重載機器人的製作方法

2023-05-12 03:15:41 2

本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種重載機器人。

背景技術：

隨著國家對電動汽車的大力支持以及充換電技術的不斷發展，各類充換電車輛應運而生。目前，越來越多的大型車輛也開始採用純電動驅動的方式。伴隨著許多電動大型車輛使用了充換電的模式，大型電動車對電池箱的集成性能要求更高，因而電池箱的重力和體積相應變大(電池的重量可達6t，體積可達10m3)，車輛的換電難度伴隨增加，目前市場上的換電機器人無法給大型車輛提供換電。

技術實現要素：

基於此，有必要提供一種能對大型電池箱進行自動更換的重載機器人。

一種重載機器人，設置在位於車輛電池倉和支架電池倉之間的第一導軌和第二導軌上，用於電池箱的自動更換，其特徵在於，包括：

行走機構，在第一導軌和第二導軌之間滑動，包括機體和設置在所述機體上以驅動其運動的第一驅動器；

承載機構，設置在所述機體上並用於搬運所述電池箱，包括叉臂組件和驅動所述叉臂組件運動的第二驅動器；

提升機構，安裝在所述機體上並用於驅動所述承載機構沿所述機體運動；

控制器，與所述行走機構、所述承載機構和所述提升機構電連接。

在其中一個實施例中，所述機體包括與所述第一導軌對應的底梁，與所述第二導軌對應的頂梁，以及連接在所述底梁和所述頂梁之間的兩根立柱，所述底梁上設置有與所述第一導軌配合的行走輪，所述頂梁上設置有與所述第二導軌配合的導向輪。

在其中一個實施例中，所述提升機構包括第三驅動電機，安裝在所述第三電機上的第一同步鏈輪，安裝在所述頂梁上的第二同步鏈輪，連接所述第一同步鏈輪和所述第二同步鏈輪的傳動鏈，安裝在所述機體上並與所述傳動鏈配合的張緊鏈輪，提升繩，及安裝在所述機體上並與所述提升繩配合以改變其傳動方向的滑輪；所述提升繩的一端通過連接塊與所述傳動鏈連接，所述提升繩的另一端與所述承載機構連接。

在其中一個實施例中，所述叉臂組件包括貨叉架和兩個貨叉臂；所述貨叉架包括相對設置的兩個安裝框，和連接兩個所述安裝框的連接框；所述安裝框上設置有與所述機體滑動配合的滾輪，所述貨叉臂安裝在所述安裝框上。

在其中一個實施例中，所述貨叉臂包括固定在所述安裝框上並帶有齒條的固定臂，及與所述固定臂滑動配合的伸縮臂；

所述第二驅動器包括安裝在所述伸縮臂上的第二驅動電機，及與所述第二驅動電機的輸出軸連接並與所述齒條嚙合的齒輪。

在其中一個實施例中，所述固定臂包括固定板和與所述固定板垂直連接的第一安裝板，所述齒條設置在所述第一安裝板上；所述伸縮臂包括活動板和與所述活動板垂直連接的第二安裝板；

所述固定板上設置有沿其長度方向延伸的第一滑軌，所述活動板上設置有與所述第一滑軌滑動配合的第一滑塊；所述活動板上設置有沿其長度方向延伸且與所述第一滑軌平行的第二滑軌，所述固定板上設置有與所述第二滑軌滑動配合的第二滑塊。

在其中一個實施例中，所述第二安裝板上設置有與其滑動配合的滑板，所述伸縮臂上還設置有驅動所述滑板滑動的動力組件。

在其中一個實施例中，所述動力組件包括設置在所述第二驅動電機的輸出軸上的主動鏈輪，設置在所述伸縮臂上遠離所述第二驅動電機一端上端的從動鏈輪，及與所述滑板的兩端連接並套設在所述主動鏈輪和所述從動鏈輪上的鏈條。

在其中一個實施例中，所述滑板上設置有用於對所述電池箱定位的定位柱，所述定位柱包括與所述安裝板連接的圓柱形段，及與所述圓柱段一體連接並與所述電池箱配合的圓臺形段。

在其中一個實施例中，所述第一驅動器為第一驅動電機。

本發明提供的重載機器人，承載機構能有效的將電池箱直接進行承載和搬運，提升機構能驅動承載機構沿機體運動，行走結構沿第一導軌和第二導軌在車輛電池倉和支架電池倉之間運動，在控制器的作用下以實現電池箱在車輛電池倉和支架電池倉之間自動更換。

附圖說明

圖1為機器人位於車輛電池倉和支架電池倉之間的結構示意圖；

圖2為機器人的正視結構示意圖；

圖3為圖2中A處放大結構示意圖；

圖4為圖2的側視結構示意圖；

圖5為貨叉臂的結構示意圖；

圖6為圖5的側視結構示意圖；

圖7為承載結構的立體結構示意圖；

圖8為安裝在車輛電池倉和支架電池倉的電池箱的結構示意圖；

圖9為圖8的正視結構示意圖；

圖10為圖8的左視結構示意圖；

圖11為圖8的右視結構示意圖；

圖12為貨叉臂承載電池箱的局部結構示意圖；

圖13為承載有電池箱的機器人的整體裝配結構示意圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「內」、「外」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

參閱圖1和圖2，一種重載機器人，安裝在第一導軌51和第二導軌52之間，第一導軌51和第二導軌52位於車輛電池倉40和支架電池倉30之間，用於電池箱20在車輛電池倉40和支架電池倉30之間的自動更換，機器人包括行走機構10、承載機構200、提升機構300和控制器400。行走機構10在第一導軌51和第二導軌52之間滑動，行走機構10包括機體110和第一驅動器120，第一驅動器120安裝在機體110上，第一驅動器120可以驅動機體110沿第一導軌51和第二導軌52所限定的路徑滑動，具體的，第一驅動器120為第一驅動電機。承載機構200設置在機體110上，承載機構200包括叉臂組件201和第二驅動器230，第二驅動器230可以驅動叉臂組件201做伸縮運動，從而使叉臂組件201承載電池箱20以便搬運。提升機構300安裝在機體110上，提升機構300用於驅動承載機構200沿機體110上下滑動。控制器400與行走機構10、承載機構200和提升機構300電連接，用於控制行走機構10、承載機構200和提升機構300的運動狀態。

參閱圖1和圖2，機體110包括底梁112、頂梁111和兩根立柱113。底梁112與頂梁111平行設置，兩根立柱113平行設置、並分別與底梁112與頂梁111的端部連接，整個機體110的橫截面呈口字型結構。底梁112與第一導軌51對應，底梁112上設置有行走輪114，行走輪114與第一導軌51滑動配合併與第一驅動器120連接，為提高機體110在第一導軌51和第二導軌52之間的行走精度，底梁112還可以加裝導向輪115。頂梁111與第二導軌52對應，頂梁111上同樣設置有導向輪115，該導向輪115與第二導軌52滑動配合。第一驅動器120通過驅動行走輪114而帶動整個機體110運動，由於導向輪115和行走輪114與第一導軌51、第二導軌52之間存在滾動摩擦，減少了機體110的運動阻力，同時提高機體110行走的響應速度和運動精度。

參閱圖1至圖3，提升機構300包括第三驅動電機310、第一同步鏈輪320、第二同步鏈輪330、傳動鏈340、張緊鏈輪380、提升繩350和滑輪360。第三驅動電機310安裝在立柱113的底部，第一同步鏈輪320安裝在第三驅動電機310的輸出軸上，第二同步鏈輪330安裝在頂梁111上，張緊鏈輪380位於第一同步鏈輪320和第二同步鏈輪330之間，張緊鏈輪380的數量為兩個，兩個張緊鏈輪380相對底梁112的高度不同。傳動鏈340上設置有連接塊370，具體的，連接塊370設置在傳動鏈340的一端上，傳動鏈340的另一端繞經第一同步鏈輪320、第二同步鏈輪330和兩個張緊鏈輪380直至與連接塊370連接。滑輪360安裝在頂梁111上，提升繩350的一端與連接塊370連接，提升繩350的另一端繞經滑輪360並與承載機構200連接。傳動鏈340和提升繩350均與連接塊370連接，傳動鏈340能對提升繩350的運動起到導向作用，保證承載機構200的運動精度，滑輪360用於改變提升繩350的受力方向。

當第三驅動電機310正轉時，傳動鏈340順時針運動，連接塊370上升，從而使提升繩350帶動承載機構200沿機體110向下滑動。當第三驅動電機310反轉時，傳動鏈340逆時針運動，連接塊370下降，從而使提升繩350帶動承載機構200沿機體110向上滑動。

參閱圖2、圖4和圖13，叉臂組件201包括貨叉架210和兩個貨叉臂220。貨叉架210包括連接框211和兩個安裝框212，兩個安裝框212分別安裝在兩根立柱113上、並且在立柱113上處於相同的高度，連接框211的兩端分別與兩個安裝框212的頂端連接，安裝框212上設置有滾輪213，安裝框212通過該滾輪213與立柱113滑動配合，提升繩350的端部固定在安裝框212或連接框211上，提升繩350帶動叉臂組件201沿立柱113上下運動。貨叉臂220安裝在兩個安裝框212的同一位置處，兩貨叉臂220所在的平面與連接框211所在的平面平行(均為水平面)，在裝載過程中，電池箱20放置在兩個貨叉臂220上。

參閱圖5和圖6，貨叉臂220包括固定臂221和伸縮臂222，固定臂221與安裝框212固定連接，固定臂221上設置有齒條2213。伸縮臂222與固定臂221滑動配合，即伸縮臂222可以相對固定臂221在水平面內做前後伸縮運動，當伸縮臂222向前運動時，伸縮臂222伸長；當伸縮臂222向後運動時，伸縮臂222收縮。第二驅動器230包括第二驅動電機231和齒輪232，第二驅動電機231固定安裝在伸縮臂222的端部，齒輪232與第二驅動電機231的輸出軸連接，齒輪232與固定臂221上的齒條2213形成嚙合關係。當第二驅動電機231帶動齒輪232運轉時，齒輪232在齒條2213上做前後滾動，從而帶動伸縮臂222相對固定臂221做前後伸縮運動。當然，伸縮臂222也可以由氣缸驅動，通過氣缸的活塞杆帶動伸縮臂222做前後伸縮運動。

參閱圖5和圖6，具體的，固定臂221包括固定板2211和第一安裝板2212，第一安裝板2212與固定板2211垂直連接，即固定板2211位於豎向平面內、第一安裝板2212位於橫向平面內，第一安裝板2212與固定臂221連接形成一個L型或T字型結構，齒條2213設置在第一安裝板2212上。

參閱圖5和圖6，伸縮臂222包括活動板2221和第二安裝板2222，第二安裝板2222與活動板2221垂直連接並與第一安裝板2212相對應，即活動板2221位於豎向平面內、第二安裝板2222位於橫向平面內，第二安裝板2222與活動臂連接形成一個L型或T字型結構。伸縮臂222的形狀與固定臂221的形狀基本相同。

參閱圖5和圖6，固定板2211上設置有第一滑軌2214，第一滑軌2214沿固定板2211的長度方向延伸，活動板2221上設置有第一滑塊2229，第一滑塊2229與第一滑軌2214之間形成滑動配合的關係。同樣的，活動板2221上設置有第二滑軌2225，第二滑軌2225與第一滑軌2214平行，當伸縮臂222與固定臂221滑動配合時，第一滑軌2214與第二滑軌2225之間沿機體110的高度方向保持一定的間距，兩者相互之間不處於同一直線上(即相互錯開)，固定板2211上設置有第二滑塊2215，該第二滑塊2215與活動板2221上的第二滑軌2225滑動配合。

參閱圖5至圖7，根據實際情況的需要，第一滑軌2214和第二滑軌2225的數量可以為多條，例如均為兩條，只要確保多條第一滑軌2214和第二滑軌2225沿機體110的高度方向間隔排列即可。在本實施例中，第一滑軌2214和第二滑軌2225的數量均為一條。由於設置了交錯排列的第一滑軌2214和第二滑軌2225，保證伸縮臂222與固定臂221之間形成一種可靠的咬合關係，增強了伸縮臂222的承載能力，在電池箱20重量較重的情況下，伸縮臂222不會產生晃動或搖擺，確保伸縮臂222相對固定臂221運行平穩，伸縮臂222能將電池箱20精確的運送至與車輛電池倉40或支架電池倉30對應的位置。

進一步的，在本實施例中，第二安裝板2222上設置有滑板2223，滑板2223可以沿第二安裝板2222的長度方向滑動，即滑板2223可以相對伸縮臂222滑動。伸縮臂222上還設置有動力組件，動力組件為滑板2223相對伸縮臂222的運動提供驅動力。

參閱圖5至圖7，具體的，動力組件包括主動鏈輪2226，從動鏈輪2227和鏈條2228。主動鏈輪2226安裝在第二驅動電機231的輸出軸上，即主動鏈輪2226與上述的齒輪232同軸設置，從動鏈輪2227設置在伸縮臂222上與主動鏈輪2226相對的一端。鏈條2228的一端與滑板2223的前端連接，鏈條2228的另一端繞經從動鏈輪2227、主動鏈輪2226並與滑板2223的後端連接。當第二驅動電機231通過主動鏈輪2226帶動鏈條2228運動時，鏈條2228將牽引滑板2223沿第二安裝板2222前後滑動，從而相對伸縮臂222做伸縮運動。當然，可以理解，當滑板2223向前滑動時，滑板2223的前端不超出從動鏈輪2227的位置。

參閱圖5，圖12和圖13，當電池箱20裝載在貨叉臂220上時，電池箱20與滑板2223直接接觸。當伸縮臂222相對固定臂221伸出一定距離時，在伸縮臂222停止運動的情況下，僅需驅動滑板2223相對伸縮臂222滑動，從而改變電池箱20相對固定臂221的距離(即電池箱20跟隨伸縮臂222向前伸出的長度)，因此，滑板2223可以對電池箱20相對固定臂221的伸出長度進行二次微調。當貨叉臂220承載電池箱20放入車輛電池倉40或支架電池倉30時，在伸縮臂222和滑板2223運動的共同作用下，使得電池箱20能被準確的運載至指定的位置，實現電池箱20與車輛電池倉40或支架電池倉30之間良好的機械和電氣連接，提高電池箱20的安裝效率和精確度。

進一步的，滑板2223上還設置有定位柱2224，定位柱2224包括圓柱形段和圓臺形段。圓柱形段固定在滑板2223上，圓臺形段與圓柱形段一體連接，事實上，圓臺形段為圓柱形段上端所設置的倒角，方便整個定位柱2224與電池箱20的配合。電池箱20放置在貨叉臂220上時上，由於定位柱2224的限位作用，電池箱20不會相對滑板2223產生滑移，確保貨叉臂220對電池箱20承載的穩固性。當然，滑板2223上也可以設置電磁鐵或真空吸裝置以實現電池箱20的定位。

參閱圖8和圖12，一種重載電池箱20，通過機器人上的貨叉臂220實現其在車輛電池倉40和支架電池倉30之間的轉移，電池箱20包括箱體510、第一安裝件520、第二安裝件530、支撐件540和電連接器550。第一安裝件520和第二安裝件530凸出箱體510相對的兩側、並用於搭載在車輛電池倉40和支架電池倉30上，以實現電池箱20的安裝(即電池箱20與車輛電池倉40和支架電池倉30之間的機械連接)。同樣地，支撐件540凸出箱體510相對的兩側、並用於搭載在機器人上的伸縮臂222上，即支撐件540與滑板2223直接接觸。電連接器550安裝在箱體510上，電池箱20通過電連接器550與車輛電池倉40和支架電池倉30之間實現電連接。

參閱圖8，具體的，在本實施例中，箱體510為長方體狀，當然也可以為正方體狀。箱體510包括頂板511，底板512和兩側板513，兩側板513平行的連接在頂板511和底板512之間，第一安裝件520、第二安裝件530和支撐件540均設置在該兩塊側板513上。

參閱圖8，第一安裝件520設置在其中一側板513上，第一安裝件520包括兩第一安裝塊521，兩第一安裝塊521關於該側板513長邊上的中心線對稱；第二安裝件530設置在另一側板513上，第二安裝件530包括兩第二安裝塊531，兩第二安裝塊531關於該側板513長邊上的中心線對稱。支撐件540為四個支撐塊，四個支撐塊分別安裝在第一安裝塊521和第二安裝塊531上。

參閱圖8至圖12，第一安裝塊521和第二安裝塊531上均設置有安裝面5211，安裝面5211垂直電池箱20的側板513，即安裝面5211為橫向平面。電池箱20安裝完畢後，該安裝面5211直接與車輛電池倉40和支架電池倉30接觸(即安裝面5211壓載在車輛電池倉40和支架電池倉30上)。支撐塊固定在安裝面5211靠近側板513的一端上，支撐塊上設置有支撐面541，支撐面541與安裝面5211平行，機器人運載電池箱20時，該支撐面541直接與機器人上的滑板2223接觸(即支撐面541壓載在滑板2223上)，該支撐面541到電池箱20底板的距離小於安裝面5211到電池箱20底板的距離，即支撐面541與安裝面5211在豎直方向有高度差，兩者之間存在一定的梯度，有利於機器人對電池箱20的搬運、電池箱20在車輛電池倉40和支架電池倉30上的安裝。當然，支撐面541與安裝面5211也可以重合，兩者之間不存在梯度。

第一安裝塊521上設置有安裝槽5212，安裝槽5212沿垂直於側板513的方向延伸，車輛電池倉40或支架電池倉30上設置有U形安裝柱31，U形安裝柱31與該安裝槽5212配合、以對安裝後的電池箱20進行定位，

第二安裝塊531上設置有安裝孔5312，該安裝孔5312沿垂直於安裝面5211的方向延伸，即安裝孔5312為豎直孔，車輛電池倉40或支架電池倉30上設置有圓柱形安裝柱32，圓柱形安裝柱32與該安裝孔5312配合，同樣用於對安裝後的電池箱20進行定位。安裝孔5312的開口處設置倒角，有利於圓柱形安裝柱32與安裝孔5312順利配合。

參閱圖8至圖12，當電池箱20安裝在車輛電池倉40或支架電池倉30上時，安裝孔5312可以限制電池箱20的移動，而安裝槽5212限制電池箱20的轉動。特別值得一提的是，考慮到電池箱20尺寸的加工誤差，當圓柱形安裝柱32與第二安裝塊531上的安裝孔5312形成有效配合時，由於第一安裝塊521上設置有安裝槽5212，該安裝槽5212同樣能與U形安裝柱31形成有效配合，避免因幹涉而導致無法安裝的現象發生。進一步的，安裝槽5212和安裝孔5312的深度均大於支撐面541到安裝面5211之間的距離，確保電池箱20安裝的穩定性。

參閱圖8至圖12，進一步的，其中一側板513上還設置有第一加強塊560，第一加強塊560位於兩第一安裝塊521之間連線的中點處；另一側板513上還設置有第二加強塊570，第二加強塊570位於兩第二安裝塊531之間連線的中點處。

第一加強塊560和第二加強塊570上均設置有第一臺階面572和第二臺階面573，第一臺階面572垂直於側板513，電池箱20安裝後，第一臺階面572直接壓載在車輛電池倉40和支架電池倉30上，第二臺階面573與第一臺階面572平行，電池箱20搬運時，第二臺階面573直接壓載在伸縮臂222的滑板2223上。第一臺階面572到底板512的距離等於安裝面5211到底板512的距離，第二臺階面573到底板512的距離等於支撐面541到底板512的距離，無論電池箱20處於搬運或安裝狀態，第一安裝塊521、第二安裝塊531、第一加強塊560和第二加強塊570均能同時受力。由於設置第一加強塊560和第二加強塊570，能使機器人上的伸縮臂222受力更加均衡，電池箱20的重力不只集中在與支撐塊接觸的位置處。同樣的，車輛電池倉40或支架電池倉30受力均衡，電池箱20的重力不只集中在與第一安裝塊521、第二安裝塊531接觸的位置處。

第一加強塊560的第一臺階面572上設置有導向槽561，該導向槽561與設置在車輛電池倉40和支架電池倉30上的U形安裝柱31配合，第二加強塊570的第一臺階面572上設置有導向孔571，該導向孔571與設置在車輛電池倉40和支架電池倉30上的圓柱形安裝柱32配合。這樣，進一步提高了安裝後電池箱20的穩定性，不會因車輛振動而產生滑移。

第一加強塊560和第二加強塊570的第二臺階面573上均設置有定位孔574，該定位孔574與滑板2223上的定位柱2224配合，能對搬運中的電池箱20起到限位作用，在本實施例中，每一滑板2223上的定位柱2224數量為一個，因此，第二臺階面573上的定位孔574的數量對應為一個。

由於在箱體510的相對兩側上設置有第一安裝件520、第二安裝件530和支撐件540，電池箱20通過第一安裝件520和第二安裝件530搭載在車輛電池倉40上，電池箱20的重力通過第一安裝件520和第二安裝件530傳遞至車輛電池倉40，機器人的伸縮臂222可以伸入電池倉中並與支撐件540接觸，從而通過支撐件540直接對電池箱20起到承載和搬運作用，消除了尺寸和位置條件的制約，使伸縮臂222直接帶動電池箱20順利的出入支架電池倉30和車輛電池倉40，電池箱20更換方便。

當需通過機器人將車輛電池倉40中的乏電電池箱20轉移到支架電池倉30進行再次充電時，伸縮臂222水平伸出並進入車輛電池倉40中，提升繩350帶動叉臂組件201沿立柱113向上運動，直至使U形安裝柱31、圓柱形安裝柱32均與第一安裝塊521、第二安裝塊531、第一加強塊560和第二加強塊570脫離，使得電池箱20與車輛電池倉40脫離，然後，伸縮臂222收縮。行走機構10帶動機器人沿第一導軌51和第二導軌52運動至與支架電池倉30對應的位置處，伸縮臂222水平伸出，承載電池箱20進入支架電池倉30中，然後，提升繩350帶動叉臂組件201沿立柱113向下運動，使U形安裝柱31、圓柱形安裝柱32均與第一安裝塊521、第二安裝塊531、第一加強塊560和第二加強塊570配合，最後，伸縮臂222再次收縮。

當需通過機器人將支架電池倉30中的滿電電池箱20轉移至車輛電池倉40中時，伸縮臂222水平伸出並進入支架電池倉30中，提升繩350帶動叉臂組件201沿立柱113向上運動，伸縮臂222帶動電池箱20脫離支架電池倉30，伸縮臂222收縮，行走機構10帶動機器人沿第一導軌51和第二導軌52運動至與車輛電池倉40對應的位置處，伸縮臂222水平伸出，承載電池箱20進入車輛電池倉40中，然後，提升繩350帶動叉臂組件201沿立柱113向下運動，最終實現電池箱20與車輛電池倉40的配合，最後，伸縮臂222再次收縮。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。