快速換電池機器人的製作方法

2023-06-02 19:39:06

專利名稱：快速換電池機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人，尤其是一種電動汽車更換電池時使用的快速換電池 機器人。
背景技術：
隨著世界各國對節能降耗的重視，清潔、環保的電動汽車獲得了普遍的關注，成為 汽車工業發展的方向。目前，電動汽車電機、控制器以及整車技術的研製已經有所突破，阻 礙電動汽車發展的主要障礙是電池充電效率低和速度慢。要解決電動汽車發展的主要問題，就需要重點發展電動汽車的快速充換電技術。 隨著充電設施建設的不斷深入，國家電網公司計劃全面開展電池換電站的建設，並將電池 換電站列入充電設施建設的重點。根據《國家電網智能化規劃總報告》，到2015年，全國將 建設近4000座充電池更換站，初步估計其中近50%為電池換電站，市場前景良好，空間巨 大。過去，換電站在更換電池的過程中，主要採用人工更換電池方式。由於電池箱重量較 大，工作人員需要藉助專用的機械手臂進行電池的更換，這樣就存在著電池箱插件連接不 準確，電池更換效率低下，電池箱磨損嚴重，耗費大量重複性人力勞動等缺陷。

實用新型內容本實用新型的目的就是為解決電動汽車充電時間長、效率低下的缺點，提供一種 快速換電池機器人，它可按照固定的軌道，快速準確的到達待充電電動汽車的正下方，通過 垂直升降裝置中摺疊臂的伸縮實現電池箱插件的準確連接，進而實現電池的快速、無損更 換。機器人技術在換電站中的使用，大大節省了操作時間，降低了操作強度，提高了更換精 度和效率。整個過程能夠滿足電動轎車換電時間3. 5分鐘，商業車換電時間2分鐘以內的 設計要求，符合國家和國家電網公司關於電動汽車快速充換電的相關標準，為國家和社會 帶來了巨大的經濟和社會效益。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案；一種快速換電池機器人，它包括主要行動裝置、升降裝置和控制裝置；其中，移動 設備設置在導軌上並沿著導軌移動，行動裝置的底座上固定有180°轉動的旋轉平臺，所述 升降裝置位於旋轉平臺上，升降裝置頂部為電池託盤，控制裝置設置在旋轉平臺上。所述行動裝置包括底座，底座設有傳感器和四個與導軌相配合的軌輪，移動驅動 電機被固定在底座上；旋轉平臺通過滾動軸承與底座銜接，移動驅動電機與控制裝置連接。所述旋轉平臺下部設有旋轉驅動電機，旋轉驅動電機與控制裝置連接。所述升降裝置包括一個摺疊臂，摺疊臂與升降驅動電機連接，升降驅動電機與控 制裝置連接。所述控制裝置包括控制盒，控制盒上方安裝有攝像頭，控制盒內設有主控系統、基 於DSP水平位置和垂直高度定位的檢測控制模塊、數據轉換控制模塊以及嵌入式系統控制 模塊。[0011]所述移動驅動電機或旋轉驅動電機採用步進電機，升降驅動電機採用伺服電機。所述電池託盤上帶有電磁吸附裝置。在使用中，底座下軌輪被固定在指定導軌上移動，旋轉平臺位於底座的上部，可以 完成180°的整體轉動，升降裝置固定在旋轉平臺上，通過摺疊臂的升降將電池箱平穩的提 升到特定位置。電池箱通常採用長方體的結構，被放置在金屬安裝框內，該方式可有效降低 電池箱在更換過程中的磨損，安裝框通過電磁吸附方式固定在電池託盤上，並且在提升過 程中始終保持端面水平狀態，方便了電池插件的準確連接。電池箱中插件與車體插件連接 後，控制部分控制車體上的鎖環鎖緊安裝框上的鎖體，將電池箱的位置進一步固定。行動裝置包括軌輪、底座、移動驅動電機、傳感器，底座下軌輪被設置在固定導軌 上，移動驅動電機控制整體機器人按照指定的路徑進行移動。當機器人移動到待充電的電 動汽車正下方時，傳感器感應到「對位」信號，送給控制裝置，控制裝置則控制移動驅動電 機，使機器人停止移動。升降裝置的摺疊臂在升降驅動電機的驅動下，快速準確的到達預定高度位置。在 此過程中，電池託盤一直保持水平，可以有效預防電池箱的滑動，完成電池插件與車體插件 的連接，實現電池狀態信息的實時動態監控。控制裝置包括主控系統、基於DSP水平位置和垂直高度定位檢測控制模塊、數據 轉換控制模塊以及嵌入式系統控制模塊，控制部分通過與各組成模塊對應接口的連接和 CAN或485通信，接收和分析機器人的實時數據信息，從而控制其他模塊完成相應動作。定位檢測控制模塊包含攝像頭和傳感器等先進設備，通過圖像實時採集和傳感器 感應共同完成路況監測和三維定位任務，攝像頭被安裝在控制盒上端，根據前方路況的成 像信息，實時反饋給控制部分；行動裝置上的傳感器感應到車體正下方的信號後，實現更換 裝置的準確對位。嵌入式系統控制模塊選用國內外控制上廣泛應用的板卡式，即「PC+運動控制器」 的控制方式，用嵌入式系統和DSP數字控制器控制方式來實現整個機器人的運動控制功 能。主控系統與定位檢測控制模塊、數據轉換控制模塊、嵌入式系統控制模塊之間通 過TCP/IP協議進行通信。本實用新型的有益效果是1.快速更換裝置採用智能化控制，對機器人不同部分加以控制。通過內部模塊通 信進行機器人實時數據信息的採集和分析，控制其他模塊的相應動作，極大提高了系統的 準確性和高效性。2.提升裝置採用摺疊臂的形式，在升降驅動電機控制下，摺疊臂上升或下降過程 中始終保持電池託盤端面水平，同時，吸附裝置將電池箱進一步固定，有效阻止電池箱的滑 動。3.電池箱插件與汽車插件實現「連接」，電池箱內部的電池管理系統(BMS)能夠將 電池的實時狀態及時反饋給用戶。4.採用鎖環鎖緊鎖體的設計方法，避免電池在更換前後的位置偏移，可以提高電 池供電的穩定性，而金屬安裝框的使用，有效減少了電池更換過程中電池箱的磨損，有利於 延長電池的使用壽命。
圖1為快速換電池機器人的結構示意圖；圖2為電池的電氣連接方式示意圖；圖3為閉鎖示意圖；圖4為換電站導軌位置結構圖。其中，1、導軌；2、軌輪；3、旋轉平臺驅動電機；4、底座；5、滾動軸承；6、旋轉平臺； 7、控制盒；8、升降驅動電機；9、摺疊臂；10、電池託盤；11、安裝框；12、電池；13、鎖體；14、 電池插件；15、鎖環；16、車體插件；17、車體；18、電池臨時放置臺；19、拱形軌道。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。圖1示出了本實用新型的一個實施例的快速換電池機器人的結構示意圖。軌輪2被固定在指定的導軌1上移動，底座4下部設有四個軌輪2，移動驅動電機 被固定在底座4上面，旋轉平臺6則通過滾動軸承5與底座4實現銜接，旋轉驅動電機3和 控制盒7位於旋轉平臺6上，驅動該平臺可完成半圓周轉動，控制盒7上部安裝有採集圖像 信息的攝像頭，升降裝置固定於旋轉平臺6上，升降驅動電機8控制摺疊臂9延伸到特定位 置，在此過程中，摺疊臂9上部的電池託盤10保持水平位置相對不變。圖2中，電池插件14與車體插件16實現有效連接，控制裝置在收到連接完成信號 後，控制車體的鎖環15鎖緊電池安裝框11的鎖體13，達到快速固定電池12的目的。移動 驅動電機、旋轉平臺驅動電機3選用步進電機，升降驅動電機8選為伺服電機，控制裝置包 括安裝在控制盒內的主控系統、基於DSP水平位置和垂直高度定位檢測控制模塊、數據轉 換控制模塊以及嵌入式系統控制模塊。控制裝置接收和分析機器人實時數據信息，控制機 器人進行準確的操作，完成相應插件的連接和電池箱的位置鎖定。當快速換電機器人的底座上的傳感器感應到「對位」信號，軌輪2準確到達待充電 汽車正下方，摺疊臂9託付電池託盤10到達預定高度位置，電池插件14與車體插件16實 現準確的插件連接，完成電池內部的電池管理系統與車體的內部通信，達到相關插件的電 氣連接。如圖3所示，為了防止電池12在安裝過程中發生使用磨損和位置偏移，不利於電 池12穩定的電能供應和使用壽命，電池12外面套用合適的安裝框11，當電池插件14與車 體插件16完成連接後，控制裝置控制車體內的鎖環15緊鎖安裝框的鎖體10，從而避免了電 池的位置偏移。圖4中，快速換電池機器人移動的導軌1位於拱形軌道19和電池臨時放置臺18 之間。當待充電電動汽車行駛到中間鏤空的拱形軌道19的固定位置時，快速換電池機器人 啟動並沿導軌1進入待充電電動汽車的正下方，將待充電池12取出。然後快速換電池機器 人到達中間也為鏤空的電池臨時放置臺18正下方，旋轉平臺6將所託的待充電池12旋轉 90°，將它從電池臨時放置臺18中間鏤空部穿過，將待充電電池放入到電池臨時放置臺18 上方。以上所述僅為本實用新型的的優選實例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種快速換電池機器人，其特徵在於，它包括主要行動裝置、升降裝置和控制裝置； 其中，行動裝置設置在導軌上並沿著導軌移動，行動裝置的底座上固定有180°轉動的旋轉 平臺，所述升降裝置位於旋轉平臺上，升降裝置頂部為電池託盤，控制裝置設置在旋轉平臺 上。
2.根據權利要求1所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述行動裝置包括底座，底 座設有傳感器和四個與導軌相配合的軌輪，移動驅動電機被固定在底座上；旋轉平臺通過 滾動軸承與底座銜接，移動驅動電機與控制裝置連接。
3.如權利要求1所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述旋轉平臺下部設有旋轉 驅動電機，旋轉驅動電機與控制裝置連接。
4.如權利要求1所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述升降裝置包括一個摺疊 臂，摺疊臂與升降驅動電機連接，升降驅動電機與控制裝置連接。
5.如權利要求1或2或3或4所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述控制裝置包 括控制盒，控制盒上方安裝有攝像頭，控制盒內設有主控系統、基於DSP水平位置和垂直高 度定位的檢測控制模塊、數據轉換控制模塊以及嵌入式系統控制模塊。
6.如權利要求2或3或4所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述移動驅動電機或 旋轉驅動電機採用步進電機，升降驅動電機採用伺服電機。
7.如權利要求1所述的快速換電池機器人，其特徵在於，所述電池託盤上帶有電磁吸 附裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種快速換電池機器人，它可按照固定的軌道，快速準確的到達待充電電動汽車的正下方，通過垂直升降裝置中摺疊臂的伸縮實現電池箱插件的準確連接，進而實現電池的快速、無損更換，大大節省了操作時間，降低了操作強度，提高了更換精度和效率。它包括主要行動裝置、升降裝置和控制裝置；其中，行動裝置設置在導軌上並沿著導軌移動，行動裝置的底座上固定有180°轉動的旋轉平臺，所述升降裝置位於旋轉平臺上，升降裝置頂部為電池託盤，控制裝置設置在旋轉平臺上。
文檔編號B60S5/06GK201907491SQ201120007330
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者張華棟, 李建祥, 王鑫, 韓磊 申請人:山東電力研究院