【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源汽车配套设备，具体涉及一种用于新能源汽车的自动化充电系统及方法。
技术介绍
1、随着电车的技术的发展，新能源汽车收到了越来越多用户的欢迎。作为新能源电动汽车的补给来源，新能源汽车充电站的建设正在如火如荼地进行中。传统的充电桩需要车主亲自连接和断开充电器，且无法远程控制车辆是否进行充电。一旦车主充电完毕后忘记拔出电枪直接驾车驶离充电站，则会造成充电桩的损坏，给双方带来巨大的损失。也有的车主停车后忘记充电，在意识到之后却由于各种原因无法返回为电车接上充电枪，这不仅使得自己的电车无法得到能源的补充，同时占用了公共资源，也导致其他潜在的需求无法得到满足。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种用于新能源汽车的自动化充电系统及方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种用于新能源汽车的自动化充电系统，包括吊装支架、吊装机械臂、控制柜、充电桩和停车位；
4、所述吊装机械臂与吊装支架滑动连接，所述充电桩包括充电枪；所述控制柜控制吊装机械臂沿吊装支架滑动，并控制吊装机械臂将充电枪与停在停车位上的新能源汽车对接或断开。
5、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
6、进一步地，所述吊装支架包括固定支架、导轨底座、滑块和驱动电机，所述导轨底座固定安装在固定支架的顶部，所述滑块与导轨底座滑动连接，所述驱动电机安装在导轨底座的一侧，控制滑块沿导轨底座滑动，所述滑块与吊装机械臂固定连
7、进一步地，所述吊装机械臂包括末端执行部分、机械臂本体和固定底座，所述末端执行部分安装在机械臂本体末端的法兰盘上，机械臂本体底部固定安装在固定底座上，所述末端执行部分包括连接固定装置、双目相机和气动夹爪，双目相机安装在连接固定装置预留的相机安装位，气动夹爪安装在连接固定装置预留的夹爪安装位；所述机械臂本体是一个具有六自由度的机器人。
8、进一步地，所述控制柜中集成有主控单元以及分别与所述主控单元相连的相机信号采集单元、电机驱动单元、气动夹爪驱动单元、机械臂控制单元和人机交互单元，所述相机信号采集单元与双目相机相连，气动夹爪驱动单元与气动夹爪相连，机械臂控制单元与机械臂本体相连，所述人机交互单元与车主进行通信；所述吊装支架设有驱动电机，所述电机驱动单元与驱动电机相连，用于驱动吊装机械臂沿吊装支架滑动。
9、进一步地，所述充电桩安装在停车位的正后方，充电桩还包括充电座，充电枪安装在充电座的侧面；
10、吊装机械臂的末端执行部分中的气动夹爪用于将充电座上的充电枪夹起并插入新能源汽车的充电口，在充电完成之后，气动夹爪将充电枪从新能源汽车的充电口拔出，并放回充电座；
11、吊装机械臂的末端执行部分中的双目相机用于观察充电枪位置、新能源汽车的充电口位置、气动夹爪和充电枪的相对位置以及充电枪和新能源汽车的充电口的相对位置。
12、本专利技术还提出一种用于新能源汽车的自动化充电方法，包括如下步骤：
13、步骤一、分别建立基坐标系、相机坐标系、夹爪坐标系、机械臂本体末端坐标系、充电枪坐标系和汽车充电口坐标系；双目相机进行手眼标定，获得相机坐标系到机械臂本体末端坐标系的变换矩阵，通过正向运动学计算得到机械臂本体末端坐标系到基坐标系的变换矩阵，将相机坐标系转换到基坐标系下，求解夹爪坐标系相对于基坐标系的变换矩阵，将夹爪坐标系转换到基坐标系下；求解充电枪坐标系到夹爪坐标系的变换矩阵，再利用夹爪坐标系相对于基坐标系的变换矩阵，得到充电枪坐标系到基坐标系的变换矩阵；
14、步骤二、在新能源汽车停放入停车位后，车主通过扫描二维码的方式，进入自动化充电系统的人机交互管理界面，在选择完成自己的停车位之后，接着选定自己的充电口位置，下达充电指令；在主控单元接收到来自人机交互单元的充电指令之后，主控单元首先给电机驱动单元下达运动指令，根据用户输入的信息，将滑块移动至指定位置，接着主控单元下达指令至机械臂控制单元，控制吊装机械臂上的气动夹爪运动到充电枪附近并将其夹起；
15、步骤三、在夹取到充电枪之后，主控单元下达指令至机械臂控制单元，控制吊装机械臂移动至车辆充电口附近位置，接着根据相机信号采集单元的视觉信息，控制吊装机械臂将充电枪充电口与汽车充电口对齐，并将充电枪插入汽车充电口，最后松开气动夹爪；
16、步骤四、在目标车辆开始充电之后，主控单元给机械臂控制单元发送复位指令，吊装机械臂进行复位，返回初始位置；
17、步骤五、在汽车充电完毕或收到车主的停止充电指令之后，主控单元给机械臂控制单元发送指令，吊装机械臂按照充电时记录的运动信息，以相同的方式动作，拔出充电枪并放回充电桩，最后吊装机械臂进行复位。
18、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
19、进一步地，步骤一中，所述充电枪坐标系的建立过程为：
20、在充电枪的充电口的外平面上，连接左下方圆心和右下方圆心构成一条线段，以线段中点为原点建立充电枪坐标系，x轴方向沿经过左下方圆心和右下方圆心的直线向右，y轴方向沿着经过原点和上方圆心的直线向上，z轴垂直于充电枪充电口外侧平面，方向向外；
21、所述汽车充电口坐标系的建立过程为：在汽车充电口外侧面建立汽车充电口平面，连接左下方圆心和右下方圆心构成一条线段，以线段中点为原点建立汽车充电口坐标系，x轴方向沿经过左下方圆心和右下方圆心的直线向左，y轴方向沿着经过原点和上方圆心的直线向上，z轴垂直于汽车充电口平面，方向向内。
22、进一步地，步骤三中，所述将充电枪充电口与汽车充电口对齐的具体过程为：
23、获取双目相机的两个摄像头的图像，接着进行双目匹配，把汽车充电口在左右视图上对应的像素点进行匹配，得到视差图；
24、对双目相机采集的汽车充电口的图像进行椭圆检测与圆心估算，求解汽车充电口的圆心的像素坐标；根据汽车充电口的左下方圆心的像素坐标和右下方圆心的像素坐标求得汽车充电口坐标系的原点像素坐标；
25、根据视差图求解汽车充电口坐标系的原点在相机坐标系下的深度信息；
26、将汽车充电口坐标系原点从像素坐标系下转化到图像坐标系中；
27、基于三维空间定位原理，利用汽车充电口坐标系fv的原点在相机坐标系fc下的深度信息将汽车充电口坐标系fv的原点在图像坐标系下的位置转化到相机坐标系fc下；
28、将相机坐标系fc下的坐标转换到基坐标系fb下；
29、根据汽车充电口在基坐标系下fb的位姿及充电枪在基坐标系fb下的位姿，使吊装机械臂控制充电枪移动至汽车充电口，直至充电枪坐标系fp与汽车充电口坐标系fv完全重合，接着控制吊装机械臂，让充电枪沿着汽车充电口坐标系fv的z轴方向移动，直至充电枪完全插入汽车充电口，二者对接完成。
30、进一步地，所述对双目相机采集的汽车充电口的图像进行椭圆检测与圆心估算，求解汽车本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，包括吊装支架(1)、吊装机械臂(2)、控制柜(3)、充电桩(4)和停车位(6)；
2.如权利要求1所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述吊装支架(1)包括固定支架(101)、导轨底座(102)、滑块(103)和驱动电机(104)，所述导轨底座(102)固定安装在固定支架(101)的顶部，所述滑块(103)与导轨底座(102)滑动连接，所述驱动电机(104)安装在导轨底座(102)的一侧，控制滑块(103)沿导轨底座(102)滑动，所述滑块(103)与吊装机械臂(2)固定连接。
3.如权利要求1所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述吊装机械臂(2)包括末端执行部分(201)、机械臂本体(202)和固定底座(203)，所述末端执行部分(201)安装在机械臂本体(202)末端的法兰盘上，机械臂本体(202)底部固定安装在固定底座(203)上，所述末端执行部分(201)包括连接固定装置(20101)、双目相机(20102)和气动夹爪(20103)，双目相机(20102)安装在连接固
4.如权利要求3所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述控制柜(3)中集成有主控单元(301)以及分别与所述主控单元(301)相连的相机信号采集单元(302)、电机驱动单元(303)、气动夹爪驱动单元(304)、机械臂控制单元(305)和人机交互单元(306)，所述相机信号采集单元(302)与双目相机(20102)相连，气动夹爪驱动单元(304)与气动夹爪(20103)相连，机械臂控制单元(305)与机械臂本体(202)相连，所述人机交互单元(306)与车主进行通信；所述吊装支架(1)设有驱动电机(104)，所述电机驱动单元(303)与驱动电机(104)相连，用于驱动吊装机械臂(2)沿吊装支架(1)滑动。
5.如权利要求3所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述充电桩(4)安装在停车位(6)的正后方，充电桩(4)还包括充电座(401)，充电枪(402)安装在充电座(401)的侧面；
6.一种用于新能源汽车的自动化充电方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的用于新能源汽车的自动化充电方法，其特征在于，步骤一中，所述充电枪坐标系的建立过程为：
8.如权利要求6所述的用于新能源汽车的自动化充电方法，其特征在于，步骤三中，所述将充电枪充电口与汽车充电口对齐的具体过程为：
9.如权利要求8所述的用于新能源汽车的自动化充电方法，其特征在于，所述对双目相机采集的汽车充电口的图像进行椭圆检测与圆心估算，求解汽车充电口的圆心的像素坐标的具体过程为：
10.如权利要求8所述的用于新能源汽车的自动化充电方法，其特征在于，所述根据视差图求解汽车充电口坐标系的原点在相机坐标系下的深度信息的实现过程用公式表达为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，包括吊装支架(1)、吊装机械臂(2)、控制柜(3)、充电桩(4)和停车位(6)；
2.如权利要求1所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述吊装支架(1)包括固定支架(101)、导轨底座(102)、滑块(103)和驱动电机(104)，所述导轨底座(102)固定安装在固定支架(101)的顶部，所述滑块(103)与导轨底座(102)滑动连接，所述驱动电机(104)安装在导轨底座(102)的一侧，控制滑块(103)沿导轨底座(102)滑动，所述滑块(103)与吊装机械臂(2)固定连接。
3.如权利要求1所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述吊装机械臂(2)包括末端执行部分(201)、机械臂本体(202)和固定底座(203)，所述末端执行部分(201)安装在机械臂本体(202)末端的法兰盘上，机械臂本体(202)底部固定安装在固定底座(203)上，所述末端执行部分(201)包括连接固定装置(20101)、双目相机(20102)和气动夹爪(20103)，双目相机(20102)安装在连接固定装置(20101)预留的相机安装位，气动夹爪(20103)安装在连接固定装置(20101)预留的夹爪安装位；所述机械臂本体(202)是一个具有六自由度的机器人。
4.如权利要求3所述的用于新能源汽车的自动化充电系统，其特征在于，所述控制柜(3)中集成有主控单元(301)以及分别与所述主控单元(301)相连的相机信号采集单元(302)、电机...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹嘉禹，乔贵方，张颖，刘娣，姚伟程，张楠，张锦立，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
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