基于路灯杆的可移动式充电装置及其停车计费和充电方法

摘要

本发明公开了基于路灯杆的可移动式充电装置及其停车计费和充电方法。已有每个车位需对应一个充电桩，提高了成本。本发明包括充电桩、导引绳、移动机器人、升降机构和视觉模块；视觉模块识别用户车牌；移动机器人移动到相应车位，将充电枪降下充电，充电完成后将充电枪收回；充电桩内设有控制模块以及与控制模块通信的停车计时器、充电计时器、停车费计费模块和充电费计费模块。本发明移动机器人采用后动轮和前动轮交替行走，保证在柔性的导引绳上的稳定性；本发明采用一个充电桩固定在一根路灯杆底部，移动机器人携带多把充电枪的方式，合理使用城市空间，节省充电桩成本。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种基于路灯杆的可移动式充电装置及其停车计费和充电方法。

背景技术

随着电动汽车的兴起，其充电技术的发展也备受关注。目前已有成熟的充电桩充电技术，使电动汽车停在道路边的停车位上即可充电，十分方便，不足之处是每个车位需对应一个充电桩，而一般充电桩集成了充电、识别、计费等功能模块，且外形较大，故大大提高了方案成本，占据道路空间。由于充电桩充电技术应用时间较短，暂无相关解决方案提出。

发明内容

本发明的目的是针对如何减少充电桩数量的难题，提供一种基于路灯杆的可移动式充电装置及其停车计费和充电方法，使用市电给充电桩供电，采用移动机器人装载充电枪进行移动，视觉技术识别汽车信息，升降机构将充电枪升降。

本发明基于路灯杆的可移动式充电装置，包括充电桩、导引绳、移动机器人、升降机构和视觉模块；所述的充电桩固定在一根路灯杆底部；所述的导引绳两端分别与相邻两根路灯杆顶部固定。所述的移动机器人包括后动轮、前动轮、第一手爪机构、第二手爪机构和机箱；两个后动轮通过连接杆固定；两根丝杆对称设置；丝杆的两端通过轴承支承在两个后动轮上，且丝杆的一端与第一电机的输出轴固定；第一电机的电机底座固定在后动轮上；前动轮设置在两个后动轮之间，与连接杆构成滑动副，且与两根丝杆均构成螺旋副；后动轮上设有第一手爪机构，前动轮上设有第二手爪机构和行走机构；所述的第一手爪机构和第二手爪机构均包括第二电机、齿轮、蜗轮蜗杆副、壳体和手爪；所述的蜗轮蜗杆副由涡轮和蜗杆组成；第二电机的输出轴与蜗杆固定；蜗杆通过轴承支承在壳体上，并与蜗轮啮合；蜗轮和其中一个齿轮均固定在第一转轴上；另一个齿轮固定在第二转轴上；两个齿轮啮合；所述的第一转轴和第二转轴均通过轴承支承在壳体上；两只手爪的顶部分别与第一转轴和第二转轴伸出壳体外的端部固定；所述的手爪底部为弧形钩爪；壳体为上、下均开放的空心长方体；第一手爪机构的壳体及第二电机的电机底座均固定在L型板上，L型板固定在后动轮上；机箱两端固定在两个后动轮底部；所述的行走机构包括行走块、滚轮和手爪机构；所述行走块的顶部与连接杆构成滑动副，且与前动轮固定；所述的滚轮铰接在行走块底部；第二手爪机构中第二电机的电机底座固定在第二手爪机构的壳体上，第二手爪机构的壳体固定在行走块底部。

所述的升降机构包括步进电机、辊轴、吊绳、定滑轮、联轴器、轴承座和轴承；所述的步进电机和轴承座均固定在机箱底座上；机箱底座固定在移动机器人的机箱上；辊轴和步进电机的输出轴通过联轴器连接；辊轴两端通过轴承支承在轴承座上；所述的吊绳一端固定在辊轴上，另一端绕过铰接在机箱外侧壁的定滑轮并与充电枪固定；充电枪由充电桩供电，充电枪至少有一把；所述的辊轴上设有螺旋导槽，吊绳绕在辊轴的螺旋导槽内。

所述的视觉模块包括摄像机和图像采集及处理系统；摄像机固定在移动机器人的机箱底部；摄像机将照片信息传给图像采集及处理系统，图像采集及处理系统识别车牌号码。充电桩内设有控制模块以及与控制模块通信的停车计时器、充电计时器、停车费计费模块和充电费计费模块。所述的第一电机、第二电机、步进电机和各充电枪的控制导引电路均由控制模块控制。

所述充电桩的电源接路灯杆所连的市电网络。

所述的导引绳距地面4000mm，导引绳与两根路灯杆的水平距离均为1000mm。

所述的机箱是长、宽、高分别为600mm、400mm和300mm的长方体，壁厚10mm。

该基于路灯杆的可移动式充电装置的停车计费和充电方法，具体步骤如下：

步骤1、电动汽车进入车位；

步骤2、视觉模块识别车牌号码，车位对应的停车计时器计时；若车主发送充电信号，则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3、充电桩内的控制模块接收充电信号，若升降机构已降下充电枪，则移动机器人无动作，否则控制模块控制移动机器人移动到电动汽车上方位置，升降机构降下充电枪；开始充电时，车位对应的充电计时器计时；充电完成，充电计时器计时停止，充电费计费模块根据充电计时器时间间隔计充电费；所有充电枪均没有与电动汽车充电口对接时，升降机构收回充电枪，移动机器人回位；

步骤4、电动汽车离开车位，视觉模块识别车牌号码，车位对应的停车计时器停止计时，停车费计费模块根据停车计时器时间间隔计停车费。

进一步，步骤2中，当电动汽车进入车位时，视觉模块的摄像机视野内的色度变化，摄像机拍下电动汽车车牌照片，并将照片信息传到图像采集及处理系统进行识别和处理，得到电动汽车车牌号码，然后通过GPRS通讯模块发送至控制模块，控制模块控制车位对应的停车计时器计时；若视觉模块无法识别电动汽车车牌号码，控制模块控制报警器报警。

进一步，步骤3中，接收充电信号前，第一手爪机构和第二手爪机构均抓紧导引绳；接收到充电信号后，若移动机器人需要移动，则移动过程具体如下：1)第一手爪机构的第二电机正转驱动两只手爪张开后停转；然后第一电机驱动丝杆转动，由于与丝杆构成螺旋副的前动轮在第二手爪机构抓紧导引绳时不能运动，所以两个后动轮便在丝杆和连接杆带动下滑动；接着，第二电机反转驱动两只手爪抱紧导引绳后停转，同时第一电机停转；2)第二手爪机构的第二电机正转驱动两只手爪张开后停转；然后第一电机继续驱动丝杆转动，由于两个后动轮不能运动，前动轮和行走机构的行走块便沿连接杆滑动，同时，铰接在行走块底部的滚轮在导引绳上滚动。重复步骤1)和步骤2)，移动机器人便整体沿导引绳在两路灯杆之间移动，第一电机的转向不同，移动机器人的移动方向就不同。

进一步，步骤3中，控制模块接收到车主通过手机上app发送的充电信号，若移动机器人需要移动，控制模块将车主在app输入的充电电动汽车车牌号码与记录的占用车位的各电动汽车车牌号码对比，找到需充电电动汽车所在车位，然后控制移动机器人移动到该车位上方位置，升降机构降下充电枪，车主将充电枪插入电动汽车充电口；若升降机构已降下充电枪，车主将不处于充电状态的其中一把充电枪插入电动汽车充电口即可；若充电枪与电动汽车充电口正确对接，充电枪的控制导引电路被控制模块激发，电动汽车开始充电，该车位对应的充电计时器计时；充电完成，车主只需通过手机上app确认，然后拔掉充电枪，该车位对应的充电计时器停止计时，充电费计费模块根据充电计时器时间间隔计费，充电费用直接通过app扣除，app与银行卡绑定。

进一步，步骤4中，当电动汽车离开车位时，视觉模块的摄像机视野内的色度变化，摄像机拍下电动汽车车牌照片，并将照片信息传到图像采集及处理系统进行识别和处理，得到电动汽车车牌号码，然后通过GPRS通讯模块发送至控制模块，控制模块控制车位对应的停车计时器停止计时；若视觉模块无法识别电动汽车车牌号码，控制模块控制报警器报警。

所述的视觉模块监控周围情况，若车位上的电动汽车被碰撞，视觉模块将碰撞图片传给控制器后，控制器控制报警器报警。

本发明具有的有益效果：

1.本发明采用空中移动充电，移动机器人移动到相应车位，将充电枪降下充电，充电完成后将充电枪收回，合理使用城市空间，节省充电桩成本。

2.本发明集成了视觉模块识别用户车牌，车主无需刷卡验证用户信息，还可监控停车过程中车辆情况，及时反馈，方便快捷，安全可靠，使充电智能化。视觉模块车牌识别的信号触发方式为“虚拟线圈”，即根据摄像机视野区域内的色度改变判断车辆是否进入，避免了传统触发方式对路面的破坏。

3.本发明的移动机器人采用后动轮和前动轮交替行走，保证在柔性的导引绳上的稳定性，且结构简单，反应快速。

4.本发明的升降机构结构简单有效，适合空中作业。

5.本发明的控制方式为单片机(控制模块)控制，简单有效、经济性高。

6.本发明可根据实际需要装载多把充电枪，以满足多个车位同时充电。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为本发明中移动机器人的结构立体图；

图4为本发明中移动机器人的侧视图；

图5为本发明中第二手爪机构和行走机构的装配立体图；

图6为本发明中第二手爪机构的结构立体图；

图7为本发明中升降机构的结构立体图；

图8为本发明进行停车计费和充电的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于路灯杆的可移动式充电装置，包括充电桩1、导引绳5、移动机器人4、升降机构和视觉模块；充电桩1固定在一根路灯杆3底部，充电桩1的电源接路灯杆所连的市电网络(城市配电网，即路灯的配电箱)；导引绳5两端分别与相邻两根路灯杆3顶部固定；导引绳5距地面4000mm，导引绳5与两根路灯杆的水平距离均为1000mm。

如图2、3和4所示，移动机器人4包括后动轮12、前动轮10、第一手爪机构、第二手爪机构11和机箱13；两个后动轮12通过连接杆固定；两根丝杆9对称设置；丝杆的两端通过轴承支承在两个后动轮12上，且丝杆的一端与第一电机8的输出轴固定；第一电机8的电机底座固定在后动轮12上；前动轮10设置在两个后动轮12之间，与连接杆构成滑动副，且与两根丝杆均构成螺旋副；后动轮12上设有第一手爪机构，前动轮10上设有第二手爪机构11和行走机构；如图5和6所示，第一手爪机构和第二手爪机构11均包括第二电机18、齿轮15、蜗轮蜗杆副17、壳体16和手爪14；蜗轮蜗杆副17由涡轮和蜗杆组成；第二电机18的输出轴与蜗杆固定；蜗杆通过轴承支承在壳体16上，并与蜗轮啮合；蜗轮和其中一个齿轮15均固定在第一转轴上；另一个齿轮15固定在第二转轴上；两个齿轮15啮合；第一转轴和第二转轴均通过轴承支承在壳体16上；两只手爪14的顶部分别与第一转轴和第二转轴伸出壳体外的端部固定；手爪14底部为弧形钩爪；壳体16为上、下均开放的空心长方体；第一手爪机构的壳体16及第二电机18的电机底座均固定在L型板上，L型板固定在后动轮12上；机箱13两端固定在两个后动轮12底部；机箱13是长、宽、高分别为600mm、400mm和300mm的长方体，壁厚10mm。行走机构包括行走块19、滚轮20和手爪机构11；行走块19的顶部与连接杆构成滑动副，且与前动轮10固定；滚轮20铰接在行走块19底部；第二手爪机构11中第二电机18的电机底座固定在第二手爪机构11的壳体16上，第二手爪机构11的壳体16固定在行走块19底部。

如图7所示，升降机构包括步进电机21、辊轴25、吊绳7、定滑轮、联轴器22、轴承座24和轴承26；步进电机21和轴承座24均固定在机箱底座23上；机箱底座23固定在移动机器人4的机箱13上；辊轴25和步进电机21的输出轴通过联轴器22连接；辊轴25两端通过轴承26支承在轴承座24上；吊绳7一端固定在辊轴25上，另一端绕过铰接在机箱13外侧壁的定滑轮并与充电枪固定；充电枪由充电桩1供电，充电枪数量根据实际需求确定，本实施例中为四把；辊轴25上设有螺旋导槽，吊绳7绕在辊轴25的螺旋导槽内。步进电机21驱动辊轴25正转时，充电枪上升，驱动辊轴25反转时，充电枪下降。

视觉模块包括摄像机和图像采集及处理系统；摄像机6固定在移动机器人4的机箱底部，对电动汽车拍照；摄像机6将照片信息传给图像采集及处理系统，图像采集及处理系统识别车牌号码。充电桩1内设有控制模块以及与控制模块通信的停车计时器、充电计时器、停车费计费模块和充电费计费模块。第一电机8、第二电机18、步进电机21和各充电枪的控制导引电路均由控制模块控制。

如图1和8所示，该基于路灯杆的可移动式充电装置的停车计费和充电方法，具体步骤如下：

步骤1、电动汽车进入车位2；

步骤2、视觉模块识别车牌号码，车位对应的停车计时器(每个车位对应一个停车计时器)计时；若车主发送充电信号，则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3、充电桩内的控制模块接收充电信号，若升降机构已降下充电枪，则移动机器人无动作，否则控制模块控制移动机器人移动到电动汽车上方位置，升降机构降下充电枪；开始充电时，车位对应的充电计时器计时；充电完成，充电计时器计时停止，充电费计费模块根据充电计时器时间间隔计充电费；所有充电枪均没有与电动汽车充电口对接时，升降机构收回充电枪，移动机器人回位；

步骤4、电动汽车离开车位，视觉模块识别车牌号码，车位对应的停车计时器停止计时，停车费计费模块根据停车计时器时间间隔计停车费。

进一步，步骤2中，当电动汽车进入车位时，视觉模块的摄像机视野内的色度变化，摄像机6拍下电动汽车车牌照片，并将照片信息传到图像采集及处理系统进行识别和处理，得到电动汽车车牌号码，然后通过GPRS通讯模块发送至控制模块，控制模块控制车位对应的停车计时器计时；若视觉模块无法识别电动汽车车牌号码，控制模块控制报警器报警。

进一步，步骤3中，接收充电信号前，第一手爪机构和第二手爪机构11均抓紧导引绳5；接收到充电信号后，若移动机器人需要移动，则移动过程具体如下：1)第一手爪机构的第二电机18正转驱动两只手爪14张开后停转；然后第一电机8驱动丝杆转动，由于与丝杆构成螺旋副的前动轮10在第二手爪机构11抓紧导引绳5时不能运动，所以两个后动轮12便在丝杆和连接杆带动下滑动；接着，第二电机18反转驱动两只手爪14抱紧导引绳5后停转，同时第一电机8停转；2)第二手爪机构11的第二电机18正转驱动两只手爪14张开后停转；然后第一电机8继续驱动丝杆转动，由于两个后动轮12不能运动，前动轮10和行走机构的行走块19便沿连接杆滑动，同时，铰接在行走块19底部的滚轮20在导引绳5上滚动。重复步骤1)和步骤2)，移动机器人便整体沿导引绳5在两路灯杆3之间移动，第一电机8的转向不同，移动机器人的移动方向就不同。

进一步，步骤3中，控制模块接收到车主通过手机上app发送的充电信号，若移动机器人需要移动，控制模块将车主在app输入的充电电动汽车车牌号码与记录的占用车位的各电动汽车车牌号码对比，找到需充电电动汽车所在车位，然后控制移动机器人移动到该车位上方位置，升降机构降下充电枪，车主将充电枪插入电动汽车充电口；若升降机构已降下充电枪，车主将不处于充电状态的其中一把充电枪插入电动汽车充电口即可；若充电枪与电动汽车充电口正确对接，充电枪的控制导引电路被控制模块激发，电动汽车开始充电，该车位对应的充电计时器计时；充电完成，车主只需通过手机上app确认，然后拔掉充电枪，该车位对应的充电计时器停止计时，充电费计费模块根据充电计时器时间间隔计费，充电费用直接通过app扣除，app与银行卡绑定。

进一步，步骤4中，当电动汽车离开车位时，视觉模块的摄像机视野内的色度变化，摄像机6拍下电动汽车车牌照片，并将照片信息传到图像采集及处理系统进行识别和处理，得到电动汽车车牌号码，然后通过GPRS通讯模块发送至控制模块，控制模块控制车位对应的停车计时器停止计时；若视觉模块无法识别电动汽车车牌号码，控制模块控制报警器报警。

视觉模块监控周围情况，若车位上的电动汽车被碰撞，视觉模块将碰撞图片传给控制器后，控制器控制报警器报警。