電動乘用車底盤電池快換機器人的製作方法

2023-05-25 06:54:56

專利名稱：電動乘用車底盤電池快換機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於電動汽車底盤電池組更換的機器人，具體是用於電動汽車電池自動取放的設備。
背景技術：
電動汽車作為一種新型交通工具，具有「零排放」、能量來源廣等優點，是緩解我國石油資源緊張、城市大氣汙染問題嚴重的重要手段，是推進交通發展模式轉變，推進節能減排工作的有效載體。然而，相關電池技術以及充電技術的落後成為了束縛電動汽車產業發展的瓶頸，各國政府和企業下大力度完善電動汽車配套基礎產業。目前，電動汽車能源補給主要有整車充電和機械換電兩大類。整車充電需要的充電時間較長，並且容易對電網側產生諧波汙染，因此，該模式有很大的弊端。與此相比，機械換電操作簡單，能夠在5分鐘內完成乘用車電池組的快速更換，同時，可利用夜間進行電池組的集中充電，實現了電力負荷的 「調峰填谷」，提高了電力設備的綜合利用效率，獲得了研究人員的持續關注。在作者已獲授權的實用新型專利CN200920310360.6中，公開了一種用於電動公交車側面電池組更換的機器人結構，屬於機械換電方式的一種。其整體由底座、執行機構和控制裝置三部分組成，機器人換電的方式為底座下的滾輪按照預期導軌運行，執行機構中的伺服電機驅動旋轉臂運動，進而完成電池組的更換。此過程中小臂要承受大約250千克的重量，因而，小臂的伺服電機需要輸出過大的力矩，造成整體設備的穩定性不高。
發明內容本實用新型針對現有技術的上述缺陷，提供了一種快速、可靠地更換電動乘用車電池組的機器人。本實用新型採用的技術方案為電動乘用車底盤電池快換機器人，由機械單元和控制系統兩個部分組成，所述的機械單元包括四個自由度的運動機構，四個自由度的運動機構為X軸方向實現水平運動的直線導軌、Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構、Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構和R軸方向實現角度偏轉的蝸輪蝸杆結構，四個自由度的運動機構分別連有驅動其運動的伺服電機。所述的Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構上設有電池託盤，Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構與Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構垂直活動連接，Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構與X軸方向實現水平運動的直線導軌垂直活動連接。所述的電池託盤下固定有六個承載支撐的球形腳支。所述控制系統包括與伺服電機相連的電氣系統、設在運動機構上的傳感器模塊、 與傳感器模塊相連的控制模塊。所述電氣系統包括一臺主電控櫃和操作臺，主電控櫃的內部安裝有CPU控制模塊、擴展模塊、電源模塊、供電系統，操作臺安裝有觸控螢幕和各類操控按鈕。所述的CPU控制模塊與觸控螢幕之間通過PR0FIBUS-DP連接通訊。所述傳感器模塊包括多個超聲波傳感器和壓力傳感器。所述控制模塊採用西門子S7-300-315T模塊。機械單元安裝有四個交流伺服電機，接收控制系統命令後，驅動機械單元四個方向的運動。X軸方向水平運動，採用直線導軌定位方式，在傳感器的配合下，交流伺服電機驅動快換機器人到達預定的水平位置。Y軸和Z軸方向伸縮和升降運動，採用齒輪齒條結構， 在交流伺服電機驅動下到達準確的預期位置。R軸方向角度糾偏運動，電池託盤能夠完成士 10°的角度偏轉。電池託盤下固定有六個承載支撐的球形腳支，能夠有效緩解電池託盤的負荷載重。超聲波傳感器，根據聲波信號空間傳輸的時間，得到快換機器人與目標對象的實際距離。控制系統結合兩者的實時距離，驅動伺服電機，完成機械單元四個方向的運動。 壓力傳感器感受到壓力信號，將該信號反饋給控制系統，電池組完成機械解鎖操作，進而實現乘用車電池組的卸下。本實用新型所提供的電動乘用車底盤電池快換機器人的機械單元包含四個自由度，在控制系統控制和交流伺服電機驅動下，確保了快換機器人的精確定位。同時，承載壓力被均衡在系統的不同方向，交流伺服電機無需提供過大扭矩，保證了系統的穩定運行。

圖1為本實用新型實施例中電動乘用車電池組更換總體過程的示意圖(主視圖)。圖2為本實用新型電動乘用車底盤電池快換機器人的主視圖。圖3為本實用新型電動乘用車底盤電池快換機器人的左視圖。圖中1、換電平臺，2、電動乘用車底盤電池快換機器人，3、充電架，4、電動乘用車， 5、直線導軌，6、X軸交流伺服電機，7、電池託盤，8、Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構， 9、Y軸交流伺服電機，10、Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構，11、Z軸交流伺服電機， 12、R軸交流伺服電機。
具體實施方式
下面對本實用新型作示例性說明，不對本實用新型的保護範圍作具體限定，其技術特徵的等同替代方式和/或明顯變形方式應當落在本實用新型的保護範圍之內。電動乘用車底盤電池快換機器人，由機械單元和控制系統兩個部分組成，所述的機械單元包括四個自由度的運動機構，四個自由度的運動機構為X軸方向實現水平運動的直線導軌5、Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構8、Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構10和R軸方向實現角度偏轉的蝸輪蝸杆結構，四個自由度的運動機構分別連有驅動其運動的伺服電機6、9、11、12。所述的Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構8上設有電池託盤7，Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構8與Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構10垂直活動連接，Z 軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構10與X軸方向實現水平運動的直線導軌5垂直活動連接。所述的電池託盤7下固定有六個承載支撐的球形腳支。所述控制系統包括與伺服電機相連的電氣系統、設在運動機構上的傳感器模塊、與傳感器模塊相連的控制模塊。所述電氣系統包括一臺主電控櫃和操作臺，主電控櫃的內部安裝有CPU控制模塊、擴展模塊、電源模塊、供電系統，操作臺安裝有觸控螢幕和各類操控按鈕。所述的CPU控制模塊與觸控螢幕之間通過PR0FIBUS-DP連接通訊。所述傳感器模塊包括多個超聲波傳感器和壓力傳感器。所述控制模塊採用西門子S7-300-315T模塊。X軸交流伺服電機設在X軸和Z軸的連接處，Y軸交流伺服電機和Z軸交流伺服電機均設在Y軸和Z軸的連接處，R軸交流伺服電機設在Y軸上。使用方法參照說明附圖1，本實用新型電動乘用車電池組更換總體流程，主要包括換電平臺 1，底盤電池快換機器人2，充電架3，電動乘用車4。在換電平臺1的定位裝置控制下，電動乘用車4的位置是固定不變的。操作人員通過觸控螢幕的操作按鈕啟動底盤電池快換機器人2，控制系統驅動快換機器人2到達預定的位置，進而完成整個電池組的卸下。然後，快換機器人2將取下的舊電池放入充電架3的固定單元內。整個舊電池的取放過程結束。參照說明附圖2至3，本實用新型電動乘用車底盤電池快換機器人的主視圖和左視圖。當電動乘用車4行駛到換電平臺1上，其固定位置信息被傳遞到底盤電池快換機器人2的控制系統中。操作人員啟動快換機器人2，電動乘用車底盤電池快換過程開始。首先，X軸交流伺服電機6驅動快換機器人2沿著X軸的直線定位導軌5運動到預先的水平位置，隨後，電池託盤7在Y軸交流伺服電機9和R軸交流伺服電機12的驅動下，完成Y方向和R方向的伸縮和角度糾偏運動。此過程中，超聲測距傳感器實時反饋和傳遞電池託盤 7與目標對象的距離，控制系統根據反饋信號，控制電池託盤7完成在Y軸方向8的伸縮和 R方向的角度糾正。當到達準確位置後，Z軸交流伺服電機11驅動電池託盤7上升到電動乘用車4電池組的正下方，電池託盤7上的壓力傳感器將壓力信號傳遞給控制系統，控制系統發出機械鎖解鎖命令，舊的電池組隨電池託盤7共同完成Z軸方向10的下降，Y軸方向8 的縮回，R軸的角度糾偏以及X軸的水平運動，整個電動乘用車4電池組卸下過程結束。電池組放置到充電架3的過程與電動乘用車4電池組卸下的原理相同。無論是卸下還是放置電池組的操作，採用此裝置均只需機械部分四個方向的配合運動即可完成。與先前的電動公交車電池組取放方式相比，操作更加簡單，設備的穩定性更高，運行更加精確。
權利要求1.電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，它由機械單元和控制系統兩個部分組成，所述的機械單元包括四個自由度的運動機構，四個自由度的運動機構為χ軸方向實現水平運動的直線導軌、Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構、Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構和R軸方向實現角度偏轉的蝸輪蝸杆結構，四個自由度的運動機構分別連有驅動其運動的伺服電機。
2.根據權利要求1所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述的Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構上設有電池託盤，Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構與Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構垂直活動連接，Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構與X軸方向實現水平運動的直線導軌垂直活動連接。
3.根據權利要求2所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述的電池託盤下固定有六個承載支撐的球形腳支。
4.根據權利要求1所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述的控制系統包括與伺服電機相連的電氣系統、設在運動機構上的傳感器模塊、與傳感器模塊相連的控制模塊。
5.根據權利要求4所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述的電氣系統包括一臺主電控櫃和操作臺，主電控櫃的內部安裝有CPU控制模塊、擴展模塊、電源模塊、供電系統，操作臺安裝有觸控螢幕和操控按鈕。
6.根據權利要求5所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述的CPU控制模塊與觸控螢幕之間通過PR0FIBUS-DP連接通訊。
7.根據權利要求4所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述傳感器模塊包括多個超聲波傳感器和壓力傳感器。
8.根據權利要求4所述的電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，所述控制模塊採用西門子S7-300-315T模塊。
專利摘要本實用新型涉及電動乘用車底盤電池快換機器人，其特徵是，它由機械單元和控制系統兩個部分組成，所述的機械單元包括四個自由度的運動機構，四個自由度的運動機構為X軸方向實現水平運動的直線導軌、Y軸方向實現伸縮運動的齒輪齒條結構、Z軸方向實現升降運動的齒輪齒條結構和R軸方向實現角度偏轉的蝸輪蝸杆結構，四個自由度的運動機構分別連有驅動其運動的伺服電機。本實用新型所提供的電動乘用車底盤電池快換機器人的機械單元包含四個自由度，在控制系統控制和交流伺服電機驅動下，確保了快換機器人的精確定位。同時，承載壓力被均衡在系統的不同方向，交流伺服電機無需提供過大扭矩，保證了系統的穩定運行。
文檔編號B60S5/06GK202089044SQ20112017201
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者孫玉田, 張華棟, 戚暉, 王鑫, 趙金龍 申請人:山東電力研究院