專利名稱：快速換電池機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，尤其是一種電動(dòng)汽車更換電池時(shí)使用的快速換電池 機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著世界各國對節(jié)能降耗的重視，清潔、環(huán)保的電動(dòng)汽車獲得了普遍的關(guān)注，成為 汽車工業(yè)發(fā)展的方向。目前，電動(dòng)汽車電機(jī)、控制器以及整車技術(shù)的研制已經(jīng)有所突破，阻 礙電動(dòng)汽車發(fā)展的主要障礙是電池充電效率低和速度慢。要解決電動(dòng)汽車發(fā)展的主要問題，就需要重點(diǎn)發(fā)展電動(dòng)汽車的快速充換電技術(shù)。 隨著充電設(shè)施建設(shè)的不斷深入，國家電網(wǎng)公司計(jì)劃全面開展電池?fù)Q電站的建設(shè)，并將電池 換電站列入充電設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)。根據(jù)《國家電網(wǎng)智能化規(guī)劃總報(bào)告》，到2015年，全國將 建設(shè)近4000座充電池更換站，初步估計(jì)其中近50%為電池?fù)Q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，主要采用人工更換電池方式。由于電池箱重量較 大，工作人員需要借助專用的機(jī)械手臂進(jìn)行電池的更換，這樣就存在著電池箱插件連接不 準(zhǔn)確，電池更換效率低下，電池箱磨損嚴(yán)重，耗費(fèi)大量重復(fù)性人力勞動(dòng)等缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為解決電動(dòng)汽車充電時(shí)間長、效率低下的缺點(diǎn)，提供一種 快速換電池機(jī)器人，它可按照固定的軌道，快速準(zhǔn)確的到達(dá)待充電電動(dòng)汽車的正下方，通過 垂直升降裝置中折疊臂的伸縮實(shí)現(xiàn)電池箱插件的準(zhǔn)確連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池的快速、無損更 換。機(jī)器人技術(shù)在換電站中的使用，大大節(jié)省了操作時(shí)間，降低了操作強(qiáng)度，提高了更換精 度和效率。整個(gè)過程能夠滿足電動(dòng)轎車換電時(shí)間3. 5分鐘，商業(yè)車換電時(shí)間2分鐘以內(nèi)的 設(shè)計(jì)要求，符合國家和國家電網(wǎng)公司關(guān)于電動(dòng)汽車快速充換電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為國家和社會(huì) 帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案；一種快速換電池機(jī)器人，它包括主要移動(dòng)設(shè)備、升降裝置和控制裝置；其中，移動(dòng) 設(shè)備設(shè)置在導(dǎo)軌上并沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，移動(dòng)設(shè)備的底座上固定有180°轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺，所述 升降裝置位于旋轉(zhuǎn)平臺上，升降裝置頂部為電池托盤，控制裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺上。所述移動(dòng)設(shè)備包括底座，底座設(shè)有傳感器和四個(gè)與導(dǎo)軌相配合的軌輪，移動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)被固定在底座上；旋轉(zhuǎn)平臺通過滾動(dòng)軸承與底座銜接，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制裝置連接。所述旋轉(zhuǎn)平臺下部設(shè)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制裝置連接。所述升降裝置包括一個(gè)折疊臂，折疊臂與升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(nèi)設(shè)有主控系統(tǒng)、基 于DSP水平位置和垂直高度定位的檢測控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊以及嵌入式系統(tǒng)控制 模塊。[0011]所述移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)。所述電池托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(dǎo)軌上移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)平臺位于底座的上部，可以 完成180°的整體轉(zhuǎn)動(dòng)，升降裝置固定在旋轉(zhuǎn)平臺上，通過折疊臂的升降將電池箱平穩(wěn)的提 升到特定位置。電池箱通常采用長方體的結(jié)構(gòu)，被放置在金屬安裝框內(nèi)，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托盤上，并且在提升過 程中始終保持端面水平狀態(tài)，方便了電池插件的準(zhǔn)確連接。電池箱中插件與車體插件連接 后，控制部分控制車體上的鎖環(huán)鎖緊安裝框上的鎖體，將電池箱的位置進(jìn)一步固定。移動(dòng)設(shè)備包括軌輪、底座、移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳感器，底座下軌輪被設(shè)置在固定導(dǎo)軌 上，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制整體機(jī)器人按照指定的路徑進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)到待充電的電 動(dòng)汽車正下方時(shí)，傳感器感應(yīng)到“對位”信號，送給控制裝置，控制裝置則控制移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，使機(jī)器人停止移動(dòng)。升降裝置的折疊臂在升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，快速準(zhǔn)確的到達(dá)預(yù)定高度位置。在 此過程中，電池托盤一直保持水平，可以有效預(yù)防電池箱的滑動(dòng)，完成電池插件與車體插件 的連接，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。控制裝置包括主控系統(tǒng)、基于DSP水平位置和垂直高度定位檢測控制模塊、數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換控制模塊以及嵌入式系統(tǒng)控制模塊，控制部分通過與各組成模塊對應(yīng)接口的連接和 CAN或485通信，接收和分析機(jī)器人的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，從而控制其他模塊完成相應(yīng)動(dòng)作。定位檢測控制模塊包含攝像頭和傳感器等先進(jìn)設(shè)備，通過圖像實(shí)時(shí)采集和傳感器 感應(yīng)共同完成路況監(jiān)測和三維定位任務(wù)，攝像頭被安裝在控制盒上端，根據(jù)前方路況的成 像信息，實(shí)時(shí)反饋給控制部分；移動(dòng)設(shè)備上的傳感器感應(yīng)到車體正下方的信號后，實(shí)現(xiàn)更換 裝置的準(zhǔn)確對位。嵌入式系統(tǒng)控制模塊選用國內(nèi)外控制上廣泛應(yīng)用的板卡式，即“PC+運(yùn)動(dòng)控制器” 的控制方式，用嵌入式系統(tǒng)和DSP數(shù)字控制器控制方式來實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制功 能。主控系統(tǒng)與定位檢測控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊、嵌入式系統(tǒng)控制模塊之間通 過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。本實(shí)用新型的有益效果是1.快速更換裝置采用智能化控制，對機(jī)器人不同部分加以控制。通過內(nèi)部模塊通 信進(jìn)行機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的采集和分析，控制其他模塊的相應(yīng)動(dòng)作，極大提高了系統(tǒng)的 準(zhǔn)確性和高效性。2.提升裝置采用折疊臂的形式，在升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制下，折疊臂上升或下降過程 中始終保持電池托盤端面水平，同時(shí)，吸附裝置將電池箱進(jìn)一步固定，有效阻止電池箱的滑 動(dòng)。3.電池箱插件與汽車插件實(shí)現(xiàn)“連接”，電池箱內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)(BMS)能夠?qū)?電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)及時(shí)反饋給用戶。4.采用鎖環(huán)鎖緊鎖體的設(shè)計(jì)方法，避免電池在更換前后的位置偏移，可以提高電 池供電的穩(wěn)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，有利于 延長電池的使用壽命。
圖1為快速換電池機(jī)器人的結(jié)構(gòu)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(dǎo)軌位置結(jié)構(gòu)圖。其中，1、導(dǎo)軌；2、軌輪；3、旋轉(zhuǎn)平臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4、底座；5、滾動(dòng)軸承；6、旋轉(zhuǎn)平臺； 7、控制盒；8、升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)；9、折疊臂；10、電池托盤；11、安裝框；12、電池；13、鎖體；14、 電池插件；15、鎖環(huán)；16、車體插件；17、車體；18、電池臨時(shí)放置臺；19、拱形軌道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。圖1示出了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的快速換電池機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。軌輪2被固定在指定的導(dǎo)軌1上移動(dòng)，底座4下部設(shè)有四個(gè)軌輪2，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 被固定在底座4上面，旋轉(zhuǎn)平臺6則通過滾動(dòng)軸承5與底座4實(shí)現(xiàn)銜接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和 控制盒7位于旋轉(zhuǎn)平臺6上，驅(qū)動(dòng)該平臺可完成半圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，控制盒7上部安裝有采集圖像 信息的攝像頭，升降裝置固定于旋轉(zhuǎn)平臺6上，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)8控制折疊臂9延伸到特定位 置，在此過程中，折疊臂9上部的電池托盤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(shí)現(xiàn)有效連接，控制裝置在收到連接完成信號 后，控制車體的鎖環(huán)15鎖緊電池安裝框11的鎖體13，達(dá)到快速固定電池12的目的。移動(dòng) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)平臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)3選用步進(jìn)電機(jī)，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)8選為伺服電機(jī)，控制裝置包 括安裝在控制盒內(nèi)的主控系統(tǒng)、基于DSP水平位置和垂直高度定位檢測控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換控制模塊以及嵌入式系統(tǒng)控制模塊?？刂蒲b置接收和分析機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，控制機(jī) 器人進(jìn)行準(zhǔn)確的操作，完成相應(yīng)插件的連接和電池箱的位置鎖定。當(dāng)快速換電機(jī)器人的底座上的傳感器感應(yīng)到“對位”信號，軌輪2準(zhǔn)確到達(dá)待充電 汽車正下方，折疊臂9托付電池托盤10到達(dá)預(yù)定高度位置，電池插件14與車體插件16實(shí) 現(xiàn)準(zhǔn)確的插件連接，完成電池內(nèi)部的電池管理系統(tǒng)與車體的內(nèi)部通信，達(dá)到相關(guān)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(fā)生使用磨損和位置偏移，不利于電 池12穩(wěn)定的電能供應(yīng)和使用壽命，電池12外面套用合適的安裝框11，當(dāng)電池插件14與車 體插件16完成連接后，控制裝置控制車體內(nèi)的鎖環(huán)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(jī)器人移動(dòng)的導(dǎo)軌1位于拱形軌道19和電池臨時(shí)放置臺18 之間。當(dāng)待充電電動(dòng)汽車行駛到中間鏤空的拱形軌道19的固定位置時(shí)，快速換電池機(jī)器人 啟動(dòng)并沿導(dǎo)軌1進(jìn)入待充電電動(dòng)汽車的正下方，將待充電池12取出。然后快速換電池機(jī)器 人到達(dá)中間也為鏤空的電池臨時(shí)放置臺18正下方，旋轉(zhuǎn)平臺6將所托的待充電池12旋轉(zhuǎn) 90°，將它從電池臨時(shí)放置臺18中間鏤空部穿過，將待充電電池放入到電池臨時(shí)放置臺18 上方。以上所述僅為本實(shí)用新型的的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則 之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種快速換電池機(jī)器人，其特征在于，它包括主要移動(dòng)設(shè)備、升降裝置和控制裝置； 其中，移動(dòng)設(shè)備設(shè)置在導(dǎo)軌上并沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，移動(dòng)設(shè)備的底座上固定有180°轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn) 平臺，所述升降裝置位于旋轉(zhuǎn)平臺上，升降裝置頂部為電池托盤，控制裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺 上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，所述移動(dòng)設(shè)備包括底座，底 座設(shè)有傳感器和四個(gè)與導(dǎo)軌相配合的軌輪，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被固定在底座上；旋轉(zhuǎn)平臺通過 滾動(dòng)軸承與底座銜接，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制裝置連接。
3.如權(quán)利要求1所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)平臺下部設(shè)有旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制裝置連接。
4.如權(quán)利要求1所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，所述升降裝置包括一個(gè)折疊 臂，折疊臂與升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制裝置連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，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(nèi)設(shè)有主控系統(tǒng)、基于DSP水平位置和垂直高 度定位的檢測控制模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊以及嵌入式系統(tǒng)控制模塊。
6.如權(quán)利要求2或3或4所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，所述移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用伺服電機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述的快速換電池機(jī)器人，其特征在于，所述電池托盤上帶有電磁吸 附裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種快速換電池機(jī)器人，它可按照固定的軌道，快速準(zhǔn)確的到達(dá)待充電電動(dòng)汽車的正下方，通過垂直升降裝置中折疊臂的伸縮實(shí)現(xiàn)電池箱插件的準(zhǔn)確連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池的快速、無損更換，大大節(jié)省了操作時(shí)間，降低了操作強(qiáng)度，提高了更換精度和效率。它包括主要移動(dòng)設(shè)備、升降裝置和控制裝置；其中，移動(dòng)設(shè)備設(shè)置在導(dǎo)軌上并沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，移動(dòng)設(shè)備的底座上固定有180°轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺，所述升降裝置位于旋轉(zhuǎn)平臺上，升降裝置頂部為電池托盤，控制裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者張華棟, 李建祥, 王鑫, 韓磊 申請人:山東電力研究院