电动汽车的充电机器人

01 大众的充电机器人

大众的充电小管家机器人视频，让我们再次对充电机器人有了新的兴趣。

事实上，这不是大众第一次展示充电机器人技术；在此之前，大众曾基于KUKA机器人研发了一个名为“e-smartconnect”的项目，并于2015年进行了样品展示。车辆的充电接口需放置在一个20*20cm^2的目标区域，充电枪一侧通过摄像头来精确识别充电接口位置，误差精度控制在1mm以内；随后，机器人抓手拿起直流充电接头，将其插入车辆侧的充电接口；在充电完成后，机器人抓手再将充电接头拔出来。

同样在2015年，大众还联合开发了名为V-Charge的新型智能代客泊车系统，它能够自动寻找停车位，并为电动汽车充电。与前面两个产品所不同，V-Charge是基于无线充电技术来开发的。

概括来看，大众将可能存在的三种自动充电场景均进行探索，并且对有线充电（传导式充电）和无线充电都进行了尝试。e-smartconnect是固定的充电站/桩的情况，利用充电机器手完成对车的充电，属于车找“电”的场景；V-Charge是固定无线充电板，利用车自动对位完成对车的充电，也属于车找“电”的场景；Charging robot则是车固定，充电机器人前去自动充电，属于“电”找车的场景。

对于自动充电技术，其他车企也有类似的研究，本田和通用在2000年2016年的时候也分别申请了关于自动充电机器人的相关专利。

特斯拉在2016年也曾展示了一个蛇形自动充电机器人，蛇形机器人会自动寻找充电接口，将充电接头插入，待机器人与整车建立起通信，充电过程电动进行。这个蛇形充电机器人据说是基于马斯克自己的一个梦境而构思出来的。

另外一些个人和企业如富士康等，也对充电机器人有相当的研究，如下图所示的两个例子。

02 充电机器人的技术难点

当前，实现自动充电的很大技术难点是由标准不统一所导致的。首要的便是充电接口的多种多样，中国、日本、欧洲、美国等主要电动汽车大国，对于充电接口还没有形成统一标准，这就对充电机器人的设计增加了工作量和难度。

另外，Tesla还有自己独立的充电接口。如果是机器人和充电枪分离的设计（如大众的charging robot），这个还好处理，相当于移动充电宝要配多个枪头，机器人首先识车辆的充电接口类型，然后取下相对应的充电宝。如果是充电枪集成在机器手上（如大众的e-smartconnect），就只能充某一类接口的车辆。当然，对于特定的国家或地区，充电接口往往是统一的。

另一个不统一是，整车充电接口的位置。不同车辆的充电接口位置差异很大，有的在车头，有的在车身后侧，有的在车身前侧；即使对于同样位置的车辆，由于停车方式和位置的不同，其充电接口的位置也会有所不同。充电机器人需要通过大量的实例喂养和深度学习，来提升自己找充电接口的能力，否则找到车的位置，很可能会绕着车打转。

第三个难点是，当前的电动汽车，绝大多数没有考虑自动充电的情况，因此，不同的车辆，充电接口都有不同的防护盖子，盖子有不同的锁紧机制，对于人来说，打开和关闭它们没有难度，但对于机器人来说，还是有很大的挑战。如果是有考虑自动充电（例如Audi e-tron），它的防护盖子相应的电气控制，推测是机器人会先与整车进行通信，打开防护盖子或是能够一键开盖等。

第四个难点在于精准地识别充电接口，准确的将充电枪插入。这里涉及到的核心技术与无人驾驶有共同之处，主要是传感器技术，包括激光雷达、摄像头、3D摄像头等，根据宝马与高校的联合研究，不同技术对于自动充电的对比如下表。

在能够精准识别充电接口后，剩下的工作就回归到多自由度机器人的领域上，如下图，是基于宝马i3的一个充电机器人Demo；机器手携带充电枪，根据识别到的接口位置和接口形状，将充电枪准确地送入到充电接口；随后，便进入正常的充电环节。

此外，对于大功率直流快充来说，粗大的充电线缆可能为机器人的行动与操作带来不便，所以，“电”找车类的机器人往往不能进行超大功率充电，大众charging robot 的最大直流功率为50 kW。

对于无线充电来说，以上几点可能不会构成主要障碍，但无线充电也面临着标准统一的问题，并且无线充电进行“电”找车还无实施。从充电普及上来看，未来很长一段时间还是以有线（传导式）为主。

03 充电机器人的市场需求

从大众对充电机器人的布局来看，充电机器人应用在一些特定的场景中，比如地下停车场，以及一些没有充电设施的地方。

考虑到目前一些现实的情况，如很多商场，小区或景点，还没有充足的充电基础设施，也不方便进行电气改造以安装充电设备，此时，充电机器人就是很好的解决方案。即使后面新建的厂房，均要求配备充电设备，在电动汽车普及后，同样存在需要充电机器人服务的空间，这与目前共享充电宝的市场需求有点类似，比之更为迫切。

另外一个刚需的市场在于，当汽车的无人驾驶实现后，汽车将脱离人类自主地为人类处理很多事情，比如送取物品，接送人员，共享出行。当汽车自主的运行时，它的充电就必须要能够同样自动充电，自动结算费用，这个场景下，充电机器人技术将大为普及。

这或许是一个小众蓝海市场。

---