Тенденция развития роботизированной технологии автоматической зарядки электромобилей становится всё заметнее в разных странах
Сегодня наступила эпоха огромного материального изобилия, и наш выбор больше не соответствует функциональным потребностям. Специально для нового поколения интернет создал особый потребительский фон. Продукты должны быть привлекательными, модными и красивыми. Но кроме этого они должны приносить большое удобство и экономить время человека.
Новые продукты призваны не только доставлять людям удовольствие, но и высвобождать их физическую силу. Быть одновременно безопасными и интеллектуальными. Например, на рынок были выпущены симпатичные роботы-подметальщики, которые привнесли в жизнь людей большое удобство и сэкономили их время. Не нужно беспокоиться о зарядке подметальщиков: когда питание заканчивается, механизмы автоматически подзаряжаются, что очень удобно в использовании. Но могут ли электромобили также иметь функции автоматической зарядки, как и роботы-подметальщики?
В последние годы на фоне международной экологизации энергетики и углеродной нейтральности, тенденция замены транспортных средств, работающих на топливе, электромобилями стала необратимой и неизбежной. В рамках стандартизации автомобильной безопасности и технологии производства, электромобили всё больше напоминают мобильные телефоны, чей интеллект неуклонно развивается. Эта эволюционная логика пронизывает весь процесс использования автомобиля, важной частью которого является зарядка.
В настоящее время способ зарядки электромобилей в основном основан на ручном управлении зарядным пистолетом, а её режим делится на медленную зарядку переменным током и быструю зарядку постоянным током. Хотя медленная зарядка не представляет собой трудоёмкий процесс, существует риск иногда забыть подзарядить свой автомобиль после возвращения домой. Быстрая зарядка постоянным током по-прежнему требует больших усилий. Зарядный кабель не только тяжелый, но ещё и грязный, так что можно легко испачкать одежду и получить неприятное впечатление. Функция автоматической парковки (AVP) постепенно становится стандартной для электромобилей. Согласно логике развития, зарядка тоже должна стать интеллектуальной и автоматической, не вызывающей большого беспокойства у автовладельца.
Принцип действия робота для автоматической зарядки электромобилей
Электромобили ограничены многими факторами, такими как точность парковки, безопасность и целостность внешнего вида. У транспорта с электропитанием ещё нет возможности заряжаться автоматически: он должен использовать внешние устройства, такие как роботизированные манипуляторы, беспроводная зарядка и т. п.
Технология беспроводной зарядки электромобилей такая же, как принцип беспроводной зарядки, используемый в мобильных телефонах. Технический принцип тот же, но мощность больше. Полный набор автоматических заряжающих роботов в основном состоит из роботизированной руки, системы видения, зарядного пистолета и модуля восприятия транспортного средства.
Порядок автоматической зарядки электромобилей на основе манипулятора:
- Когда автомобиль припаркован на месте, робот определяет, что автомобиль припаркован, устанавливает соединение с автомобилем и открывает дверцу для зарядки.
- Заряжающий робот определяет пространственное положение зарядного порта с помощью системы видения.
- После получения пространственного положения зарядного порта роботизированная рука выравнивает головку заряжающего пистолета с портом в соответствии с координатами его пространственного положения (X, Y, Z, Rx, Ry, Rz) и выполняет действие вставки до тех пор, пока пистолет не будет находиться в нужном положении.
- Во время осуществления зарядки роботизированная рука поддерживает надёжное подключение пистолета до состояния полной зарядки автомобиля, а затем извлекает пистолет для завершения всего процесса.
- Такой зарядный робот представляет собой встроенный пистолет, установленный на конце роботизированной руки для реализации функции автоматической зарядки. Кроме того, данный робот может также захватить стандартный зарядный пистолет и подключить его к порту автомобиля точно так же, как человек, или робот может отсоединить стандартный пистолет от порта автомобиля, чтобы завершить процесс подзарядки.
Во время всей процедуры владелец может проверить состояние зарядки на мобильном телефоне или управлять роботизированной рукой через мобильный телефон, чтобы выполнить задачу по вставке пистолета или его извлечения. Автоматический зарядный робот может определять состояние автомобиля и самостоятельно завершать процесс зарядки. При этом нет необходимости в каком-либо участии человека. Так полностью реализуется беспилотная зарядка, и нам больше не нужно будет беспокоиться о тривиальном вопросе электропитания транспортного средства. Таким образом, автоматические зарядные роботы открыли для нас новую эру зарядки электромобилей.
Фиксированная автоматическая система зарядки на основе традиционной шарнирной роботизированной руки
В 2017 году Volkswagen выпустил модель под названием Gen.E и продемонстрировал ряд результатов исследований, в том числе интеллектуальных роботов для зарядки. Этот концепт-кар не требует от водителей ручного подключения зарядных модулей и других операций. Они будут выполняться зарядным роботом в авторежиме.
В 2014 году компания из Массачусетса разработала роботизированный продукт под названием PowerHydrant (устройство, фактически основанное на роботизированной руке SCARA). Продукт предназначен главным образом для автоматической зарядки транспортных средств с новым источником питания с целью освобождения рук людей. Владельцы автомобилей могут легко пользоваться продуктом для автоматической зарядки автомобиля без необходимости ручного управления. Устройство может заряжать 4 автомобиля одновременно и использовать технологию распознавания изображений (на роботизированной руке установлено несколько камер) и матричные алгоритмы для реализации правильной стыковки зарядного устройства и интерфейса зарядки автомобиля. Продукт был представлен на выставке New Energy Vehicle Technology Expo (EVTechExpo), проходившей в Мичигане. В настоящее время проходит тестирование продукта.
В 2018 году исследователи из Технического университета Граца изготовили прототип системы быстрой зарядки CCS с роботизированным управлением. Используемый робот представляет собой роботизированную руку UR10. Без специальной модификации автомобиля устройство успешно завершило его автоматическую зарядку. Проект поддерживается мюнхенским филиалом BMW, Magna Steyr Engineering в Граце, экспертом по автоматизации KEBA в Линце и Австрийской ассоциацией автомобильных технологий (Austrian Automotive Technology Association). Сейчас робот находится на стадии демонстрации.
В 2020 году Academia Sinica, дочерняя компания Shanghai Electric, успешно разработала полностью автоматический зарядный робот C-POD. Он использует декартову систему координат с двумя осями поворота в конце оси Z. Когда требуется подзарядка, через модуль видения робот распознает местоположение зарядного порта нового энергетического транспортного средства и направляет роботизированную руку, чтобы вставить зарядную головку в порт и реализовать беспилотное управление всем процессом зарядки. Из-за недостаточной прочности рамы зарядный робот подходит только для сценариев медленной зарядки переменного тока. Этап демонстрации робота всё ещё не закончен.
Компания Xiangyi Automation Technology (Shanghai) Co., Ltd. в 2017 году выпустила авторобота для быстрой зарядки постоянным током. Продукт использует совместную шарнирную роботизированную руку и систему бинокулярного зрения в сочетании с AVP (автономной парковкой) NIO ES8, чтобы реализовать замкнутый цикл полной экологической цепочки беспилотной автопарковоки и автоматической зарядки. Это первый роботизированный продукт в мире с функцией автозарядки для беспилотных электромобилей. Продукт уже запущен в серийное производство.
Мобильные автоматические системы зарядки
В 2018 году компания Samsung Electronics выпустила устройство автоматической подзарядки электромобилей под названием EVAR. Это, по сути, робот, разработанный с использованием собственного искусственного интеллекта Samsung, технологии автономного вождения и точного алгоритма управления. Когда водители хотят зарядить свои автомобили, они должны прикрепить смартфоны к настенным устройствам и передавать информацию о местоположении в качестве данных для выполнения задач. В соответствии с полученной информацией EVAR перемещается к электромобилю, припаркованному в любом месте на стоянке, а затем подключается к зарядному устройству. Однако для ручного подключения требуется специальный адаптер EVSE, прикреплённый к номерному знаку.
Робот ограничен способом подключения адаптера EVSE, зарядного пистолета и кабеля и подходит только для медленной зарядки. Эта разработка находится на стадии демонстрации.
В 2020 году компания Aichi Motors анонсировала запуск мобильного зарядного робота-автомата CARL. Он сможет перемещаться к местоположению транспортного средства, указанному в приложении пользователя, определять порт зарядки и автоматически подзаряжаться. CARL будет использовать режим встроенной батареи, похожей на мобильный банк питания. Когда нет машины, которую нужно обслужить, робот припаркуется в месте, где находится его зарядное устройство. Когда транспортное средство, которое нуждается в получении электропитания, обнаружится, CARL подъедет к автомобилю. После завершения зарядки CARL вернется к месту расположения зарядного устройства для пополнения своего заряда.
В 2020 году Volkswagen выпустил концептуальный прототип мобильного робота Power Bank, оснащенного системой зарядки постоянным током и способного определять место нахождения машины на стоянке, перемещать аккумуляторный блок, а затем подключать его, чтобы осуществить подзарядку при парковке на стоянке. Эта концепция является решением проблемы зарядки электромобилей в больших жилых комплексах. Больше не будет необходимости строить зарядную станцию на каждом парковочном месте в подземном гараже. Владелец может просто зарядить аккумуляторную батарею, а затем позволить роботам подключить её к электромобилю, когда это необходимо.
Робот действует полностью самостоятельно, начиная с открытия крышки зарядного гнезда до отключения вилки. Весь процесс проходит без вмешательства человека. Power Bank умеет обслуживать несколько машин одновременно, повторяя процедуру. Как только полностью заряжены, робот собирает аккумуляторные батареи и доставляет их обратно на центральную зарядную станцию.
В 2021 году Envision Technology Group на мероприятии «День партнёра по нулевому выбросу углерода» заявила о выпуске зарядного робота Mochi. После получения инструкции Mochi составляет интеллектуальный план зарядки, автоматически отправляется к месту нахождения автомобиля и начинает зарядку. Во время неё платформа Envision также будет отслеживать состояние аккумулятора автомобиля в режиме реального времени, чтобы обеспечить безопасность. Робот-автомат Mochi ещё не поступил в серийное производство.
В 2020 году компания Xiangyi Automation Technology (Shanghai) Co., Ltd. выпустила мобильного робота для зарядки, который использует режим автономной навигации. Этот робот может перемещаться на парковочное место, зарезервированное пользователем, находить местоположение зарядного порта автомобиля, ориентируясь на его модель, указанную в приложении смартфона пользователя, открывать крышку зарядного порта и подключать роботизированную руку. После завершения зарядки пистолет автоматически извлекается и возвращается в положение ожидания. Продукт вышел на стадию мелкосерийного производства.
Автоматический зарядный робот на основе бионики
В 2015 году компания Tesla анонсировала робота для автоматической зарядки, основанного на змеевидной руке, имеющей около 20 суставов. Когда электромобиль приблизится к роботу, тот совершит стыковку с розеткой в открывшемся люке зарядного гнезда автомобиля и начнёт зарядку примерно через 30 секунд. Это супер резервный робот с низкой скоростью передвижения и небольшой нагрузкой на головку пистолета.
В 2020 году компания Xiangyi Automation Technology (Shanghai) Co., Ltd. выпустила двух стационарных роботов-змеевиков с автоматической зарядкой, которые предназначены для быстрой зарядки постоянным током и медленной зарядки переменным током. Манипуляторами можно управлять через облако и мобильное приложение. Змеевики могут автоматически распознавать транспортное средство и выполнять задачу автоматической зарядки. В сочетании с функцией AVP или функцией парковки с памятью они способны идеально реализовать полностью автоматическую и беспилотную зарядку автомобиля. Оба робота имеют степень защиты IP65 и стабильно работают в температурном диапазоне от -40 ℃ до 75 ℃, а их расчётный срок службы составляет более 8 лет.
Таким образом, с развитием технологии AVP и парковки с памятью, которые постепенно становятся стандартом для транспортных средств, роботизированная автозарядка выступает последним звеном в экологической цепи автоматического вождения – нового этапа интеллектуальных поездок человека.
Автоматические зарядные роботы в конечном итоге будут применяться в сценариях беспилотной зарядки (после фактической парковки) в двух формах: стационарной и мобильной. Массовое применение возможно как на общественных стоянках, так и в домашнем использовании. Стоимость инновационных механизмов станет ключом к определению того, можно ли применять зарядных роботов в крупных масштабах.