CN102765373B - 一种车载电池拆装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车载电池的拆装机器人，其包括：机器人本体，其位于轨道上并沿轨道在第一方向移动，其中，第一方向为电动车的车身的长度方向；垂直升降机构，其设置在机器人本体上，并且能够沿第二方向进行上升和下降，其中，所述第二方向为竖直方向；机械手臂，其设置在垂直升降机构上；暂存车，用于存放更换下来的无电电池和用于更换的有电电池，其中，所述机械手臂能够沿第三方向移动，从而接近/远离电动车，或接近/远离暂存车。

Description

一种车载电池拆装机器人

技术领域

本发明涉及一种用于安装和拆卸车载动力电池的车载电池拆装机器人。

背景技术

随着石油价格的逐年攀升以及环境污染问题的日趋严重，作为燃油型汽车的替代，人们研制出了天然气汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和电动汽车等，而其中最具有应用前景的是电动汽车。

专利号为200410090796.0、名为“一种电动公交系统”的专利披露了一种以车载动力电池为动力源的电动汽车。该电动公交系统包括：装配有卡式电池组的电动公交车、给卡式电池组充电的充电站、卡式电池组装卸装置等；通过装卸装置将使用完毕的卡式电池组从电动公交上取下，并放置在充电站充电，同时将充电站充好电的卡式电池组放到电动公交车上。

然而，该系统的装卸装置存在如下几个问题：1、拆装电池时电池容易左右移动，从而给装卸带来很大麻烦，尤其是要将电池放置到充电站进行充电或是将电池送入到车体内时，很难将电池顺畅地就位；2、通过拨叉式电池组拨出/拨入装置装卸电池，一方面容易损坏电池，另一方面不容易操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车载动力电池更换系统，能够非常快捷顺畅地装卸电池。

为了解决上述问题，本发明提供了一种车载动力电池更换系统包括：平行移动的机器人本体﹑垂直升降机构﹑机械手臂﹑轨道，机器人本体位于轨道上，并可沿轨道移动；垂直升降机构安装在机器人本体上，机械手臂设置在垂直升降机构上。

本发明具有以下优点：

1、由于本发明吸取电池装置可以双向伸缩，而且可伸出距离较长，这样使电动车驾驶员比较容易驶入充换电区域，节省了充换电时间。而且本发明定位准确，充换电池过程中极大程度保护了电池。延长了电池的使用寿命。

2、本发明的重点是将货叉与电池吸取机构相结合，这样保证在电池在转移的过程中不必旋转，即节省了空间又提高了换电的工作效率，大大减少了整个换电流程的周期。

3、所述车载电池拆装机器人设置有防侧翻装置，使其具有防倾覆功能。

4、所述车载电池拆装机器人相对于被吸取电池的随动效果好，定位准确。如果随动效果差会导致电池吸取定位不准导致无法解锁取放电池。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图1A为机器人本体部分的机构简图；

图1B为垂直升降机构的结构示意图；

图2为机械手在XY平面内换电状态示意图；

图3为机械手在YZ平面换电状态示意图；

图4,图5为机械手换电池流程示意图；

图6A,6B,6C为货叉的运动分解示意图；

图7为机械手臂的结构示意图；

图8为吸头结构示意图；

图9为管式电磁铁的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明包括:平行移动的机器人本体1、垂直升降机构2、机械手臂3、轨道4，机器人本体1位于轨道4上，并可沿轨道4移动，垂直升降机构2设置在机器人本体1上，机械手臂3设置在垂直升降机构2上。

本发明以下简称机械手。

首先概括介绍机械手更换电池的动作流程：

如图2、3、4所示，示出了机械手从电动车的电池位50上取出无电电池，并将无电电池放入无电电池暂存位的过程;如图2、3、5所示，示出了机械手将有电电池暂存位上充好电的电池放置在电动车的电池位50上的过程。其中有电电池暂存位和无电电池暂存位布置在暂存车6上面。此为机械手在更换电池过程中所要完成的动作。

现以电池位50的充换电为例来阐述更换电池过程的详细步骤。

机器人本体1的结构

如图2所示，在电动客车车体上有例如3个电池位50，电动车驶入换电区域后，电动车的电池位50在X方向上存在两个电池位，两个电池位之间存在一定的距离，这就要求机械手在X方向上能够做水平移动，以保证在更换完X方向上的一个电池位上的电池后，能够顺利切换到下一个电池位进行继续的更换工作。而可沿轨道4平行移动的机器人本体1用来完成X方向的移动。如图1A所示,机器人本体1的车体13上布置有伺服马达减速机9，伺服马达减速机9上产生动力通过传动链条10传递到主传动轴11上，主传动轴11上安装有轨道轮8，轨道轮8在伺服马达减速机9的带动下沿着轨道4移动。同时从动轴12上同样安装有轨道轮8，在主动轴11的带动下，同时会沿轨道4移动，这样机器人本体1即可完成在X方向上的移动定位。

另外如图1、1A所示，当机械手臂3伸出机器人本体1的车体13之后，机械手的重心发生偏移可能导致机械手的倾覆。为避免机械手的倾覆，在机器人本体1上的主动轴11,从动轴12上布置了防侧翻装置14，当机械手的重心偏移时，防侧翻装置14会卡住轨道轮8。这样就避免了机械手的倾覆。

垂直升降机构

如图2所示，电动车电池位50在Y方向也存两个电池位，这就要求机械手在Y方向上能够做垂直升降运动，以保证在更换完Y方向上的一个电池位上的电池后，能够顺利切换到下一个电池位进行继续更换工作。所以需要机械手在Y方向能够做位移调整，此调整是通过垂直升降机构2来完成的。如图1B所示，垂直升降机构2布置在机器人本体1的车体13内，其中伺服马达减速机15布置在垂直升降机构2上，同时也与机器人本体1上的车体13连接。其中垂直升降机构2上的两台螺旋升降机19布置在机器人本体1的车体13上，滚珠螺杆16安装在螺旋升降机19上。垂直升降机构2由伺服马达减速机15提供动力，通过直联方式把动力传递给螺旋升降机19，两台螺旋升降机19通过串联的方式联接在一起，保证升降平台17两侧同步上升、下降，以保持平衡。升降平台17上布置有滚珠螺母21，用于将滚珠螺杆16上的旋转运动转化为升降平台17的上下运动。线性滑轨20布置在机器人本体1的车体13上，滑块18布置于线性滑轨20上面并可沿滑轨20自由滑动，升降平台17与滑块18连接，这样升降平台17与车体13可滑动地连接，从而使得升降平台17可沿着线性滑轨20产生与机器人本体1上的车体13的相对滑动。运动的过程中，由于滚珠螺杆16不能承受过大的弯矩及侧向力，所以采取滑轨20为线性滑轨组来导向，能够避免滚珠螺杆16上承受过大的侧向力而损坏，有效的保护了螺旋升降机19。

机械手臂

机械手臂3包括货叉7和电池吸取机构55。如图1、2、3、所示，当电动车驶入换电区域后，机械手所在的位置和电动车电池位50存在一定距离，需要机械手准确定位捕捉到电动车电池位50上的电池51。机械手臂3上面安装有在X，Y方向寻址的镜反射感应开关52。当电动车驶入换电区域后，镜反射感应开关52发出信号，同时机械手的控制系统发出命令使机器人本体1上的伺服马达减速机9启动，从而带动机器人本体1在X方向上移动，信号同时发送给垂直升降机构2上的伺服马达减速机15，伺服马达减速机15启动并带动垂直升降机构2沿Y方向移动。在电池位50的前面板53上面安装有反射条54，当镜反射感应开关52发出的信号被反射条54反射回去后，此时镜反射感应开关52将信号依次收集到。并将信号依次传递给机械手控制系统。控制系统会先后将水平移动机器人本体1上的伺服马达减速机9和垂直升降机构2上的伺服马达减速机15紧急叫停并启动刹车。这样机械手臂3就准确的将电池51在X，Y方向对准锁定。

如图3、4、7所示，机械手臂3在Z方向对电池的定位捕捉是通过两部分来完成的，机械手臂3上包括货叉7和电池吸取机构55，电池吸取机构55布置在货叉7上面，机械手臂3在Z方向上的主运动由货叉7来完成，货叉7上安装有接近开关56，当货叉7向电动车方向移动，当靠近到一定距离时，货叉7上的接近开关56感应到电动车后定位停止，此时电池吸取机构55开始向电池51贴近，当电池吸取机构55贴住电池51，将电池51从电动车电池位50上取下，顺利转移至机械手臂3上面，此后机械手将电动车电池位50上的无电电池取出，放入暂存车6上的无电电池暂存位。完成后，机械手再将暂存车6上的有电电池暂存位中的有电电池取出放入电动车电池位50上，完成一个换电流程。

如图6A、6B、6C所示，演示了货叉7在运行过程中的三种状态。图6B所示为货叉7处于原始位置，将该位置定义为原始位置，图6A所示，是货叉在Z方向反向运动所能达到的极限位置，定义为左极限位置。如图6C所示，是货叉在Z方向正向移动所能达到的极限位置，定义为右极限位置。其中，Z方向反向为货叉7接近电动车的方向，Z方向正向为货叉7接近暂存车6的方向。如图6C所示，货叉7的结构分为上层，中层，下层，此时上层货叉相对于原始位置在Z方向正向移动一个极限行程的距离。如图6B所示，当货叉处于原始位置时，上层货叉、中层货叉和下层货叉在Z方向处于重合状态。如图6A所示，此时上层货叉相对于原始位置在Z方向反向移动一个极限行程的距离。

如图3、7所示，货叉7及电池吸取机构55统称为机械手臂3。电池吸取机构55包括底座22，其布置于货叉7的上层，可以随货叉7向左极限位置和右极限位置移动。底座22上布置有自由滚筒25和吸头24，吸头24固定至线性滑轨23上的滑块，而线性滑轨又固定在底座22上，从而使得吸头24可以在底座22上自由滑动，底座22上面布置有传动链条26，用以传递动力。当吸头24碰触电池51后，同时便可以碰触到吸头上面安装的微动开关27，当微动开关27被碰触后，系统便会给盘式电磁铁供电，随即产生磁性，随后吸头24向底座22中心移动直至吸头24将电池51拖入底座22上，货叉7同时从左极限状态向右极限状态方向运动，当机械手臂3将电池51移至暂存车6上的无电电池暂存位后，机械手臂3在垂直升降机构2的带动下继续向下移动一定距离，直至机械手臂3可以在无阻碍的情况下从暂存车6的下方抽回时如图位置70所示，垂直升降机构2停止下降，此时货叉7向原始位置移动，移动到原始位置后，等待系统指令更换下一块电池。从暂存车6取有电电池至电动车的电池位50的流程与从电动车电池位50取无电电池至暂存车6暂存位的流程相反。

如图8所示，吸头24还包括滑动座支架30，马达固定板33安装在滑动座支架30上，伺服马达减速机34安装在马达固定板33上，并且可以在滑动座支架30上做上下调整，用于调节同步皮带31的张紧度。同步带31把伺服马达减速机34上产生的转动传递到主传动链轮35上，主传动链轮35将转动传递到如图7所示的传动链条26上，由于传动链条26是固定在底座22上面是固定的，而吸头24是相对底座22是可以自由滑动的，因此在伺服马达减速机34的带动下，吸头24便在底座22上沿线性滑轨23移动。盘式电磁铁28安装在滑动座支架30上，当通电以后会立即产生磁性，将电池51吸住。随即便可跟随吸头24沿线性滑轨方向移动。管式电磁铁29同样安装在滑动支架30上面，当盘式电磁铁28通电吸住电池51以后，因为电池51是锁固在电动车电池位50上面的，电池51还不能从电动车电池位50上被吸头24取下，因此需要进行解锁动作，而解锁动作是利用管式电磁铁29实现的。

如图9所示，管式电磁铁29，由管式电磁铁本体36和撞针37组成。撞针37是可以在管式电磁铁本体36上自由伸缩的，而管式电磁铁撞针2种状态，第一种状态是常态，在弹簧力的作用下撞针37处于缩回的状态。第二种状态为解锁状态，此时管式电磁铁29上的撞针37处于伸出状态。当撞针处于第二种状态时，便会触发电池51上安装的锁紧装置，从而解锁。

本发明重点是将双向的货叉7与机械手臂3相结合，这样保证在电池在转移的过程中不必旋转，即节省了空间又提高了换电的工作效率，大大减少了整个换电流程的周期。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于车载电池的拆装机器人，其包括：

机器人本体，其位于轨道上并沿轨道在第一方向移动，其中，第一方向为电动车的车身的长度方向；

垂直升降机构，其设置在机器人本体上，并且能够沿第二方向进行上升和下降，其中，所述第二方向为竖直方向；

机械手臂，其设置在垂直升降机构上；

暂存车，用于存放更换下来的无电电池和用于更换的有电电池，

其中，所述机械手臂能够沿第三方向移动，从而接近/远离电动车，或接近/远离暂存车，以及

所述机械手臂包括货叉，所述货叉上安装有接近开关，用于感应电动车而停止定位。

2.如权利要求1所述的拆装机器人，其特征在于：所述机械手臂包括电池吸取机构，所述电池吸取机构设置在货叉上并随货叉沿第三方向移动。

3.如权利要求2所述的拆装机器人，其特征在于：所述货叉具有原始位置、在负方向具有第一极限位置和在正方向具有第二极限位置，其中，所述负方向为沿第三方向接近电动车的方向，所述正方向为沿第三方向接近暂存车的方向。

4.如权利要求3所述的拆装机器人，其特征在于：所述货叉的结构分为上层、中层和下层，当货叉位于所述原始位置时，所述上层、中层和下层处于重合状态；当货叉位于第一极限位置时，上层相对于原始位置在负方向移动一个第一极限行程的距离；当货叉位于第二极限位置时，上层货叉相对于原始位置在正向移动一个第二极限行程的距离。

5.如权利要求2所述的拆装机器人，其特征在于：所述电池吸取机构包括吸头，用于将电动车中的电池拖入所述电池吸取机构中。

6.如权利要求5所述的拆装机器人，其特征在于：所述吸头包括盘式电磁铁和管式电磁铁，所述盘式电磁铁用于吸住电池，所述管式电磁铁用于进行对电池相对于电动车的电池位中的解锁动作。

7.如权利要求6所述的拆装机器人，其特征在于：所述管式电磁铁包括管式电磁铁本体和撞针，并且所述撞针可在管式电磁铁本体上自由伸缩，其具有缩回的第一种状态和伸出的解锁状态。

8.如权利要求1所述的拆装机器人，其特征在于：所述机械手臂上安装有镜反射感应开关，用于与电动车的电池位上的反射条相配合进行定位。

9.如权利要求1所述的拆装机器人，其特征在于：从暂存车取有电电池至电动车的电池位的流程与从电动车的电池位取无电电池至暂存车的暂存位的流程相反。

10.如权利要求1所述的拆装机器人，其特征在于：机器人本体上布置有防侧翻装置。