JP7722930B2 - 車両用の六脚充電ステーションを備えた充電インフラストラクチャ - Google Patents

Description

本発明は、車両、特に乗用車などの電動車両を充電するための充電ステーションに関する。

電動車両は、バッテリー充電器に接続して頻繁に充電する必要がある。近年、例えば、遠隔制御アームの電気接点で係合できる充電コネクタを車両の下部または屋根に実装することによって、接続の確立を自動化するための多くの試みがなされてきた。

既知のソリューションの欠点は、適用される特定の充電コネクタが特定のインフラストラクチャを必要とし、現地の法律の下で承認が必要なため、様々な車両や国で使用できないことである。

本発明の目的は、標準化された車両側充電インターフェースとの充電接続を自動的に行うことができる充電ステーションを提供することである。

第１の態様によれば、本発明は、車両側充電インターフェースを有する車両を充電するための充電ステーションを含む充電インフラストラクチャを提供し、充電ステーションは、車両側充電インターフェースとの充電接続を確立するためのロボット側充電インターフェースを搭載するロボットを含み、ロボットは、ベース・フレーム、ロボット側充電インターフェースを搭載する可動キャリア、およびベース・フレームと可動キャリアとの間の、ベース・フレームに対して少なくとも３自由度で可動キャリアを移動させる機構を形成する少なくとも３つの変位アセンブリを含み、変位アセンブリは、変位ストロークにわたってベース・フレームと可動キャリアとの間に変位を課すように、または変位角度にわたってベース・フレームに対して可動キャリアの回転を課すように構成されたアクチュエータを備え、ロボットは、アクチュエータおよびロボット側充電インターフェースと直列の少なくとも１つのコンプライアンス・アセンブリを備え、これは、コンプライアンス・ストロークにわたってアクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放するように、または変位角にわたってベース・フレームに対する可動キャリアの回転を弾性的に吸収または解放するように構成され、コンプライアンス・ストロークの長さは少なくとも５ミリメートルであるか、またはコンプライアンス回転の角度は少なくとも１度、すなわち＋／－０．５度である。

本発明による充電インフラストラクチャは、変位アセンブリによって形成された機構を有するロボットを備えた充電ステーションを含み、ロボットの充電インターフェースを少なくとも３自由度で車両側充電インターフェースに移動させる。１つまたは複数のコンプライアンス・アセンブリは、アクチュエータの変位ストロークの一部の吸収を可能にする。これにより、ロボット側充電インターフェースを制御された方法で、ただしコンプライアンスで移動できるようになり、適切に位置合わせされていない場合でも、充電インターフェースの適切な係合が容易になる。これにより、充電インターフェースを既存の法的に承認されたコネクタとして実装できる。

一実施形態では、ロボットは、ベース・フレームと可動キャリアとの間に六脚機構を形成して、可動キャリアを６自由度で移動させる６つの変位アセンブリを備える。

一実施形態では、各変位アセンブリは、アクチュエータと直列のコンプライアンス・アセンブリを含み、それにより、コンプライアンスは、アクチュエータによって提供されるのと同じ自由度で提供することができる。

一実施形態では、ロボットは、ロボット側充電インターフェースと可動キャリアとの間にコンプライアンス・アセンブリを備える。

一実施形態では、充電ステーションは、アクチュエータおよびロボット側充電インターフェースと直列の複数のコンプライアンス・アセンブリを含み、これらのコンプライアンス・アセンブリは、アクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放する相互に異なる機械的インピーダンスを有する。機械的インピーダンスは、例えば、ばねの剛性である。異なる機械的インピーダンスは、例えば、ロボットに存在する様々な構成要素の異なる個々の重量に続く不均一な重量分布を補償するために使用することができる。

一実施形態では、変位アセンブリは、第１の結合を介してベース・フレームに接続された一方の側にあり、変位アセンブリは、第２の結合を介して可動キャリアに接続された反対側にあり、アクチュエータは、コンプライアンス・アセンブリと直列の直線運動アクチュエータである。これらの変位アセンブリは、ベース・フレームと可動キャリアの間に細長い脚を形成し得る。

その一実施形態では、第１の結合および／または第２の結合はユニバーサル・ジョイントである。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの少なくとも１％である。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの少なくとも５％である。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの少なくとも１０％である。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの最大５０％である。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの最大１００％である。

一実施形態では、コンプライアンス・アセンブリは、アクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の規定された位置にバイアスされる。

一実施形態では、コンプライアンス・アセンブリは、アクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の閾値負荷を超えた後、コンプライアンス・ストロークにわたって変位を弾性的に吸収するように構成される。これらの特徴により、各変位アセンブリのアクチュエータの位置からベース・フレームと可動キャリアの間の距離を決定できる。これから、ロボット側充電インターフェースの空間位置を決定できる。

一実施形態では、ロボット側充電インターフェースおよび車両側充電インターフェースは、安全規定として確立された充電接続をロックおよびロック解除するためのロック規定を備えている。

一実施形態では、充電ステーションは、異なるタイプの車両側充電インターフェースとの充電接続を確立するための異なるタイプのロボット側充電インターフェースを含み、それにより、異なる車両側充電インターフェースを有する異なる車両を同じステーションで充電することができる。

一実施形態では、充電ステーションは、充電ステーションの動作を制御するための電子制御システムを備える。

一実施形態では、電子制御システムは、アクチュエータに接続された電子制御装置を含み、電子制御装置は、アクチュエータによる変位を制御するように構成される。

その一実施形態では、電子制御システムは、アクチュエータの位置または動きを決定するために電子制御装置に接続された第１のセンサを備える。

その一実施形態では、第１のセンサがアクチュエータに取り付けられている。

一実施形態では、電子制御システムは、電子制御装置に接続された画像化検出器を含み、電子制御装置は、充電ステーション内の車両側充電インターフェースの空間位置を決定し、それに応じてアクチュエータによる変位を制御するように構成され、充電接続を確立するために、ロボット側充電インターフェースを車両側充電インターフェースに向かって移動する。

一実施形態では、電子制御装置は、コンプライアンス・アセンブリのコンプライアンス・ストロークを検出し、コンプライアンス・ストロークの検出に応答してアクチュエータによる変位を制御するように構成される。この制御機能により、例えば、アクチュエータを作動させて、ロボット側充電インターフェースを車両側充電インターフェースに対して一時的に高い力で押して、正しい充電接続を確立することができる。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいてロボット側充電インターフェースの衝突を決定するように構成される。これは人間との衝突である可能性があり、電子制御システムはすべてのアクチュエータを格納することによって応答し得る。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の物理的接触を決定するように構成される。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の不整合を決定するように構成される。

一実施形態では、電子制御装置は、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の不整合を少なくとも部分的に修正するために、アクチュエータによる変位を制御するように構成される。

一実施形態では、電子制御システムは、コンプライアンス・ストロークを決定するため、またはコンプライアンス・アセンブリに作用する力または負荷を決定するために、電子制御装置に接続された第２のセンサを備える。

一実施形態では、第２のセンサは、コンプライアンス・アセンブリに取り付けられている。

一実施形態では、電子制御システムは、ロボット側充電インターフェースと可動キャリアとの間に作用する力または負荷を決定するために、電子制御装置に接続された可動キャリアとロボット側充電インターフェースとの間に第３のセンサを備える。

一実施形態では、充電インフラストラクチャは、電子制御装置の構成または遠隔制御のために電子制御システムに接続された、充電ステーションから離れたコンピュータ・サーバを含む。

第２の態様によれば、本発明は、充電インフラストラクチャの充電ステーション内の車両側充電インターフェースを有する車両を充電するための方法を提供し、充電ステーションは、車両側充電インターフェースとの充電接続を確立するためのロボット側充電インターフェースを搭載するロボットを含み、ロボットは、ベース・フレーム、ロボット側充電インターフェースを搭載する可動キャリア、およびベース・フレームと可動キャリアとの間の少なくとも３つの変位アセンブリを備え、これらは、可動キャリアをベース・フレームに関して、少なくとも３自由度で動かす機構を形成する。変位アセンブリは、変位ストロークにわたってベース・フレームと可動キャリアとの間に変位を課すように構成されたアクチュエータを備える。ロボットは、アクチュエータと直列の少なくとも１つのコンプライアンス・アセンブリと、コンプライアンス・ストロークにわたってアクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放するように構成されたロボット側充電インターフェースとを備える。この方法では、１つまたは複数のリニア・アクチュエータが、変位ストロークにわたってベース・フレームと可動キャリアとの間に変位を課して、ロボット側充電インターフェースを車両側充電インターフェースに向かって移動させる。コンプライアンス・アセンブリの１つまたは複数は、コンプライアンス・ストロークにわたってアクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放する。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは少なくとも１ミリメートルである。

一実施形態では、コンプライアンス・ストロークの長さは、変位ストロークの最大１００％である。

一実施形態では、コンプライアンス・アセンブリは、アクチュエータとロボット側充電インターフェースとの間の閾値負荷を超えた後、コンプライアンス・ストロークにわたって変位を弾性的に吸収するように構成され、この方法では、可動キャリアは、閾値負荷を超えるまでアクチュエータによって課される変位に従い、それによってコンプライアンス・ストロークが行われる。

一実施形態では、充電ステーションは、充電ステーションの動作を制御するための電子制御システムを含み、電子制御システムは、アクチュエータに接続された電子制御装置を含み、この方法では、電子制御装置は、アクチュエータによる変位を制御する。

一実施形態では、電子制御システムは、電子制御装置に接続された画像化検出器を含み、この方法では、電子制御装置は、画像化検出器によって、充電ステーション内の車両側充電インターフェースの空間位置を決定する。電子制御装置は、それに応じてリニア・アクチュエータによる変位を制御し、ロボット側充電インターフェースを車両側充電インターフェースに向かって移動させて、充電接続を確立する。

一実施形態では、電子制御装置は、コンプライアンス・アセンブリのコンプライアンス・ストロークを検出し、コンプライアンス・ストロークの検出に応答してリニア・アクチュエータによる変位を制御する。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、ロボット側充電インターフェースの衝突を決定する。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の物理的接触を決定する。

一実施形態では、電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の不整合を決定する。

一実施形態では、電子制御装置は、ロボット側充電インターフェースと車両側充電インターフェースとの間の不整合を少なくとも部分的に修正するために、リニア・アクチュエータによる変位を制御する。

第３の態様によれば、本発明は、充電インフラストラクチャに本発明による方法を実行させるように適合されたコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体を提供する。

明細書に記載および示されている様々な側面および特徴は、可能な限り個別に適用できる。これらの個々の側面、特に添付の従属クレームに記載されている側面と特徴は、分割特許出願の対象にすることができる。

本発明は、添付の図面に示される例示的な実施形態に基づいて説明される。

電動車両の車両側充電インターフェースとの充電接続を確立したロボット側充電インターフェースを有する本発明の実施形態によるロボットを備えた充電ステーションの等尺性側面図である。 図１の充電ステーションの等角側面図および詳細であり、ロボットは、充電接続を確立する直前の位置にある。 図１の充電ステーションの等角側面図および詳細であり、ロボットは、充電接続を確立する直前の位置にある。 図１、２Ａおよび２Ｂに示されるようなロボットの等角正面図である。 片方の脚のロボットの断面図である。 充電接続を確立する直前に適切に位置合わせされたロボット側充電インターフェースおよび車両側充電インターフェースの部分断面図である。 充電接続を適切に確立したロボット側充電インターフェースおよび車両側充電インターフェースの部分断面図である。 ロボットの制御下で許容される不整合の修正中のロボット側充電インターフェースおよび車両側充電インターフェースの部分断面図である。 ロボットの制御下で許容される不整合の修正中のロボット側充電インターフェースおよび車両側充電インターフェースの部分断面図である。 動作のスキームを示す。

図１、２Ａおよび２Ｂは、電動車両１０、この例では乗用車を充電するための車両領域２を備えた充電ステーション１を示している。車両１０は、完全に電力が供給されていてもよく、または電気駆動が燃料燃焼と組み合わされているハイブリッド駆動を有していてもよい。車両１０は、車輪１２上に車体１１を有し、この例では、後輪１２の１つの上の車体１１の右側に、車体１１によって運ばれる車両側充電インターフェース２０を有する。

車両側充電インターフェース２０の特定のピン配置は、いわゆるＭｅｎｎｅｋｅｓ、Ｙａｚａｋｉ、ＳｃｈｕｋｏまたはＣｏｍｂｏタイプなどの任意の既知のタイプのものであり得る。図２Ｂおよび５Ａに示されるように、車両側充電インターフェース２０は、この例では、通常の充電と高速充電の両方を受け入れるＣｏｍｂｏＣＣＳ－２入口である。車両側充電インターフェース２０は、円周方向の内面２２に内向きに合流する前面２１を備える。内面２２は、第１のソケット２４および第２のソケット３１が突出する底面２３に合流する。第１のソケット２４は、５つの凹型通常充電コネクタ２７が延びる５つの第１のチャネル２６と、２つの制御コネクタ２９が延びる２つの第２のチャネル２８とを有する電気絶縁材料のソケット本体２５を備える。第２のソケット３１は、２つの高速充電コネクタ３３が延びる２つの第３のチャネル３２を有する電気絶縁材料のソケット本体３１を備える。内面２１およびソケット本体２６は一緒になって、ソケット２４、３１の周りにスロット３０を規定する。スロット３０、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、および第３のチャネル３２は、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、および第３のチャネル３２に平行な受入方向Ｒを有する。

図３に示すように、充電ステーション１は、車両側充電インターフェース２０との充電接続を確立するためのロボット側充電インターフェース１００を有するロボット５０を備える。ロボット側充電インターフェース１００は、図示されていないバッテリー充電器に電気的に接続されている。ロボット５０は、この例では、車両側充電インターフェース２０に近い側の車両領域２の脇にあるコンソール３によって支持されている、概略的に図示されたメイン・ベース５１を備える。ロボット５０は、車両側充電インターフェース２０の位置に応じて、車両１０の任意の側、または前側または後側に配置することができる。あるいは、ロボット５０は、床上または床下に配置されて、車両１０の下側の車両側充電インターフェース２０に到達するか、または、ロボット５０は、車両１０の上に吊り下げられて、車両１０の上面または屋根にある車両側充電インターフェース２０に到達する。

メイン・ベース５１は、メイン・フレーム５２、同じ平面にあり、三角形構成で対を形成する、メイン・フレーム５２上に２つの第１の脚支持体５３、２つの第２の脚支持体５４および２つの第３の脚支持体５５を備える。

図２Ｂおよび３に最もよく示されるように、ロボット５０は、キャリア・フレーム６１、同じ平面であり、三角形構成で対を形成する、キャリア・フレーム６１上の２つの第１の脚支持体６２、２つの第２の脚支持体６３および２つの第３の脚支持体６４を有する可動キャリア６０を備える。対の間の距離は、メイン・ベース５１の脚支持体５３～５５の対の間の距離よりも小さい。キャリア６０は、ロボット側充電インターフェース１００を搭載する。

図２Ｂ、３および５Ａに示されるように、ロボット側充電インターフェース１００は、この例では、通常の充電のためのいわゆるＭｅｎｎｅｋｅｓタイプ（ＩＥＣ６２１９６に基づくタイプ２コネクタ）である。ロボット側充電インターフェースは、車両側充電インターフェース２０のスロット３０と嵌合してその内部に適合するシールド１０１と、複数の第１のブッシュ１０２および第２のブッシュ１０３とを備え、それらは、車両側充電インターフェース２０のそれぞれの第１のチャネル２６および第２のチャネル２８と嵌合し、それらの内部に適合する。ロボット側充電インターフェース１００は、ブッシュ１０２、１０３の内側に埋め込まれ、車両側充電インターフェース２０のコネクタ２７、２９と電気的に接続する充電コネクタを備える。シールド１０１、第１のブッシュ１０２および第２のブッシュ１０３は、それらと平行な挿入方向Ｐを有する。挿入方向Ｐは、デフォルトで、車両側充電インターフェース２０の受入方向Ｒと完全に平行であり、位置合わせされている。

車両側充電インターフェース２０およびロボット側充電インターフェース１００は、典型的には、最初の相互接触において、受入方向Ｒを横切るわずかな最大約３ミリメートルの不整合、または手動で相互に接続した場合、わずかな最大１０度の不整合のみを可能にする非常に正確に適合する形状を有する。充電インターフェース２０、１００の自己探索形状特徴により、そのような不整合は自動的に修正され、それにより、充電インターフェース２０、１００は適切な相互係合状態になる。車両側充電インターフェース２０のコネクタ２７、２９、３３およびロボット側充電インターフェースのコネクタは、不整合の場合でも、嵌合コネクタ間にデフォルトの接触順序を課すために、挿入方向Ｐおよび受入方向Ｒにおいて異なる長さまたは位置を有し得る。これにより、例えば、電源接続が行われる前に、アース接続または制御接続が確立されることを保証する。

ロボット５０は、この例では、６本の脚７１～７６として具体化される、メイン・ベース５１と可動キャリア６０との間の合計６つの変位アセンブリを備え、これは、メイン・ベース５１の脚支持体５３～５５と可動キャリア６０の脚支持体６２～６４との間に延び、メイン・ベース５１と可動キャリア６０との間に六脚機構７０を形成する。脚７１～７６は、構造が同一であり、以下、第２の脚７２を参照することによって詳細に説明される。その詳細も図４に示されている。

第２の脚７２は、ユニバーサル・ジョイントとして具体化される第１の結合８８を介してメイン・ベース５１の脚支持体５３～５５に接続された下端にある外管８１を有する直線運動アクチュエータ８０を備える。この例では、直線運動アクチュエータ８０は、外管８１に取り付けられた電気モータ８３を有する。直線運動アクチュエータ８０は、外管８１の内側に直線的に案内され、外管８１から部分的に突出する駆動ロッド８２を有する。駆動ロッド８２は、例えばスピンドルを介して電気モータ８３と動作可能に接続されている。これにより、駆動ロッド８２は、それに応じて電気モータ８３に電力を供給することにより、変位ストロークにわたって第１の結合８８に関して方向Ａに相互に直線的に移動可能である。直線運動アクチュエータ８０は、スピンドル上の回転センサまたは回転カウンタなどの、外管８１に対する駆動ロッド８２の位置を測定するための内部第１のセンサを有する。それにより、各脚７１～７６はそのような第１のセンサを有する。

第２の脚７２は、直線運動アクチュエータ８０と直列のコンプライアンス・アセンブリ９０を備える。コンプライアンス・アセンブリ９０は、この例では、直線運動アクチュエータ８０の駆動ロッド８２の端に取り付けられた外管９１と、外管９１の内側に直線的に案内される接続ロッド９２とを備える。この例では、摺動ベアリング９３を使用している。接続ロッド９２は、部分的に外管９１から突出し、コンプライアンス・アセンブリ９０は、接続ロッド９２の端にエンド・ストップ９４を備え、これは、摺動ベアリング９３の後ろに残り、駆動ロッド８２に対する接続ロッド９２の規定された最も外側の位置、およびこの例ではばねである可逆的な可撓性要素を決定し、特に、エンド・ストップ９４と、摺動ベアリング９３と隣接してエンド・ストップ９４を維持するようにバイアスされた駆動ロッド８２との間のコイルばね９５である。コイルばね９５によって、接続ロッド９２は、バイアスを克服する規定された閾値力を超えると、コンプライアンス・ストロークにわたって駆動ロッド８２に向かって方向Ｂに弾性的に摺動して戻ることができる。接続ロッド９２は、その遠位端で、ユニバーサル・ジョイントとして具体化される第２の結合８９を介して可動キャリア６０のその脚支持体６１～６３に接続されている。

コンプライアンス・ストロークの長さは、最小１ミリメートルであり、駆動ロッド８２の変位ストロークの最大長の最大１００％である。

説明された実施形態では、コンプライアンス・アセンブリ９０は、エンド・ストップ９４に、およびエンド・ストップ９４に対してバイアスされる。あるいは、コイルばね９５または他の任意の弾性要素は、閾値力を実装するかどうかにかかわらず、反対方向に弾性を提供し、それにより、接続ロッド９２を弾性的に駆動ロッド８２に向かって押し、駆動ロッド８２から引き離され得る。個々の脚７１～７６のコイルばね９５は、異なるインピーダンス、この例では、例えば、ロボット５０に存在する様々な構成要素の異なる個々の重量に続く不均一な重量分布により、垂れ下がることなくロボット側充電インターフェース１００のデフォルト位置を確実にするための異なる剛性を有し得る。

この例では、６本の脚７１～７６は、メイン・ベース５１と可動キャリア６０との間に六脚機構７０を形成している。あるいは、Ｓｔｅｗａｒｔプラットフォームを形成する６本の脚７１～７６を作成した。直線運動アクチュエータ８０は、コンプライアンス・アセンブリ９０にかかる閾値力を超えない限り、第１の結合８８と第２の結合８９との間に変位を課し、直後に可動キャリア６０が続く。これにより、可動キャリア６０は、３つの直交方向Ｘ、Ｙ、Ｚ（横方向、縦方向、および垂直方向）に並進を行い、これらの軸（ピッチ、ロール、ヨー）の周りを合計６自由度（６－ＤＯＦ）で回転させることができる。第１の結合８８と第２の結合８９との間に課せられた変位の一部は、閾値力を超えると、コンプライアンス・アセンブリ９０によって可逆的に吸収され得る。

コンプライアンス・アセンブリ９０は、距離センサ、または接続ロッド９２が駆動ロッド８２に及ぼす圧力を測定するための圧力センサまたは力センサなどの駆動ロッド８２に対する接続ロッド９２の位置を測定するための内部第２のセンサ９６を有する。それにより、各脚７１～７６は、そのような第２のセンサ９６を有し、それにより、第１のセンサで得られるような可動キャリア６０の実際の位置での可動キャリア６０と駆動ロッド７５との間のコンプライアンスに関連するコンプライアンス・データを得ることができる。このコンプライアンスは、３つの直交方向Ｘ、Ｙ、Ｚ（横方向、縦方向、垂直方向）の並進と、これらの軸（ピッチ、ロール、ヨー）を中心とした回転、合計６自由度（６－ＤＯＦ）で構成される。あるいは、またはそれに加えて、可動キャリア６０は、キャリア・フレーム６１とロボット側充電インターフェース１００との間に、圧力センサ・マトリックスなどの第３のセンサ６６を含み、６自由度で上記のコンプライアンス・データを取得または導出する。

充電ステーション１は、充電ステーション１の動作を制御するための電子制御システムを備える。制御システムは、ビデオ・カメラまたは複数のカメラなどの１つまたは複数の画像化検出器１３０を備え、ステレオ・カメラ、またはＬＩＤＡＲ、レーダー、または誘導ベースのセンサなどの距離センサを形成して、充電ステーション１内の車両の車両側充電インターフェース２０の位置を検出する。したがって、画像化検出器１３０は、ビジョン・システムの一部を形成する。画像化検出器１３０は、示されているようにコンソール３などにベースに取り付けられてもよく、または示されているようにキャリア・フレーム６１などにロボット５０によって運ばれてもよい。制御システムは、電気モータ８３に接続されてそれらの回転に電力を供給する電子制御装置を備える。電子制御装置は、検出器１３０、およびリニア・アクチュエータ８０の第１のセンサおよびコンプライアンス・アセンブリ９０の第２のセンサ９６、および／またはキャリア・フレーム６１とロボット側充電インターフェース１００との間の第３のセンサ６６に接続されている。

充電ステーションは、電子制御装置との通信および電子制御装置の構成のための遠隔コンピュータ・サーバを備えた充電インフラストラクチャの一部を形成する。電子制御装置には、電子制御装置のプロセッサによって実行されるソフトウェアがロードされ、それによって、充電ステーション１は、図６に概略的に示されるように、以下の動作を実行する。説明は、脚７１～７６の完全に格納された駆動ロッド８２から始まり、それにより、ロボット側充電インターフェース１００が待機位置で車両領域２から引き出され、車両１０が充電ステーション１に入ることを可能にする。

第１のステップ３１０において、車両領域２における特定の車両１０の存在は、画像化検出器１３０によって、もしくは任意の他の適切なセンサによって、または車両１０と充電ステーション１との間の任意のタイプのデータ通信によって、あるいは、任意のタイプの遠隔トリガー・システムによって、もしくは車両１０の運転手による登録によって、または充電ステーション１の現場にいる人間の操作者によって通知される。

車両１０の存在が通知されると、第２のステップ３２０において、充電ステーション１内の車両側充電インターフェース２０の空間的位置および向きが、画像化センサ１３０によって決定される。これは、３つの直交する方向Ｘ、Ｙ、Ｚの位置と、これらの軸の周りの回転方向で構成される。

第３のステップ３３０において、ロボット側充電インターフェース１００の対応する特定の初期空間位置および向きが決定され、ロボット側充電インターフェース１００は、図５Ａに示されるように、車両側充電インターフェース２０に方向Ｒに正しく挿入され得る。

第４のステップ３４０において、電気モータ８３は、ロボット側充電インターフェース１００を特定の初期空間位置および向きにもたらすために、第１のセンサで方向Ａにおける駆動ロッド８２の個々の位置を制御しながら、個別に電力を供給される。この第４のステップ３４０において、駆動ロッド８２に対する接続ロッド９２の個々の位置、または接続ロッド９２と駆動ロッド８２との間に作用する任意の力が、第２のセンサ９６によって監視される。あるいは、またはそれに加えて、これは、第３のセンサ６６で決定することができる。動きは、画像化検出器１３０で形成されたビジョン・システムで監視される。接続ロッド９２のいずれかが同じ脚７１～７６の駆動ロッド７５に向かって変位するとき、予期しない物理的接触が発生したと想定され、例えば、人間、車両、その他の周囲などの異物との衝突などである。次に、第５のステップ３５０において、電気モータ８３が停止または逆転されて、ロボット側充電インターフェース１００を格納させる。

衝突が発生しなかった場合、第４のステップ３４０に続く第６のステップ３６０において、第１のセンサで駆動ロッド８２の位置を方向Ａに制御しながら電気モータ８３に電力を供給し、ロボット側充電インターフェース１００を車両側充電インターフェース２０に押し込む。第６のステップ３６０において、駆動ロッド７５に対する接続ロッド９２の位置は、第２のセンサ９６によって監視されるか、または第３のセンサ６６によって決定されて、３つの機能を実行する。

第１の機能は、図５Ｂに示されるように、車両側充電インターフェース２０に対するロボット側充電インターフェース１００の適切な最終係合位置の決定である。最終的な係合は、挿入方向Ｐに押す力を加えることによって得られる。この押し付け力は、バイアスされたコイルばね９５を介してメイン・ベース５１から可動キャリア６０に伝達される。コイルばね９５は、それらの規定された閾値力を超えたときに押し込むことができ、これは、第２のセンサ９６または第３のセンサ６６によって監視される。第１の機能では、脚７１～７６におけるこのコンプライアンスは、車両側充電インターフェース２０に対するロボット側充電インターフェース１００の適切な最終係合位置に到達できるようにするため、それに応じて電気モータ８３に電力を供給することによって少なくとも部分的に補償される。適切な最終的な係合は、ロボット側充電インターフェース１００に接続されているバッテリー充電器によって確認することができる。

第２の機能は、ロボット側充電インターフェース１００と車両側充電インターフェース２０との間の予期しない物理的接触の決定である。

第３の機能は、例えば図５Ｃに示されるように、予想されるまたは予期しない第１の物理的接触２００に起因する、車両側充電インターフェース２０に対するロボット側充電インターフェース１００の許容可能な不整合の決定である。この第１の物理的接触２００は、押し付け力がバイアスされたコイルばね９５を介してメイン・ベース５１から可動キャリア６０に伝達される間、ロボット側充電インターフェース１００を車両側充電インターフェース２０に対して傾斜または摺動させる。コイルばね９５は、それらの規定された閾値力を超えたときに押し込むことができ、これは、第２のセンサ９６または第３のセンサ６６によって監視される。個々のコイルばね９５によって提供されるコンプライアンスは、それらの自己探索形状特徴によって、車両側充電インターフェース２０に沿って方向Ｖでロボット側充電インターフェース１００の摺動運動を誘発し得、および／または電気モータ８３の修正的活性化は、第２のセンサ９６または第３のセンサ６６の信号に基づいて決定される。図５Ｃでは、図示された不整合には、同じ平面内での並進と回転が含まれている。電気モータ８３の対応する是正措置によって、６自由度すべてにおいて何らかの不整合が発生する可能性があり、検出および修正することができることは明らかであろう。これは、車両側充電インターフェース２０に対するロボット側充電インターフェース１００の適切な最終係合位置に到達するまで繰り返される。この反復では、図５Ｄに示されるようなさらなる物理的接触２０１が、方向Ｗへの摺動運動を誘発することによって検出および修正され得る。電子制御システムは、例えば、バッテリー充電器を介して、ロボット側充電インターフェースのコネクタとの電気接続を監視して、例えば、接触順序を決定することによって、またはデフォルトの接触順序からの逸脱を検出することによって、不整合を決定することができる。

第７のステップ３７０において、係合されたロボット側充電インターフェース１００および車両側充電インターフェース２０は、切り離しを防ぐためにロックされ、車両２は、適切に係合された充電インターフェース２０、１００を介して充電される。

充電後、充電インターフェース２０、１００はロック解除され、ロボット側充電インターフェース１００は、脚７１～７６の駆動ロッド８２を格納することによって、第８のステップ３８０で車両側充電インターフェース２０から切り離される。駆動ロッド８２は完全に格納されて、ロボット側充電インターフェース１００を前記待機位置に格納する。

並列コンプライアンス・アセンブリ９０によって提供される特定のコンプライアンスには、以下の利点がある。

第１に、コンプライアンスは、ロボット側充電インターフェース１００が車両側充電インターフェース２０に対してその初期空間位置に移動されたときに、予想されるまたは予期しない物理的接触、例えば人間との衝突の安全な検出を可能にする。コンプライアンスは、ロボット側充電インターフェース１００に当たったときに柔らかさまたは柔軟性を提供する。

第２に、コンプライアンスは、初期の空間位置および向きに達した後、ロボット側充電インターフェース１００と車両側充電インターフェース２０との間のいかなる不整合の検出も可能にする。不整合は、検出された物理的接触に由来する。コンプライアンスは、ロボット側充電インターフェース１００および車両側充電インターフェース２０の自己探索形状特徴を使用して、適切な最終係合位置を迅速に取得することを容易にする。コンプライアンスは、提供される弾力性またはコンプライアンスによって損傷するピーク力が防止されるため、物理的接触自体をより安全にする。

第３に、コンプライアンスは、特に充電プロセス中に車両１０の位置が変更された場合に、ロボット側充電インターフェース１００を車両側充電インターフェース２０から切り離すことを容易にする。

第４に、コンプライアンスは、直線運動アクチュエータ８０によって、または車両１０の小さな動きによって課されるような任意の剛体運動を吸収する。これらの小さな動きは、例えば、車両２に乗り降りする乗客によって、または車両２に対して作用する風によって引き起こされる可能性がある。

したがって、コンプライアンス・アセンブリ９０は、可動キャリア６０の動きの６自由度で、したがって車両側充電インターフェース１００からの触覚フィードバックを提供する。この触覚フィードバックは、第３のセンサ６６または第２のセンサ９６から導出され、直線運動アクチュエータ８０を制御する際に電子制御装置によって使用される。ビジョン・システムは視覚的なフィードバックを提供する。

上記の説明は、好ましい実施形態の動作を説明するために含まれており、本発明の範囲を限定することを意味するものではないことを理解されたい。上記の説明から、本発明の範囲にまだ含まれるであろう多くの変形が当業者には明らかであろう。

Claims (17)

1. 充電インフラストラクチャであって、
   車両側充電インターフェースを有する車両を充電するための充電ステーションを含み、
   前記充電ステーションは、
   前記車両側充電インターフェースとの充電接続を確立するためのロボット側充電インターフェースを搭載するロボットを含み、
   前記ロボットは、
   ベース・フレームと、
   前記ロボット側充電インターフェースを搭載した可動キャリアと、
   を含む、充電インフラストラクチャにおいて、
   前記ベース・フレームと前記可動キャリアとの間に設けられ、前記ベース・フレームに対して少なくとも３自由度で前記可動キャリアを移動する機構を形成する少なくとも３つの変位アセンブリを備え、
   前記変位アセンブリは、変位ストロークにわたって前記ベース・フレームと前記可動キャリアとの間にストロークの変位を課すように構成されたアクチュエータを含み、
   前記ロボットは、
   前記アクチュエータおよび前記ロボット側充電インターフェースと直列に設けられた少なくとも１つのコンプライアンス・アセンブリを含み、前記コンプライアンス・アセンブリは、充電プロセス中に車両の位置が変更された場合に、前記ロボット側充電インターフェースを前記車両側充電インターフェースから切り離すことが可能であり、または、前記アクチュエータの直線運動もしくは前記車両の小さな運動によって課される任意の剛体
   運動を吸収することが可能であり、
   前記コンプライアンス・アセンブリは、コンプライアンス・ストロークにわたって前記アクチュエータと前記ロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放するように構成され、前記コンプライアンス・ストロークの長さは少なくとも５ミリメートルであり、
   前記コンプライアンス・アセンブリは、前記アクチュエータと前記ロボット側充電インターフェースとの間の閾値負荷を超えた後、前記コンプライアンス・ストロークにわたって前記変位を弾性的に吸収するように構成される、ことを特徴とする、充電インフラストラクチャ。
2. 前記アクチュエータは、前記ベース・フレームと前記可動キャリアとの間に角度の変位を課すように構成され、
   前記コンプライアンス・アセンブリは、コンプライアンス角度にわたって前記アクチュエータと前記ロボット側充電インターフェースとの間の角度変位を弾性的に吸収または解放するように構成される、請求項１に記載の充電インフラストラクチャ。
3. 前記コンプライアンス角度は少なくとも１度である、請求項２に記載の充電インフラストラクチャ。
4. 前記ロボットは、前記ベース・フレームと前記可動キャリアとの間に六脚機構を形成して、前記可動キャリアを６自由度で移動させる６つの変位アセンブリを含む、請求項１～３のいずれかに記載の充電インフラストラクチャ。
5. 各変位アセンブリは、前記ロボット側充電インターフェースと前記可動キャリアとの間のアクチュエータと直列のコンプライアンス・アセンブリを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
6. 前記充電ステーションは、アクチュエータおよび前記ロボット側充電インターフェースと直列の複数のコンプライアンス・アセンブリを含み、これらのコンプライアンス・アセンブリは、前記アクチュエータと前記ロボット側充電インターフェースとの間の変位を弾性的に吸収または解放する相互に異なる機械的インピーダンスを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
7. 前記変位アセンブリは、第１の結合を介して前記ベース・フレームに接続された一方の側にあり、前記変位アセンブリは、第２の結合を介して前記可動キャリアに接続された反対側にあり、前記アクチュエータは、前記コンプライアンス・アセンブリと直列の直線運動アクチュエータである、請求項１から６のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
8. 前記第１の結合および／または前記第２の結合がユニバーサル・ジョイントである、請求項７に記載の充電インフラストラクチャ。
9. 前記コンプライアンス・ストロークの長さが前記変位ストロークの少なくとも５０％である、請求項１から８のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
10. 前記コンプライアンス・アセンブリが、前記アクチュエータと前記ロボット側充電インターフェースとの間の規定された位置にバイアスされる、請求項１から９のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
11. 前記ロボット側充電インターフェースおよび前記車両側充電インターフェースは、確立された充電接続をロックおよびロック解除するためのロック機構を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
12. 前記充電ステーションは、前記充電ステーションの動作を制御するための電子制御システムを含み、前記電子制御システムは、前記アクチュエータに接続された電子制御装置を含み、前記電子制御装置は、前記アクチュエータによる前記変位を制御するように構成され、前記電子制御システムは、アクチュエータの前記位置または動きを決定するための前記電子制御装置に接続されたセンサ、および／またはコンプライアンス・ストロークを決定するため、もしくはコンプライアンス・アセンブリに作用する力もしくは負荷を決定するための前記電子制御装置に接続されたセンサ、および／または前記ロボット側充電インターフェースと前記可動キャリアとの間に作用する力もしくは負荷を決定するための、前記電子制御装置に接続された前記可動キャリアと前記ロボット側充電インターフェースとの間のセンサを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の充電インフラストラクチャ。
13. 前記電子制御装置は、コンプライアンス・アセンブリのコンプライアンス・ストロークを検出するように、および前記コンプライアンス・ストロークの前記検出に応答して前記アクチュエータによる前記変位を制御するように構成され、ならびに／または、前記電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて前記ロボット側充電インターフェースの衝突を決定するように構成され、ならびに／または、前記電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、前記ロボット側充電インターフェースと前記車両側充電インターフェースとの間の物理的接触を決定するように構成され、ならびに／または前記電子制御装置は、変位ストロークおよびコンプライアンス・ストロークに基づいて、前記ロボット側充電インターフェースと前記車両側充電インターフェースとの間の不整合を決定するように構成され、ならびに／または、前記電子制御装置は、前記ロボット側充電インターフェースと前記車両側充電インターフェースとの間の前記不整合を少なくとも部分的に修正するために、前記アクチュエータによる前記変位を制御するように構成される、請求項１２に記載の充電インフラストラクチャ。
14. 前記電子制御システムは、前記電子制御装置に接続された画像化検出器を含み、前記電子制御装置は、前記充電ステーション内の前記車両側充電インターフェースの空間位置を決定し、それに応じて前記アクチュエータによる前記変位を制御するように構成され、前記ロボット側充電インターフェースを前記車両側充電インターフェースに移動して、前記充電接続を確立し、および／または、前記電子制御装置は、前記充電ステーション内の前記ロボット側充電インターフェースの空間位置を決定し、それに応じて前記アクチュエータによる前記変位を制御するように構成され、前記ロボット側充電インターフェースを前記車両側充電インターフェースに移動して、前記充電接続を確立する、請求項１２に記載の充電インフラストラクチャ。
15. 前記電子制御装置の構成または遠隔制御のために前記電子制御システムに接続された、前記充電ステーションから離れたコンピュータ・サーバを含む、請求項１２に記載の充電インフラストラクチャ。
16. 充電インフラストラクチャの充電ステーション内の車両側充電インターフェースを有する車両を充電するための方法であって、請求項１から１４のいずれかに記載の充電インフラストラクチャの使用を含む、方法。
17. 充電ステーションに請求項１６に記載の方法を実行させるように適合されたコンピュータ実行可能命令を有する、コンピュータ可読媒体。