CN102941842A - 一种利用机器人的自动更换电池系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种利用机器人的自动更换电池系统，包括，车位换电装置、转运机构、充电位码垛装置，以及系统控制单元，所述车位换电装置，用于在电动车与转运机构之间进行电池的搬运；所述转运机构，用于放置已充电电池待充电电池；所述充电位码垛装置，用于在充电仓架与转运机构之间进行电池的搬运；所述系统控制单元控制所述车位换电装置、所述转运机构和所述充电位码垛装置的工作。一种利用机器人的自动更换电池的方法，该方法包括以下步骤：码垛装置在转运机构与充电仓架之间搬运电池；车位换电装置在电动车与转运机构之间搬运电池。本发明的自动更换电池系统及其方法，实现电动车电池的更换过程的全自动操作，提高电池的更换效率。

Description

一种利用机器人的自动更换电池系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种电池更换系统及其方法，尤其涉及一种电动车的自动电池更换系统及其方法。

背景技术

随着人类环境的变化，对节能减排的要求越来越高，绿色能源的开发成了动力发展的主题。电动车辆作为清洁、低碳型绿色车辆，其能源问题受到世界各国的极大关注。电动车辆使用电动机作为原动机，从单一的车载能源上获得电力，以驱动电动车辆在道路上行驶，属于没有排放的车辆，具有噪声小、舒适干净、易于操纵和维护的特点。

电池是电动车辆最为核心的技术之一，然而，现有技术中的电池面临电池续航能力不足的问题，充电后的行驶距离为300km之内，难以满足消费者的要求，只有再次充电或者更换电池后，电动车辆才能继续得以行驶。因此，电池的换电方式将直接影响电动车辆使用的方便性。

现有技术中，通常采用半自动和人工方式的结合进行电动车的电池更换，虽然人工参与加大了电池更换的灵活性，但是增加了人力成本，降低了电池更换的效率，而且需要大量的电池投资，且占地面积大，不能满足对多种不同型号的电池及电动车辆进行更换电池的需要。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机器人自动电池更换系统及其方法，实现电动车电池的更换过程的全自动操作，提高电池的更换效率。

为了实现上述目的，本发明的机器人自动电池更换系统，包括，车位换电装置、转运机构、充电位码垛装置，以及系统控制单元，其中，所述车位换电装置，用于在电动车与转运机构之间进行电池的搬运；所述转运机构，用于放置已充电电池或待充电电池；所述充电位码垛装置，用于在充电仓架与转运机构之间进行电池的搬运；所述系统控制单元控制所述车位换电装置、所述转运机构和所述充电位码垛装置的工作。

其中，所述换电系统，还包括用于采集电动车识别信息的车辆识别单元，以及监控系统工作状态的状态显示单元。

其中，所述车辆识别单元采用摄像机对车牌进行识别的方式或RFID电子标签识别的方式。

其中，所述车位换电装置，进一步包括，车体定位机构、行走机构、机器人、机器人臂，以及抓取装置，所述车体定位机构，用于对电动车的停放位置进行定位；所述抓取装置连接在所述机器人上，用于抓取和安装电动车电池；所述机器人置于所述行走机构上，并与所述行走机构滑动连接。

其中，所述行走机构，进一步包括，机器人伺服电机、减速机、齿轮、齿条、行走底座、行走滑轨，以及机器人基座；所述机器人伺服电机与所述减速机固定安装，并通过所述齿轮与所述齿条连接，所述齿条安装在所述行走底座上；所述机器人基座与所述行走滑轨采用滑动连接，所述机器人伺服电机与所述减速机位于所述机器人基座上。

其中，所述转运机构，由多个电池转运台排列而成，每个所述电池转运台，包括传动机构和转运底座；传动机构，进一步包括转运电机、转运减速机、传送轴；所述转运电机与所述转运减速机固定，置于所述转运底座的下层；所述传送轴置于所述转运底座的上层，并通过链条传动或皮带传动的方式与所述转运减速机连接。

其中，所述充电位码垛装置包括码垛装置和充电仓架；所述码垛装置滑动方向与充电仓架平行布置在同一个平面上；所述码垛装置包括输送机构和电池仓，所述输送机构和电池仓连接。

为了完成上述目的，本发明的机器人自动电池更换方法，该方法包括以下步骤：

码垛装置在转运机构与充电仓架之间搬运电池；车位换电装置在电动车与转运机构之间搬运电池。

其中，所述码垛装置在转运机构与充电仓架之间搬运电池的步骤，进一步包括以下步骤:车辆识别单元对进入的电动车进行识别；码垛装置根据电池的类别从相应的充电仓架的充电仓中取出已充电池并转运到转运机构的电池转运台上；码垛装置将旧电池从转运机构的电池转运台转运到相应的充电仓架的充电仓。

其中，所述车位换电装置在电动车与转运机构之间搬运电池的步骤，进一步包括以下步骤：等待电动车的定位完成， 机器人利用抓取装置将待充电电池从电动车的电池仓中取出，并输送到电池转运台上；机器人将电池转运台上的已充电电池安装到电动车的电池仓中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的机器人自动电池更换系统结构示意图；

图2为根据本发明的机器人自动电池更换系统的行走机构示意图；

图3为根据本发明的机器人自动电池更换系统的转运机构侧示图；

图4为根据本发明的机器人自动电池更换方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的机器人自动电池更换系统结构示意图，如图1所示，本发明的机器人自动电池更换系统，包括，车体定位机构102、行走机构103、机器人104、抓取装置105、系统控制单元106、转运机构107、电池转运台108、码垛装置109、充电仓架110、车辆识别单元111，以及状态显示单元112。

车体定位机构102，其与系统控制单元106连接，用于对电动车101的停放位置进行定位，并将电动车101的车体定位信息发送给系统控制单元106。车体定位机构102为汽车检测、保养，以及维修行业中常用设备，其包括定位框架、定位销、升降驱动装置,在定位框架上还设有检测电动车101是否停放到位的检测装置。 

抓取装置105安装在机器人104上，机器人104置于行走机构103的上平面，机器人具有6个自由度，可以沿行走机构103的长度方向滑行。

转运机构107，其由多个电池转运台108依次排列而成，用于分别放置充好电的新电池（已充电电池）和换下的待充电的旧电池（待充电电池）。

码垛装置109，其与转运机构107平行排列，并在同一水平面上布置。本发明的码垛装置109，具有三轴输送机构和双向电池仓，为现有的机器人码垛机，其滑动方向与充电仓架110平行并在一个平面布置，三轴输送机构和双向电池仓连接。

充电仓架110，其与码垛装置109平行，并在同一水平面上布置；充电仓架110包括多个充电仓，可以为多个电池同时充电。

系统控制单元106，分别连接车体定位机构102、机器人104、电池转运台108、码垛装置109、车辆识别单元111，以及状态显示单元112，用于接收车体定位机构102发送的车体定位信息、车辆识别单元111发送的车辆识别信息，控制机器人104、电池转运台108、码垛装置109的工作，将控制机器人104、电池转运台108、码垛装置109的工作状态信息发送给状态显示单元112。

车辆识别单元111，用于采集电动车的识别信息，并将车辆识别信息发送给系统控制单元106。本发明中，车辆识别单元111可以采用车牌识别摄像机采集电动车的牌照号码作为车辆识别信息，也可以采用RFID射频读取电动车上的电子标签信息作为车辆识别信息。

状态显示单元112，其与系统控制单元106连接，接收系统控制单元106发送的工作状态信息，并进行显示报警。例如，通过红、绿、黄三种颜色的指示灯进行指示，其中，绿色表示正在运行；黄色表示暂停；红色表示有错误报警。在有错误报警的情况下，操作人员可以查看不同的错误代码指示灯的状态，以便可以直观、快捷的查看该设备的工作运行状态。

图2为根据本发明的机器人自动电池更换系统的行走机构示意图，如图2所示，本发明的行走机构，包括，机器人伺服电机201、减速机202、齿轮203、齿条204、行走底座205、行走滑轨206，以及机器人基座207，机器人伺服电机201与减速机202固定连接，减速机202安装在机器人基座207上；齿轮203安装在减速机202上，并与齿条204啮合；齿条204与行走底座205固定连接；行走滑轨206与机器人基座207采用滑动连接。

图3为根据本发明的机器人自动电池更换系统的转运机构侧示图，如图3所示，本发明的转运机构107由多个电池转运台108排列而成。每个电池转运台108，包括传动机构和转运底座305，其中，

传动机构还包括转运电机301、转运减速机302、链条303、传送轴304。转运底座305具有上、下两层，转运电机301与转运减速机302固定在转运底座305的下层，转运减速机302与转运底座305上层的传送轴304通过链条303传动连接。本发明中，转运减速机302与转运底座305上层的传送轴和传送带304之间也可以采用皮带的传动方式。

图4为根据本发明的机器人自动电池更换方法流程图，下面将参考图4，对本发明的机器人自动电池更换方法进行详细描述：

首先，在步骤401，车辆识别单元111对进入的电动车进行识别，并将车辆识别信息发送给系统控制单元106；系统控制单元106根据接收的车辆识别信息进行车辆所用电池的类别查询，并将转运控制命令发送给码垛装置109；码垛装置109接收到转运控制命令后，根据系统控制单元106查询到的电池类别，将充好电的新电池从充电仓架110的充电仓中取出，并转运到电池转运台108上；

在步骤402，车体定位机构102检测到车体定位完成后，向系统控制单元106发送定位完成信息进行信号提示，启动更换电池操作；机器人104接到系统控制单元106发送的更换电池命令后，利用抓取装置将电池从电动车的电池仓中取出，并输送到电池转运台108上；

在步骤403，机器人104将电池转运台108上的充好电的新电池安装到电动车的电池仓中；重复步骤402和403，直至所有电池更换完毕；

在步骤404，码垛装置109将放置在电池转运台108上的所有换下待充电的旧电池放回充电仓架相应的充电仓中，将换电完成信息发送给系统控制单元106进行声光提示。

本发明的电池更换系统的具体工作过程如下：电动车进入换电站并停放到指定的位置，同时，码垛装置从充电仓架中查询到该电动车所用的电池对应的充电仓，并将该电池取出后放置到指定的电池转运台上；机器人的抓取装置从电动车的电池仓中取出待充电电池将其输送到电池转运台上，然后，将已充电电池从电池转运台上安装到电动车的电池仓中，同时，码垛装置将待充电电池从电池转运台上取出并输送到相应的电池仓架的充电仓，完成电动车的换电操作。

本发明的电池更换系统及其方法，通过机器人实现电动车上的电池的柔性更换，车位换电装置将电池在电动车和转运机构之间进行转移，同时码垛装置将电池在转运机构和充电仓架之间进行转移, 而且，码垛装置和机器人采用双手交叉作业，大大提高了电池更换效率，具有结构简单、效率高的特点。

采用一个或多个本发明的电池更换系统构成的电动车换电站，可以同时为一个或多个电动车更换电池，从而提高了电池的更换效率。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种利用机器人的自动更换电池系统，包括，车位换电装置、转运机构、充电位码垛装置，以及系统控制单元，其特征在于，

所述车位换电装置，用于在电动车与转运机构之间进行电池的搬运；

所述转运机构，用于放置已充电电池待充电电池；

所述充电位码垛装置，用于在充电仓架与转运机构之间进行电池的搬运；

所述系统控制单元控制所述车位换电装置、所述转运机构和所述充电位码垛装置的工作。

2.根据权利要求1 所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述换电系统，还包括用于采集电动车识别信息的车辆识别单元，以及监控系统工作状态的状态显示单元。

3.根据权利要求2 所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述车辆识别单元采用摄像机对车牌进行识别的方式或RFID电子标签识别的方式。

4.根据权利要求1 所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述车位换电装置，进一步包括，车体定位机构、行走机构、机器人、机器人臂，以及抓取装置，其中，

所述车体定位机构，用于对电动车的停放位置进行定位；

所述抓取装置连接在所述机器人上，用于抓取和安装电动车电池；

所述机器人置于所述行走机构上，并与所述行走机构滑动连接。

5.根据权利要求4所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述行走机构，进一步包括，机器人伺服电机、减速机、齿轮、齿条、行走底座、行走滑轨，以及机器人基座；

所述机器人伺服电机与所述减速机固定安装，并通过所述齿轮与所述齿条连接，所述齿条安装在所述行走底座上；

所述机器人基座与所述行走滑轨采用滑动连接，所述机器人伺服电机与所述减速机位于所述机器人基座上。

6.根据权利要求1所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述转运机构，由多个电池转运台排列而成，其中，每个所述电池转运台，包括传动机构和转运底座，其中，

传动机构，进一步包括转运电机、转运减速机、传送轴；

所述转运电机与所述转运减速机固定，置于所述转运底座的下层；

所述传送轴置于所述转运底座的上层，并通过链条传动或皮带传动的方式与所述转运减速机连接。

7.根据权利要求1所述的利用机器人的自动更换电池系统，其特征在于，所述充电位码垛装置包括码垛装置和充电仓架；所述码垛装置滑动方向与充电仓架平行布置在同一个平面上；所述码垛装置包括输送机构和电池仓，所述输送机构和电池仓连接。

8.一种利用机器人的自动更换电池的方法，该方法包括以下步骤：码垛装置在转运机构与充电仓架之间搬运电池；车位换电装置在电动车与转运机构之间搬运电池。

9.根据权利要求8所述的利用机器人的自动更换电池的方法，其特征在于，所述码垛装置在转运机构与充电仓架之间搬运电池的步骤，进一步包括以下步骤:

车辆识别单元对进入的电动车进行识别；

码垛装置根据电池的类别从相应的充电仓架的充电仓中取出已充电池并转运到转运机构的电池转运台上；

码垛装置将旧电池从转运机构的电池转运台转运到相应的充电仓架的充电仓。

10.根据权利要求8所述的利用机器人的自动更换电池的方法，其特征在于，所述车位换电装置在电动车与转运机构之间搬运电池的步骤，进一步包括以下步骤：

等待电动车的定位完成， 机器人利用抓取装置将待充电电池从电动车的电池仓中取出，并输送到电池转运台上；

机器人将电池转运台上的已充电电池安装到电动车的电池仓中。

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