将识别的充电接头空间位置信息传输至工控机，由工控机通过控制系统发出信号控制三轴机械臂的三个步进电机移动充电枪头位置，控制充电枪头插入充电接口，进行自动充电。7.如权利要求6所述的充电接头主动定位与自动接入的充电方法，其特征在于，所述双目相机包括用于视觉定位的左右两个摄像机，所述双目相机进行视觉定位时，包括对左右
两个摄像机进行标定，以确定两个单目相机之间的位姿变换，所述双目相机的标定包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪光，魏汝宁，苑铭萱，李大文，窦润芃，胡晓东，
申请(专利权)人：内蒙古东蒙工贸有限责任公司，
类型：发明
国别省市：