CN109455105A - 抓枪式自动充电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抓枪式自动充电系统及其控制方法，所述抓枪式自动充电系统包括：充电枪及与充电枪固定安装的连接器，所述充电枪及连接器布置于第一方向上；多自由度机械结构、固定于多自由度机械结构上方的手爪、及固定安装于手爪上的视觉模块，所述视觉模块用于对充电枪和/或连接器、及充电口进行视觉定位，所述手爪用于抓取充电枪；充电口，所述充电口布置于第二方向上；控制模块，用于控制多自由度机械结构的移动和/或转动。本发明中的抓枪式自动充电系统结构简单，控制方便，能够对充电枪及充电口进行精确定位，从而进行自动充电。

Description

抓枪式自动充电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及一种抓枪式自动充电系统及其控制方法。

背景技术

伴随着电动汽车快速发展，电动汽车正快速普及，电动汽车快速充电成为汽车工业和能源产业发展的重点，伴随着自动驾驶和自动泊车技术的成熟，对自动充电技术的需求显得越发急迫。

现有技术中固定在车位之间的自动充电系统，由于构成系统的机械臂等零部件成本较高，导致自动充电系统商用时价格太过昂贵，很难在工程上大量推广应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种抓枪式自动充电系统及其控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抓枪式自动充电系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种抓枪式自动充电系统，所述抓枪式自动充电系统包括：

充电枪及与充电枪固定安装的连接器，所述充电枪及连接器布置于第一方向上；

多自由度机械结构、固定于多自由度机械结构上方的手爪、及固定安装于手爪上的视觉模块，所述视觉模块用于对充电枪和/或连接器、及充电口进行视觉定位，所述手爪用于抓取充电枪；

充电口，所述充电口布置于第二方向上；

控制模块，用于控制多自由度机械结构的移动和/或转动。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械结构包括：

机械臂，用于固定手爪；

以及基座、笛卡尔三坐标机器人、滑台、旋转台中的一种或多种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械结构还包括AVG小车，用以驱动自动充电系统沿预设路线运动至各充电位置上。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械结构为六自由度机械结构，包括沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种抓枪式自动充电系统的控制方法，所述控制方法包括：

S1、接收开始充电指令；

S2、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第一方向上的充电枪及连接器，进行充电枪空间位置的定位；

S3、多自由度机械结构根据充电枪的空间位置驱动手爪抓取充电枪，并返回至初始位置；

S4、驱动多自由度机械结构，使得手爪及其抓取的充电枪朝向第二方向；

S5、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第二方向上的充电口，进行充电口空间位置的定位；

S6、多自由度机械结构根据充电口的空间位置驱动手爪及充电枪，并进行充电枪与充电口的插接；

S7、接收充电完成指令；

S8、多自由度机械结构驱动手爪拔出充电枪，并返回至初始位置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：

预定位，多自由度机械结构在第二方向上往复运动，视觉模块获取第一图像信息，对第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第一预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第一方向驱动手爪至第一预设距离，而后驱动手爪沿第三方向回转，视觉模块获取第二图像信息，对第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第二预设阈值，停止扫描。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5具体为：

预定位，多自由度机械结构在第一方向上往复运动，视觉模块获取第三图像信息，对第三图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第三图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第三预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第二方向驱动手爪及充电枪至第二预设距离，而后驱动手爪及充电枪沿第三方向回转，视觉模块获取第四图像信息，对第四图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第四图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第四预设阈值，停止扫描。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体为：

驱动多自由度机械结构沿第三方向回转一定角度，使得手爪及其抓取的充电枪由朝向第一方向变化为朝向第二方向。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械结构包括：

基座和安装于基座上的机械臂，所述基座固定设置，所述机械臂具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度；或，

基座和安装于基座上的机械臂，所述基座固定设置，所述机械臂具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度；或，

旋转台、安装于旋转台上的滑台、安装于滑台上的笛卡尔三坐标机器人、及安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述旋转台具有绕第三方向回转运动一个自由度，所述滑台具有沿第一方向及第二方向运动两个自由度，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第三方向运动一个自由度，所述机械臂具有绕第一方向及第二方向回转运动两个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，所述机械臂还具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个冗余自由度中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械结构还包括AVG小车，用以驱动自动充电系统沿预设路线运动至各充电位置上。

本发明的有益效果是：

抓枪式自动充电系统结构简单，控制方便，能够对充电枪及充电口进行精确定位，从而进行自动充电；

一套自动充电系统可以分时为多个充电位上的车辆进行充电，降低了自动充电系统的整体成本，提高了自动充电系统的使用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中抓枪式自动充电系统的工作原理图；

图2为本发明实施例6中抓枪式自动充电系统的工作原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种抓枪式自动充电系统，包括：

充电枪及与充电枪固定安装的连接器，充电枪及连接器布置于第一方向上：

多自由度机械结构、固定于多自由度机械结构上方的手爪、及固定安装于手爪上的视觉模块，视觉模块用于对充电枪和/或连接器、及充电口进行视觉定位，所述手爪用于抓取充电枪；

充电口，充电口布置于第二方向上；

控制模块，用于控制多自由度机械结构的移动和/或转动。

一种抓枪式自动充电系统的控制方法，包括：

S1、接收开始充电指令；

S2、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第一方向上的充电枪及连接器，进行充电枪空间位置的定位；

S3、多自由度机械结构根据充电枪的空间位置驱动手爪抓取充电枪，并返回至初始位置；

S4、驱动多自由度机械结构，使得手爪及其抓取的充电枪朝向第二方向；

S5、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第二方向上的充电口，进行充电口空间位置的定位；

S6、多自由度机械结构根据充电口的空间位置驱动手爪及充电枪，并进行充电枪与充电口的插接；

S7、接收充电完成指令；

S8、多自由度机械结构驱动手爪拔出充电枪，并返回至初始位置。

本发明中所指的第一方向即图1中的Y方向，第二方向及图1中的X方向，第三方向即图1中的Z方向。

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

实施例1：

参图1所示，本实施例中的抓枪式自动充电系统，包括：

充电枪5及与充电枪固定安装的连接器6，充电枪5及连接器6布置于第一方向(即Y-方向)上；

多自由度机械结构、固定于多自由度机械结构上方的手爪4、及固定安装于手爪上的视觉模块3，视觉模块3用于对充电枪5和/或连接器6、及充电口7进行视觉定位，所述手爪用于抓取充电枪；

充电口7，充电口布置于第二方向(即X-方向)上；

控制模块(未图示)，用于控制多自由度机械结构的移动和/或转动。

其中，本实施例中的多自由度机械结构为六自由度机械结构，包括基座1和安装于基座1上的机械臂2，基座1固定设置，机械臂2具有沿第一方向(Y方向)、第二方向(X方向)及第三方向(Z方向)运动三个自由度、以及绕第一方向(Y方向)、第二方向(X方向)及第三方向(Z方向)回转运动三个自由度。

本实施例中抓枪式自动充电系统的控制方法，包括：

S1、接收开始充电指令；

S2、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第一方向上的充电枪及连接器，进行充电枪空间位置的定位；

S3、多自由度机械结构根据充电枪的空间位置驱动手爪抓取充电枪，并返回至初始位置；

S4、驱动多自由度机械结构，使得手爪及其抓取的充电枪朝向第二方向；

S5、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第二方向上的充电口，进行充电口空间位置的定位；

S6、多自由度机械结构根据充电口的空间位置驱动手爪及充电枪，并进行充电枪与充电口的插接；

S7、接收充电完成指令；

S8、多自由度机械结构驱动手爪拔出充电枪，并返回至初始位置。

其中，步骤S2和步骤S5中的定位均通过预定位和精确定位两步完成。

步骤S2具体为：

预定位，多自由度机械结构在第二方向上往复运动，视觉模块获取第一图像信息，对第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第一预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第一方向驱动手爪至第一预设距离，而后驱动手爪沿第三方向回转，视觉模块获取第二图像信息，对第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第二预设阈值，停止扫描。

步骤S5具体为：

预定位，多自由度机械结构在第一方向上往复运动，视觉模块获取第三图像信息，对第三图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第三图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第三预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第二方向驱动手爪及充电枪至第二预设距离，而后驱动手爪及充电枪沿第三方向回转，视觉模块获取第四图像信息，对第四图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第四图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第四预设阈值，停止扫描。

进一步地，步骤S4具体为：

驱动多自由度机械结构沿第三方向回转一定角度，使得手爪及其抓取的充电枪由朝向第一方向变化为朝向第二方向。

参图1所示，本实施例中具体充电过程和步骤为：

(1)自动充电系统接收到充电指令，从待机状态恢复为工作状态；

(2)自动充电系统的控制模块控制机械臂2进入巡视充电枪4位置的姿态，开始对连接器6进行预定位。巡视时固定在机械臂末端的视觉模块3与连接器6的特征结构在空间上有一定距离，机械臂2以巡视姿态在X轴方向往复运动，并在运动过程中连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦找到与连接器6相似度较高的特征结构就停止扫描识别；

(3)机械臂2沿Y-方向接近连接器6并保持正确的距离，开始对连接器6进行精确定位，机械臂2控制末端关节绕Z轴小范围摆动，并连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦确定与连接器6符合度很高的特征结构，机械臂2立即停止摆动扫描，就实现了充电枪空间位置的定位(即得到了充电枪相对机械臂的空间坐标X、Y、Z、绕X轴回转坐标Rx、绕Y轴回转坐标Ry和绕Z轴回转坐标Rz)。

(4)机械臂2接近连接器6，手爪4抓取充电枪5，自动充电系统确认是否抓取成功；

(5)一旦手爪4成功抓取充电枪，自动充电系统控制机械臂2缩回至步骤(2)的位姿；

(6)机械臂2做绕Z轴逆时针转动90°的运动；

(7)机械臂2进入巡视充电口7位置的姿态，开始对充电口7进行预定位，巡视时固定在机械臂末端的视觉模块3与充电口7在空间上有一定距离，机械臂2以巡视姿态在Y轴方向往复运动，并在运动过程中连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦找到与充电口7相似度较高的特征结构就停止扫描识别；

(8)机械臂2沿X-方向接近充电口7并保持正确的距离，开始对充电口7进行精确定位，机械臂2控制末端关节绕Z轴小范围摆动，并连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦确定与充电口7符合度很高的特征结构，机械臂2立即停止摆动扫描，就实现了充电枪空间位置的定位(即获得了充电枪相对机械臂的空间坐标X、Y、Z、Rx、Ry和Rz)。

(9)机械臂2根据获得的充电口7的空间位置后，规划充电枪5的插接运动轨迹，并开始进行插接充电枪5动作，完成充电枪5的充电连接，开始充电；

(10)自动充电系统收到充电完成指令，控制机械臂2拔出充电枪5，进入步骤(7)的位姿；

(11)机械臂2做绕Z轴顺时针转动90°的运动；

(12)自动充电系统根据预置的充电枪2的固定空间位置，规划充电枪2的归位运动轨迹，并控制机械臂2和手爪4将充电枪5放置在抓取枪时的初始位置；

(13)自动充电系统完成一个循环的充电过程，返回待机位姿，并进入待机状态，等待下一次充电指令。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括五个自由度，多自由度机械结构包括基座和安装于基座上的机械臂，基座固定设置，机械臂具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度，多自由度机械结构能够实现X、Y、Z、Rx和Rz五轴运动。

相应地，在控制方法中充电枪或充电口相对机械臂的空间坐标包括X、Y、Z、绕X轴回转坐标Rx和绕Z轴回转坐标Rz，其余均与实施例1相同，此处不再进行赘述。

实施例3：

与实施例1的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括五个自由度，多自由度机械结构包括笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，机械臂具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，机械臂能够实现Rx、Ry和Rz三轴运动，Rx和Ry轴安装固定在Rz轴旋转台上，机械臂安装固定在笛卡尔三坐标机器人的Z轴工作台上，Z轴工作台安装固定在Y轴滑台上，Y轴滑台安装固定在X轴滑台上，多自由度机械结构能够实现X、Y、Z、Rx、Ry和Rz六轴运动。

具体充电过程和步骤为：

(1)自动充电系统接收到充电指令，从待机状态恢复为工作状态；

(2)自动充电系统的控制模块控制笛卡尔三坐标机器人的X、Y和Z轴运动到充电枪预定位位置，机械臂进入巡视充电枪位置的姿态，开始对连接器进行预定位。巡视时固定在机械臂末端的视觉模块与连接器的特征结构在空间上有一定距离，机械臂以巡视姿态在X轴方向往复运动，并在运动过程中连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦找到与连接器相似度较高的特征结构就停止扫描识别；

(3)机械臂沿Y-方向接近连接器并保持正确的距离，开始对连接器进行精确定位，机械臂控制末端关节绕Z轴小范围摆动，并连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦确定与连接器符合度很高的特征结构，机械臂立即停止摆动扫描，就实现了充电枪空间位置的定位(即得到了充电枪相对机械臂的空间坐标X、Y、Z、绕X轴回转坐标Rx、绕Y轴回转坐标Ry和绕Z轴回转坐标Rz)。

(4)机械臂接近连接器，手爪抓取充电枪，自动充电系统确认是否抓取成功；

(5)一旦手爪成功抓取充电枪，自动充电系统控制机械臂缩回至步骤(2)的位姿；

(6)机械臂做绕Z轴逆时针转动90°的运动；

(7)机械臂进入巡视充电口的姿态，开始对充电口进行预定位，巡视时固定在机械臂末端的视觉模块与充电口在空间上有一定距离，机械臂以巡视姿态在Y轴方向往复运动，并在运动过程中连续拍照，同时，自动充电系统控制器连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦找到与充电口相似度较高的特征结构就停止扫描识别；

(8)机械臂沿X-方向接近充电口并保持正确的距离，开始对充电口进行精确定位，机械臂控制末端关节绕Z轴小范围摆动，并连续拍照，同时，自动充电系统控制模块连续通过对照片数据进行运算和识别，一旦确定与充电口符合度很高的特征结构，机械臂立即停止摆动扫描，就实现了充电枪空间位置的定位(即获得了充电枪相对机械臂的空间坐标X、Y、Z、Rx、Ry和Rz)。

(9)机械臂根据获得的充电口的空间位置后，规划充电枪的插接运动轨迹，并开始进行插接充电枪动作，完成充电枪的充电连接，开始充电；

(10)自动充电系统收到充电完成指令，控制机械臂拔出充电枪，进入步骤(7)的位姿；

(11)机械臂做绕Z轴顺时针转动90°的运动；

(12)自动充电系统根据预置的充电枪的固定空间位置，规划充电枪的复位运动轨迹，并控制机械臂和手爪将充电枪放置在抓取枪时的初始位置；

(13)自动充电系统完成一个循环的充电过程，控制机械臂返回待机位姿，并进入待机状态，等待下一次充电指令。

实施例4：

与实施例3的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括五个自由度，多自由度机械结构包括笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，机械臂具有绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度，多自由度机械结构能够实现X、Y、Z、Rx和Rz五轴运动。

相应地，在控制方法中充电枪或充电口相对机械臂的空间坐标包括X、Y、Z、绕X轴回转坐标Rx和绕Z轴回转坐标Rz，其余均与实施例1相同，此处不再进行赘述。

实施例5：

与实施例3的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括六个自由度，多自由度机械结构包括旋转台(Rz轴)、安装于旋转台上的滑台、安装于滑台上的笛卡尔三坐标机器人、及安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，旋转台具有绕第三方向回转运动一个自由度，滑台包括Y滑台和X滑台，分别具有沿第一方向及第二方向的两个自由度，笛卡尔三坐标机器人还具有沿第三方向运动一个自由度，机械臂具有绕第一方向及第二方向回转运动两个自由度，多自由度机械结构能够实现X、Y、Z、Rx、Ry和Rz六轴运动。

相应地，步骤(6)变化为：旋转台带动机械臂做绕Z轴逆时针转动90°的运动；步骤(11)变化为：旋转台带动机械臂做绕Z轴顺时针转动90°的运动。

实施例6：

与实施例1的不同之处在于：参图2所示，本实施例中的多自由度机械结构包括AVG小车1及安装于AVG小车1上的机械臂2，，机械臂2与实施例1相同均为六自由度机械臂。AVG小车1用以驱动自动充电系统沿预设路线运动至各充电位置上，机械臂2及其固定其上的手爪4和视觉模块3一起安装固定在AGV小车1上随AGV小车1一起按固定轨迹移。AGV小车可以在多车位之间移动，充电枪5及其连接器6布置在两车位之间。

详参图2所示，AGV小车1的移动轨迹为A1、AB、B1、BC、直至MN、N1等；AGV小车1可以连续在各车位之间移动，顺序为每个车位上的车辆充电，也可以按指令在A、B至N的若干个车位之间跳步移动并根据充电需求实时调整移动轨迹。AGV小车停在每个车位的正确位置上，自动充电系统的具体充电过程和步骤与实施例1相同，此处不再进行赘述。

实施例7：

与实施例6的不同之处在于：本实施例中的AGV小车停在每个车位的正确位置上，自动充电系统的具体充电过程和步骤与实施例2相同，此处不再进行赘述。

实施例8：

与实施例6的不同之处在于：本实施例中的AGV小车停在每个车位的正确位置上，自动充电系统的具体充电过程和步骤与实施例3相同，此处不再进行赘述。

实施例9：

与实施例6的不同之处在于：本实施例中的AGV小车停在每个车位的正确位置上，自动充电系统的具体充电过程和步骤与实施例4相同，此处不再进行赘述。

实施例10：

与实施例6的不同之处在于：本实施例中的AGV小车停在每个车位的正确位置上，自动充电系统的具体充电过程和步骤与实施例5相同，此处不再进行赘述。

实施例11：

与实施例3的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，机械臂为四自由度机械臂，其具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，以及沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个冗余自由度中的一种，机械臂能够实现Rx、Ry、Rz三个方向的回转运动和实现X或Y或Z中的一个方向运动，X或Y或Z中的一个方向为冗余自由度，其它与实施例3相同。

实施例12：

与实施例3的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，机械臂为五自由度机械臂，其具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，以及沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个冗余自由度中的任意两种，机械臂能够实现Rx、Ry、Rz三个方向的回转运动和实现X或Y或Z中的两个方向运动，X或Y或Z中的两个方向为冗余自由度，其它与实施例3相同。

实施例13：

与实施例3的不同之处在于：本实施例中的多自由度机械结构包括笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，机械臂为六自由度机械臂，其具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，以及沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个冗余自由度，机械臂能够实现Rx、Ry、Rz三个方向的回转运动和实现X或Y或Z中三个方向运动，X或Y或Z三个方向为冗余自由度，其它与实施例3相同。

应当理解的是，上述各实施例中以充电枪5布置在Y-方向、充电口7布置在X-方向为例进行说明，充电枪5和充电口的位置可以布置在其他位置，如：

(1)充电枪5布置在Y+方向、充电口7布置在X-方向；

(2)充电枪5布置在Y-方向、充电口7布置在X+方向；

(3)充电枪5布置在Y+方向、充电口7布置在X+方向…

充电枪5和充电口7的位置布置并不影响本发明的实现，其他位置情况下的具体充电过程和步骤与上述实施例类似，均属于本发明的保护范围，此处不再一一进行赘述。

进一步地，充电枪5所在的第一方向和充电口7所在的第二方向之间的夹角也不一定限于90°，在其他夹角情况下同样可以实现，只需调整沿Z轴旋转的角度即可。

由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

抓枪式自动充电系统结构简单，控制方便，能够对充电枪及充电口进行精确定位，从而进行自动充电；

一套自动充电系统可以分时为多个充电位上的车辆进行充电，降低了自动充电系统的整体成本，提高了自动充电系统的使用效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种抓枪式自动充电系统，其特征在于，所述抓枪式自动充电系统包括：

充电枪及与充电枪固定安装的连接器，所述充电枪及连接器布置于第一方向上；

多自由度机械结构、固定于多自由度机械结构上方的手爪、及固定安装于手爪上的视觉模块，所述视觉模块用于对充电枪和/或连接器、及充电口进行视觉定位，所述手爪用于抓取充电枪；

充电口，所述充电口布置于第二方向上；

控制模块，用于控制多自由度机械结构的移动和/或转动。

2.根据权利要求1所述的抓枪式自动充电系统，其特征在于，所述多自由度机械结构包括：

机械臂，用于固定手爪；

以及基座、笛卡尔三坐标机器人、滑台、旋转台中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求2所述的抓枪式自动充电系统，其特征在于，所述多自由度机械结构还包括AVG小车，用以驱动自动充电系统沿预设路线运动至各充电位置上。

4.根据权利要求2所述的抓枪式自动充电系统，其特征在于，所述多自由度机械结构为六自由度机械结构，包括沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度。

5.一种抓枪式自动充电系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

S1、接收开始充电指令；

S2、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第一方向上的充电枪及连接器，进行充电枪空间位置的定位；

S3、多自由度机械结构根据充电枪的空间位置驱动手爪抓取充电枪，并返回至初始位置；

S4、驱动多自由度机械结构，使得手爪及其抓取的充电枪朝向第二方向；

S5、通过多自由度机械结构及视觉模块巡视第二方向上的充电口，进行充电口空间位置的定位；

S6、多自由度机械结构根据充电口的空间位置驱动手爪及充电枪，并进行充电枪与充电口的插接；

S7、接收充电完成指令；

S8、多自由度机械结构驱动手爪拔出充电枪，并返回至初始位置。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

预定位，多自由度机械结构在第二方向上往复运动，视觉模块获取第一图像信息，对第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第一图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第一预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第一方向驱动手爪至第一预设距离，而后驱动手爪沿第三方向回转，视觉模块获取第二图像信息，对第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构进行比对，直至第二图像信息与连接器和/或充电枪的特征结构的相似值高于第二预设阈值，停止扫描。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

预定位，多自由度机械结构在第一方向上往复运动，视觉模块获取第三图像信息，对第三图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第三图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第三预设阈值，停止扫描；

精确定位，多自由度机械结构沿第二方向驱动手爪及充电枪至第二预设距离，而后驱动手爪及充电枪沿第三方向回转，视觉模块获取第四图像信息，对第四图像信息与充电口的特征结构进行比对，直至第四图像信息和充电口的特征结构的相似值高于第四预设阈值，停止扫描。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

驱动多自由度机械结构沿第三方向回转一定角度，使得手爪及其抓取的充电枪由朝向第一方向变化为朝向第二方向。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述多自由度机械结构包括：

基座和安装于基座上的机械臂，所述基座固定设置，所述机械臂具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度；或，

基座和安装于基座上的机械臂，所述基座固定设置，所述机械臂具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度、以及绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第二方向及第三方向回转运动两个自由度；或，

旋转台、安装于旋转台上的滑台、安装于滑台上的笛卡尔三坐标机器人、及安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述旋转台具有绕第三方向回转运动一个自由度，所述滑台具有沿第一方向及第二方向运动两个自由度，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第三方向运动一个自由度，所述机械臂具有绕第一方向及第二方向回转运动两个自由度；或，

笛卡尔三坐标机器人和安装于笛卡尔三坐标机器人上的机械臂，所述笛卡尔三坐标机器人具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个自由度，所述机械臂具有绕第一方向、第二方向及第三方向回转运动三个自由度，所述机械臂还具有沿第一方向、第二方向及第三方向运动三个冗余自由度中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述多自由度机械结构还包括AVG小车，用以驱动自动充电系统沿预设路线运动至各充电位置上。