权利要求
1.一种电动车充电系统，其特征在于，包括：
机械臂组件，所述机械臂组件的固定端与车身连接，所述车身具有容纳所述机械臂组件的容纳腔，所述机械臂组件具有位于所述容纳腔的收纳位置，以及，部分的所述机械臂组件具有脱离所述容纳腔的工作位置;
抓取组件，所述抓取组件与所述机械臂组件的执行端连接，所述抓取组件用于抓取不同类型的目标充电枪;
双目视觉相机，所述双目视觉相机与车身连接，所述双目视觉相机与所述机械臂组件间隔设置，所述双目视觉相机用于获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;
激光雷达模块，所述激光雷达模块位于所述机械臂组件一侧，所述激光雷达模块用于获取所述机械臂组件区域的障碍物图像数据;
其中，控制所述机械臂组件的执行端，可使所述抓取组件具有抓取所述目标充电枪的抓取位置，以及具有将所述目标充电枪至车身充电口后并释放所述目标充电枪的释放位置。
2.根据权利要求1所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统还包括：
视觉
传感器，所述视觉传感器位于所述机械臂组件的执行端的一侧，所述视觉传感器与所述抓取组件连接，所述视觉传感器用于获取目标充电枪的枪把位置图像数据和所述目标充电枪与所述车身充电口的配合图像数据，以控制所述机械臂组件的执行端，将所述抓取组件位于所述抓取位置和所述释放位置。
3.根据权利要求1或2所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统还包括：
应急放电枪，所述应急放电枪位于所述容纳腔内，所述应急放电枪与所述机械臂组件的执行端可拆卸连接，所述应急放电枪具有位于所述容纳腔的闲置位置，以及，部分的所述应急放电枪具有位于目标待充电车辆充电口的补电位置。
4.根据权利要求3所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统还包括：
拨片，所述拨片位于所述抓取组件的一侧，所述拨片与所述机械臂组件的执行端连接，所述拨片用于打开或关闭目标充电桩防尘盖，以及，所述拨片用于打开或关闭目标车辆充电口防尘盖。
5.根据权利要求3所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统还包括：
第一力传感器，部分的所述第一力传感器与所述抓取组件连接，所述第一力传感器与所述机械臂组件具有距离地设置，所述抓取组件位于所述抓取位置时，所述第一力传感器用于获取抓取所述目标充电枪的接触压力;
和/或;
第二力传感器，部分的所述第二力传感器与所述抓取组件连接，所述第一力传感器与所述机械臂组件具有距离地设置，所述抓取组件位于所述释放位置时，所述第二力传感器用于获取抓取所述车身充电口的侧壁接触压力。
6.根据权利要求3所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统还包括：
无线模块，所述无线模块与所述车身连接，所述无线模块用于与目标充电桩无线通信。
7.根据权利要求3所述的电动车充电系统，其特征在于，所述机械臂组件包括：
储藏舱，所述储藏舱设置在所述容纳腔内，所述储藏舱具有储物腔，所述储藏舱包括：舱体和舱盖，部分的所述舱体与车身后备箱内侧连接，所述舱体顶部设置有操作口，所述舱盖与所述舱体活动连接;
机械臂模组，所述机械臂模组位于所述储物腔内，所述机械臂模组的固定端与所述舱体连接，所述机械臂模组具有所述收纳位置和所述工作位置;
其中，所述舱盖具有将所述机械臂模组封闭在所述储物腔的封闭位置，以及所述舱盖具有避让所述操作口的避让位置，所述舱盖位于所述封闭位置时，所述机械臂模组位于所述收纳位置。
8.一种电动车辆，包括电动车充电系统，其特征在于，所述电动车充电系统为权利要求1-7中任意一项所述的电动车充电系统。
9.一种电动车充电方法，用于控制权利要求1-7中任意一项所述的电动车充电系统，其特征在于，所述方法包括：
响应于请求对车辆充电指令，获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;
基于所述目标充电枪图像数据，确定第一机械臂动作数据，其中，所述第一机械臂动作数据包括：多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第一目标位置数据;
响应于所述第一机械臂动作数据，生成第一控制指令集，所述第一控制指令集用于控制车身后备箱盖位于预设打开位置，控制舱盖位于避让位置;
控制多个所述机械臂关节和所述执行端位于对应的第一目标工作位置，以及控制所述抓取组件位于抓取位置;
响应于所述多个所述机械臂关节和所述执行端完成位于所述目标工作位置，以及所述抓取组件完成位于所述抓取位置，基于预设车辆充电口位置数据，确定第二机械臂动作数据，其中，所述第二机械臂动作数据包括：多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第二目标位置数据;
响应于所述第二机械臂动作数据，生成第二控制指令集，所述第二控制指令集用控制多个所述机械臂关节和所述执行端位于对应的第二目标工作位置，控制所述抓取组件位于释放位置，以及控制无线模块位于与目标充电桩无线通信状态。
10.根据权利要求9所述的一种电动车充电方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于多个所述机械臂关节和所述执行端完成位于对应的第二目标工作位置，以及所述抓取组件完成位于释放位置，生成第三控制指令集，所述第三控制指令集用于控制车辆
动力电池位于充电状态。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及电动车充电技术领域，具体而言，涉及一种电动车充电系统、方法及车辆。
背景技术
[0002]目前大多数电动车充电还需要车主手动插拔充电枪，遇到雨雪天气或者充电枪比较重时体验不好，而且不同品牌充电桩的枪头形状、尺寸不一，现有的自动充电装置要么识别精度不够，要么机械臂活动范围受限，难以灵活适应各种场景。
[0003]针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
[0004]本发明的主要目的在于提供一种电动车充电系统、方法及车辆，以解决现有电动车如何自动完成充电枪抓取与插拔的问题的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电动车充电系统，包括：机械臂组件，机械臂组件的固定端与车身连接，车身具有容纳机械臂组件的容纳腔，机械臂组件具有位于容纳腔的收纳位置，以及，部分的机械臂组件具有脱离容纳腔的工作位置;抓取组件，抓取组件与机械臂组件的执行端连接，抓取组件用于抓取不同类型的目标充电枪;双目视觉相机，双目视觉相机与车身连接，双目视觉相机与机械臂组件间隔设置，双目视觉相机用于获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;激光雷达模块，激光雷达模块位于机械臂组件一侧，激光雷达模块用于获取机械臂组件区域的障碍物图像数据;其中，控制机械臂组件的执行端，可使抓取组件具有抓取目标充电枪的抓取位置，以及具有将目标充电枪至车身充电口后并释放目标充电枪的释放位置。
[0006]进一步地，电动车充电系统还包括：视觉传感器，视觉传感器位于机械臂组件的执行端的一侧，视觉传感器与抓取组件连接，视觉传感器用于获取目标充电枪的枪把位置图像数据和目标充电枪与车身充电口的配合图像数据，以控制机械臂组件的执行端，将抓取组件位于抓取位置和释放位置。
[0007]进一步地，电动车充电系统还包括：应急放电枪，应急放电枪位于容纳腔内，应急放电枪与机械臂组件的执行端可拆卸连接，应急放电枪具有位于容纳腔的闲置位置，以及，部分的应急放电枪具有位于目标待充电车辆充电口的补电位置。
[0008]进一步地，电动车充电系统还包括：拨片，拨片位于抓取组件的一侧，拨片与机械臂组件的执行端连接，拨片用于打开或关闭目标充电桩防尘盖，以及，拨片用于打开或关闭目标车辆充电口防尘盖。
[0009]进一步地，电动车充电系统还包括：第一力传感器，部分的第一力传感器与抓取组件连接，第一力传感器与机械臂组件具有距离地设置，抓取组件位于抓取位置时，第一力传感器用于获取抓取目标充电枪的接触压力;和/或;第二力传感器，部分的第二力传感器与抓取组件连接，第一力传感器与机械臂组件具有距离地设置，抓取组件位于释放位置时，第二力传感器用于获取抓取车身充电口的侧壁接触压力。
[0010]进一步地，电动车充电系统还包括：无线模块，无线模块与车身连接，无线模块用于与目标充电桩无线通信。
[0011]进一步地，机械臂组件包括：储藏舱，储藏舱设置在容纳腔内，储藏舱具有储物腔，储藏舱包括：舱体和舱盖，部分的舱体与车身后备箱内侧连接，舱体顶部设置有操作口，舱盖与舱体活动连接;机械臂模组，机械臂模组位于储物腔内，机械臂模组的固定端与舱体连接，机械臂模组具有收纳位置和工作位置;其中，舱盖具有将机械臂模组封闭在储物腔的封闭位置，以及舱盖具有避让操作口的避让位置，舱盖位于封闭位置时，机械臂模组位于收纳位置。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种电动车辆，包括电动车充电系统，电动车充电系统为上述的电动车充电系统。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种电动车充电方法，用于控制上述的电动车充电系统，方法包括：响应于请求对车辆充电指令，获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;基于目标充电枪图像数据，确定第一机械臂动作数据，其中，第一机械臂动作数据包括：多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第一目标位置数据;响应于第一机械臂动作数据，生成第一控制指令集，第一控制指令集用于控制车身后备箱盖位于预设打开位置，控制舱盖位于避让位置;控制多个机械臂关节和执行端位于对应的第一目标工作位置，以及控制抓取组件位于抓取位置;响应于多个机械臂关节和执行端完成位于目标工作位置，以及抓取组件完成位于抓取位置，基于预设车辆充电口位置数据，确定第二机械臂动作数据，其中，第二机械臂动作数据包括：多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第二目标位置数据;响应于第二机械臂动作数据，生成第二控制指令集，第二控制指令集用控制多个机械臂关节和执行端位于对应的第二目标工作位置，控制抓取组件位于释放位置，以及控制无线模块位于与目标充电桩无线通信状态。
[0014]进一步地，方法还包括：响应于多个机械臂关节和执行端完成位于对应的第二目标工作位置，以及抓取组件完成位于释放位置，生成第三控制指令集，第三控制指令集用于控制车辆动力电池位于充电状态。
[0015]应用本发明的技术方案，通过双目视觉相机定位充电枪、激光雷达感知周边障碍物，配合抓取组件对不同型号枪头的自适应抓取，机械臂可以从车身容纳腔伸出，准确抓取充电枪并插入充电口，充电结束后自动归位并缩回车内，整个过程无需人工干预，既便捷又可靠，解决了现有电动车如何自动完成充电枪抓取与插拔的问题的技术问题。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0017]图1本发明所述的电动车充电系统第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0020]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0021]现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0022]当前
新能源汽车的充电操作，仍普遍依赖车主人工完成充电枪的插拔与对接。在实际使用场景中，人工插拔方式存在诸多不便：雨雪、严寒、酷暑等恶劣天气下，车主需下车操作，既影响使用体验，也存在一定安全隐患;部分大功率充电枪自重较大，女性、老年用户或体力较弱人群在插拔时较为费力，操作舒适性差。
[0023]同时，不同车企、不同品牌充电桩的充电接口在外形轮廓、尺寸规格、定位结构等方面存在明显差异，接口位置与安装角度也因车型设计各不相同，进一步增加了人工对接的繁琐程度。
[0024]现有自动充电设备虽试图解决上述问题，但普遍存在明显局限：一方面，视觉识别与定位精度不足，易受光线、污渍、车身偏移等因素干扰，难以稳定、精准对准车辆充电口;另一方面，执行机构多采用结构相对固定的机械臂，运动自由度有限、活动覆盖范围不足，对不同车位姿态、不同车型接口位置的适应性较差，无法灵活适配多品牌、多车型及复杂停车场景，导致自动充电的通用性与可靠性难以满足实际使用需求。
[0025]本申请实施例提供的一种电动车充电系统，如图1所示，包括：机械臂组件，机械臂组件的固定端与车身连接，车身具有容纳机械臂组件的容纳腔，机械臂组件具有位于容纳腔的收纳位置，以及，部分的机械臂组件具有脱离容纳腔的工作位置;抓取组件，抓取组件与机械臂组件的执行端连接，抓取组件用于抓取不同类型的目标充电枪;双目视觉相机，双目视觉相机与车身连接，双目视觉相机与机械臂组件间隔设置，双目视觉相机用于获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;激光雷达模块，激光雷达模块位于机械臂组件一侧，激光雷达模块用于获取机械臂组件区域的障碍物图像数据;其中，控制机械臂组件的执行端，可使抓取组件具有抓取目标充电枪的抓取位置，以及具有将目标充电枪至车身充电口后并释放目标充电枪的释放位置。
[0026]应用本发明的技术方案，通过双目视觉相机定位充电枪、激光雷达感知周边障碍物，配合抓取组件对不同型号枪头的自适应抓取，机械臂可以从车身容纳腔伸出，准确抓取充电枪并插入充电口，充电结束后自动归位并缩回车内，整个过程无需人工干预，既便捷又可靠，解决了现有电动车如何自动完成充电枪抓取与插拔的问题的技术问题。
[0027]进一步地，电动车充电系统还包括：视觉传感器，视觉传感器位于机械臂组件的执行端的一侧，视觉传感器与抓取组件连接，视觉传感器用于获取目标充电枪的枪把位置图像数据和目标充电枪与车身充电口的配合图像数据，以控制机械臂组件的执行端，将抓取组件位于抓取位置和释放位置。能够实时采集目标充电枪枪把位置以及充电枪与车身充电口配合的图像数据，精准引导机械臂组件驱动抓取组件移动至对应的抓取位置和释放位置，有效提高了充电枪抓取与对接的精准度，让自动充电的动作执行更加稳定顺畅。
[0028]在本实施例中，电动车充电系统还包括：应急放电枪，应急放电枪位于容纳腔内，应急放电枪与机械臂组件的执行端可拆卸连接，应急放电枪具有位于容纳腔的闲置位置，以及，部分的应急放电枪具有位于目标待充电车辆充电口的补电位置。
[0029]本实施增设的应急放电枪可收纳于系统容纳腔内，与机械臂组件的执行端采用可拆卸式连接，闲置时稳定收纳于容纳腔且不占用车身额外空间，需应急补电时可直接复用原有充电系统的机械臂执行机构、多模融合定位能力与全流程自动化控制逻辑，由机械臂带动应急放电枪完成与目标待充电车辆充电口的无人化精准对接，无需额外增设独立的驱动、定位和操作装置，有效拓展了电动车充电系统的应用边界，实现了V2V车对车应急补能的全流程无人化操作，解决了新能源车辆户外亏电抛锚时难以便捷补电的痛点，大幅提升了整车的场景适配能力与实用性。
[0030]进一步地，电动车充电系统还包括：拨片，拨片位于抓取组件的一侧，拨片与机械臂组件的执行端连接，拨片用于打开或关闭目标充电桩防尘盖，以及，拨片用于打开或关闭目标车辆充电口防尘盖。
[0031]本实施在抓取组件一侧增设的拨片与机械臂组件执行端相连，可随机械臂同步运动，能自动完成目标充电桩防尘盖和目标车辆充电口防尘盖的开启与关闭操作，无需人工手动干预，实现了充电全流程中盖体操作的无人化衔接，配合机械臂的抓取、插拔动作形成完整的自动化作业闭环，既提升了自动充电的整体效率，又避免了人工接触盖体带来的操作繁琐性与户外环境下的操作不便，同时适配市面绝大多数规格的充电桩与车辆充电口盖体结构，进一步增强了系统的场景适配性与实用性。
[0032]具体地，电动车充电系统还包括：第一力传感器，部分的第一力传感器与抓取组件连接，第一力传感器与机械臂组件具有距离地设置，抓取组件位于抓取位置时，第一力传感器用于获取抓取目标充电枪的接触压力。
[0033]本实施在抓取组件处设置的第一力传感器与机械臂组件间隔布置，当抓取组件处于充电枪抓取位置时，可精准获取抓取充电枪的接触压力数据，能根据压力值实时调整抓取力度，既保证对不同规格充电枪的稳定夹持，避免因夹持过松导致充电枪脱落、过紧造成枪体结构损坏，又为机械臂的动作控制提供精准的力反馈，提升充电枪抓取环节的操作精度与可靠性，进一步完善自动充电的力控闭环体系，让充电枪的抓取与后续插拔动作衔接更顺畅。
[0034]进一步地，电动车充电系统还包括：第二力传感器，部分的第二力传感器与抓取组件连接，第一力传感器与机械臂组件具有距离地设置，抓取组件位于释放位置时，第二力传感器用于获取抓取车身充电口的侧壁接触压力。
[0035]本实施在抓取组件处设置的第二力传感器与机械臂组件间隔布置，当抓取组件处于释放位置进行充电枪与车身充电口的对接操作时，可精准获取充电枪与车身充电口侧壁的接触压力数据，能依据压力值实时微调机械臂的对接姿态与作用力，有效避免硬接触造成充电口侧壁、充电枪密封件的结构损坏，同时可适配充电口的微小角度与位置偏差，提升充电枪插拔对接的精准度和稳定性，进一步补充自动充电全流程的力控闭环反馈，让充电枪与车身充电口的配合对接更安全、更可靠。
[0036]进一步地，电动车充电系统还包括：无线模块，无线模块与车身连接，无线模块用于与目标充电桩无线通信。可实现车辆与目标充电桩的无线通信交互，能自动完成二者的通信握手、协议识别与参数匹配，无需人工手动操作配置，还可实时同步充电状态、传输启停指令并完成自动结算，打通了车桩间的无线通信链路，配合机械臂的自动化操作实现充电全流程的无人化衔接，同时兼容多类无线通信模式与全球主流充电协议，适配不同品牌、规格的充电桩，大幅提升了系统的通信适配性与自动充电的整体流畅度。
[0037]在本实施例中，机械臂组件包括：储藏舱，储藏舱设置在容纳腔内，储藏舱具有储物腔，储藏舱包括：舱体和舱盖，部分的舱体与车身后备箱内侧连接，舱体顶部设置有操作口，舱盖与舱体活动连接;机械臂模组，机械臂模组位于储物腔内，机械臂模组的固定端与舱体连接，机械臂模组具有收纳位置和工作位置;其中，舱盖具有将机械臂模组封闭在储物腔的封闭位置，以及舱盖具有避让操作口的避让位置，舱盖位于封闭位置时，机械臂模组位于收纳位置。
[0038]本实施将机械臂组件集成于车身容纳腔内的储藏舱中，储藏舱通过舱体与车身后备箱内侧连接，配套的舱盖可实现储物腔的封闭与操作口的避让，机械臂模组收纳于储藏舱的储物腔内，舱盖封闭时机械臂模组同步处于收纳位置，既利用后备箱原有空间实现了机械臂模组的规整收纳，不占用车身额外储物空间，又通过舱盖的封闭防护为机械臂模组提供了防尘防水的基础防护，避免车辆行驶过程中机械臂模组受外界环境干扰或出现松动异响，同时储藏舱的独立式结构设计无需改动车身主结构，兼容绝大多数新能源整车平台，舱盖的活动式设计还能为机械臂模组从收纳位置展开至工作位置提供顺畅的操作空间，保障机械臂动作的顺利执行，进一步提升了机械臂组件集成的合理性、防护性与整车适配性。
[0039]根据本申请的另一具体实施例，还提供了一种电动车辆，包括电动车充电系统，电动车充电系统为上述的电动车充电系统。
[0040]本实施的电动车辆搭载了前述的电动车充电系统，可直接复用系统的自动化充电、多场景适配、全流程无人化操作等核心优势，无需改动车身主结构即可实现后备箱集成式自动充电功能，不仅能完成各类充电桩的无人化对接充电，还可实现V2V车对车应急补能，同时依托系统的高精度定位、力控闭环、整车级防护设计，保障了自动充电的精准性、可靠性与行车安全性，大幅提升了车辆的智能化水平、场景适配能力与使用便利性，让用户在各类充电场景下都能实现零下车、零操作的便捷体验。
[0041]根据本申请的另一具体实施例，还提供了一种电动车充电方法，用于控制上述的电动车充电系统，方法包括：
[0042]步骤S101，响应于请求对车辆充电指令，获取目标充电桩区域的目标充电枪图像数据;
[0043]在步骤S101中，当系统响应于用户通过车机、手机APP发出的车辆充电指令，或车辆智能驾驶系统根据剩余电量触发的自动充电请求后，将立即启动多模融合感知定位系统的全局感知环节，首先控制车辆后备箱盖自动解锁并开启至预设角度，使安装于后备箱盖内侧的全局双目视觉相机进入工作状态，该相机将对车辆周边0.8-2.5米范围内的目标充电桩区域进行全域图像采集，精准获取目标充电桩及配套目标充电枪的整体图像数据，包括充电枪在枪座上的摆放位置、枪座高度、充电桩防尘盖闭合状态、充电枪与车辆的相对空间位置等关键视觉信息;同时，全局双目视觉相机将结合自身的视觉识别算法，对采集到的图像数据进行初步处理与特征提取，快速识别目标充电枪的规格型号、枪把位置等核心信息，形成包含坐标、轮廓、相对距离的目标充电枪图像数据集，为后续机械臂的粗定位与运动路径规划提供精准的视觉基础数据，整个图像数据获取过程无需人工干预，且可适配户外强光、弱光、雨天等多种环境，保证图像数据的完整性与有效性，确保后续自动充电流程的顺利启动。
[0044]步骤S102，基于目标充电枪图像数据，确定第一机械臂动作数据;
[0045]步骤S102中，系统基于步骤S101中全局双目视觉相机采集的目标充电枪图像数据，依托多模融合感知定位系统的多源数据融合处理单元与全流程自动化控制系统的运动规划单元，开展数据解析与动作规划，精准确定第一机械臂动作数据，该数据包含多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第一目标位置数据。首先，数据融合处理单元对目标充电枪图像数据进行深度解析，提取充电桩枪座、充电枪的三维空间坐标、相对车辆的距离与角度、枪座高度等核心特征信息，结合车辆自身泊车位置参数，完成目标充电枪抓取点位的空间定位，生成机械臂执行端需抵达的第一目标位置数据，该位置为机械臂末端抓取组件可精准夹持充电枪枪把的最优空间位置，包含X/Y/Z三轴的精准坐标参数，适配车辆±30cm的停车偏差范围。
[0046]随后，运动规划单元基于7自由度冗余机械臂的结构特性，以第一目标位置数据为核心，结合车辆后备箱、车身钣金等周边障碍物的空间位置，运用无碰撞路径规划算法，规划出机械臂从收纳仓展开至第一目标位置的最优运动路径，同时根据机械臂各关节的转动范围、联动特性与伺服驱动参数，逐一对7个关节的运动轨迹进行拆解与计算，确定每个关节从初始收纳状态到抵达指定位置所需的目标转动角度数据，明确各关节的转动方向、角度值与运动时序，保证各关节联动配合的精准性与流畅性。整个过程中，系统将对规划的动作数据进行仿真校验，确保机械臂执行端能精准抵达第一目标位置，且各关节转动角度符合机械结构与伺服驱动的运行要求，同时动作路径无碰撞、无卡顿，为后续机械臂抓取充电枪的动作执行提供精准、可靠的动作指令依据，保障自动充电对接环节的顺利推进。响应于第一机械臂动作数据，生成第一控制指令集，第一控制指令集用于控制车身后备箱盖位于预设打开位置，控制舱盖位于避让位置;
[0047]步骤S103中，控制多个机械臂关节和执行端位于对应的第一目标工作位置，以及控制抓取组件位于抓取位置;
[0048]步骤S103中，全流程自动化控制系统的伺服驱动单元接收步骤S102规划的第一机械臂动作数据后，将按照预设的运动时序与联动逻辑，向机械臂组件的7自由度冗余机械臂模组发送精准的驱动指令，首先控制储藏舱的舱盖从封闭位置切换至避让操作口的打开位置，解除机械臂模组的收纳防护限制，随后驱动机械臂模组从储物腔内的收纳位置开始动作，依据各机械臂关节的目标转动角度数据，逐一对每个关节进行精准的角度驱动与实时位置校准，通过车规级空心杯伺服电机的快速响应(响应时间≤50ms)，实现各关节的同步联动与分步调节，确保每个关节都精准转动至对应的目标角度，带动机械臂执行端沿规划的无碰撞路径平稳运动，直至执行端精准抵达第一目标位置数据对应的第一目标工作位置，完成机械臂整体的空间定位。
[0049]在机械臂执行端抵达第一目标工作位置的同时，控制系统将向抓取组件发送动作指令，结合末端局部视觉相机的实时位置修正与第一力传感器的预压反馈，控制抓取组件的电动夹持机构缓慢张开并对准目标充电枪的枪把位置，随后逐步收紧夹持结构，直至抓取组件精准卡合于充电枪枪把的最优夹持点位，稳定处于抓取位置;此过程中第一力传感器将实时采集抓取接触压力数据并反馈至控制系统，形成力控初反馈，确保夹持力度处于合理范围，既保证后续取枪动作的夹持稳定性，又避免因夹持过紧造成充电枪枪体结构损坏，整个动作执行过程中，近距离激光雷达将持续扫描机械臂运动路径与周边环境，若检测到障碍物将立即触发急停保护，保障动作执行的安全性，最终实现机械臂各关节、执行端与抓取组件的精准对位，为后续取出充电枪的动作做好充分准备。
[0050]步骤S104，响应于多个机械臂关节和执行端完成位于目标工作位置，以及抓取组件完成位于抓取位置，基于预设车辆充电口位置数据，确定第二机械臂动作数据，其中，第二机械臂动作数据包括：多个机械臂关节的目标转动角度数据和执行端的第二目标位置数据;
[0051]在步骤S104中，系统在检测到多个机械臂关节、执行端均精准抵达第一目标工作位置，且抓取组件已稳定处于充电枪抓取位置后，将立即触发第二阶段机械臂动作规划流程，基于预存于控制系统中的车辆充电口位置数据，结合多源数据融合处理单元的实时运算，精准确定包含多个机械臂关节目标转动角度数据和执行端第二目标位置数据的第二机械臂动作数据。首先，控制系统调取整车标定阶段预存的车辆充电口三维空间精准坐标、安装角度、开口朝向等预设位置数据，该数据为车辆出厂前标定的固定基准数据。
[0052]同时结合步骤S101-S103中获取的目标充电枪实时位置、机械臂当前姿态参数，以及车身与充电桩的相对位置关系，完成充电枪从充电桩枪座到车辆充电口的空间运动路径锚定，明确机械臂执行端需抵达的第二目标位置数据——该位置为充电枪枪头与车辆充电口实现精准对接前的最优待插位，包含X/Y/Z三轴精准坐标及执行端姿态角度，确保充电枪与充电口的同轴度与对接角度匹配，适配充电口的微小安装偏差。
[0053]随后，全流程自动化控制系统的运动规划单元基于7自由度冗余机械臂的关节联动特性、运动极限范围，以第二目标位置数据为终点，结合机械臂当前的关节角度、执行端位置，以及车辆车身、周边环境的障碍物空间信息，运用无碰撞最优路径规划算法，规划出机械臂从当前抓取位置到第二目标位置的平滑运动路径，同时根据路径轨迹对机械臂各关节的运动进行拆解、仿真与计算，逐一确定每个关节从当前角度转动至目标角度所需的目标转动角度数据，明确各关节的转动方向、角度值、运动速度及联动时序，兼顾运动效率与动作平稳性，避免关节急停、猛转造成充电枪晃动或脱落。
[0054]整个动作数据生成过程中，多源数据融合处理单元将结合末端局部视觉相机的实时视觉反馈，对规划的第二目标位置数据、各关节目标转动角度数据进行二次校验与微调，确保数据精度符合插枪对接要求，同时校验运动路径无碰撞、无干涉，最终生成的第二机械臂动作数据将实时下发至伺服驱动单元，为后续机械臂带动充电枪向车辆充电口移动、完成精准对接提供精准的动作指令依据，保障充电枪插拔环节的定位精度与动作可靠性。
[0055]步骤S105，响应于第二机械臂动作数据，生成第二控制指令集，第二控制指令集用控制多个机械臂关节和执行端位于对应的第二目标工作位置，控制抓取组件位于释放位置，以及控制无线模块位于与目标充电桩无线通信状态。
[0056]步骤S105中，全流程自动化控制系统的运动规划单元在生成第二机械臂动作数据后，立即基于7自由度冗余机械臂的关节伺服驱动参数、抓取组件的动作逻辑及无线模块的通信触发规则，生成标准化的第二控制指令集，该指令集为多模块协同动作的精准控制指令，可实现机械臂、抓取组件、无线模块的同步联动控制。
[0057]首先，针对机械臂组件，指令集中包含与各关节目标转动角度数据、执行端第二目标位置数据匹配的伺服驱动指令，明确各关节的转动速率、启停时序、角度校准节点，确保机械臂各关节按规划路径联动，带动执行端精准抵达第二目标工作位置;其次，针对抓取组件，指令集包含适配释放位置的动作控制指令，规划抓取组件从夹持状态到精准对位释放的动作节奏，配合第二力传感器的压力反馈实现柔性对接;最后，针对无线模块，指令集包含通信触发与模式适配指令，控制无线模块自动切换至与目标充电桩匹配的通信模式(蓝牙5.0/WIFI6/LTE-V2X)，进入持续稳定的无线通信状态，为后续车桩握手、充电启动做好通信准备。
[0058]控制系统通过总线将第二控制指令集同步下发至各执行模块，伺服驱动单元按指令驱动机械臂各关节精准转动，带动执行端沿无碰撞路径平稳移动至第二目标工作位置，此时充电枪枪头与车辆充电口保持同轴精准对位;同时抓取组件在第二力传感器的实时压力反馈下，微调夹持姿态，使充电枪缓慢贴合车辆充电口侧壁，第二力传感器将接触压力稳定控制在20N-50N的合理范围，避免硬接触损坏充电口密封件与枪体结构，直至抓取组件带动充电枪完成与车辆充电口的精准对接，稳定处于释放位置;整个过程中，无线模块已完成与目标充电桩的通信握手，自动识别充电桩协议类型(国标GB/T27930/ISO15118等)，实现车桩间的通信链路稳定连接，实时传输状态信息。
[0059]步骤S106，响应于多个机械臂关节和执行端完成位于对应的第二目标工作位置，以及抓取组件完成位于释放位置，生成第三控制指令集，第三控制指令集用于控制车辆动力电池位于充电状态。
[0060]步骤S106中，控制系统通过各模块的反馈信号，确认机械臂各关节、执行端已精准抵达第二目标工作位置，且抓取组件完成与车辆充电口的对接并处于释放位置后，立即生成第三控制指令集，该指令集涵盖车端BMS电池管理系统、充电桩、整车电气架构的协同控制指令。控制系统将第三控制指令集同步下发至车辆BMS与无线模块，无线模块将车端充电请求、电池状态、充电规格等数据实时传输至目标充电桩，充电桩接收指令后完成自身充电回路的合闸准备，车辆BMS则按指令完成动力电池充电回路的导通，解除高压下电状态，控制车辆动力电池正式进入充电状态;充电启动后，无线模块保持车桩间的实时通信，持续同步充电电压、电流、SOC值等核心参数，控制系统则实时监控机械臂末端受力、周边环境状态及充电回路运行参数，若出现过压、过流、充电枪拉扯、人员闯入等异常情况，将立即触发紧急控制指令，实现充电回路断电、机械臂锁止的双重安全保护，保障充电过程的安全性。
[0061]在车辆动力电池处于充电状态的阶段，控制系统进入充电监控闭环阶段，通过无线模块接收充电桩的充电状态数据，结合车辆BMS的电池监测数据，实时跟踪充电进度，按用户预设的SOC阈值(如80%/100%)或远程停止指令，作为充电终止的触发条件;同时近距离激光雷达持续扫描机械臂运动区域，六维力控传感器实时采集充电枪与充电口的接触受力数据，确保充电过程中充电枪无松动、无异常受力，温湿度控制单元则根据收纳仓及周边环境温湿度，自动调节加热除湿模块，保障各系统在-40℃~85℃宽温域内稳定运行，整个充电过程无需人工干预，实现无人化值守。
[0062]当控制系统检测到车辆动力电池SOC值达到预设阈值，或接收到用户通过车机/手机APP发出的远程充电停止指令后，立即启动充电终止与复位归位流程：首先生成断电控制指令，通过无线模块向目标充电桩发送充电终止请求，充电桩接收到指令后完成充电回路的安全断电，反馈断电确认信号至车端，车辆BMS随即控制动力电池充电回路断开，完成车桩双端的安全断电，避免拔枪过程中产生电弧;随后生成拔枪控制指令，伺服驱动单元驱动机械臂组件，通过六维力控传感器将拔枪作用力稳定控制在20N的恒定值，带动抓取组件平稳夹持充电枪完成拔枪动作，拔枪完成后，控制拨片自动关闭车辆充电口的内外防尘盖，确保充电口的密封防护。
[0063]拔枪并关闭车辆充电口盖后，控制系统基于全局双目视觉相机与末端局部视觉相机的实时定位数据，重新规划机械臂归位路径，生成送枪复位动作数据与对应的控制指令，驱动机械臂各关节联动，带动抓取组件夹持充电枪沿无碰撞路径平稳移动至目标充电桩的枪座位置;抵达枪座位置后，在末端局部视觉相机的精定位与力控反馈下，将充电枪精准放回枪座，控制拨片自动关闭充电桩的防尘盖，完成充电枪的送回操作。
[0064]充电枪送回充电桩后，控制系统生成机械臂折叠归位控制指令，驱动7自由度冗余机械臂模组按预设路径依次折叠各关节，沿原运动轨迹反向回归至储藏舱的储物腔内，直至机械臂模组完全处于收纳位置;随后控制储藏舱的舱盖从避让位置切换至封闭位置，对机械臂模组实现密封防护，同时双重电磁锁止机构启动，对机械臂模组进行刚性锁止，确保车辆行驶过程中机械臂无松动、无异响，具备防盗与结构稳定的双重效果。
[0065]机械臂归位锁止后，控制系统生成收尾控制指令，控制无线模块断开与目标充电桩的通信连接，完成充电费用的自动结算，并将充电完成信息、电量数据、结算结果同步至车辆车机系统与用户手机APP;同时车辆BMS控制动力电池完成上高压操作，后备箱盖自动关闭至初始状态，整个自动充电流程全部完成，用户可直接驾车驶离，全程实现“零下车、零操作”的无人化体验。
[0066]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0067]除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
[0068]在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0069]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“电动车充电系统、方法及车辆” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
337
编辑：北方有色网
来源：中国第一汽车股份有限公司
咨询细节
2026年08月06日 ~ 08日 
