CN106627512A - 一种电动汽车全自动换电机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车更换电池领域，涉及一种电动汽车全自动换电机器人。本发明换电机器人包括可移动的底盘，底盘上安装主机体，主机体内安装换电治具；主机体包括主框架和提升装置；主框架底端固定于底盘上，主框架顶端安装提升装置；提升装置与换电治具相连；换电治具包括治具提升架、治具本体、货叉和推拉机构；治具提升架与提升装置相连；治具本体通过一个方位旋转机构与治具提升架相连；货叉通过一个俯仰机构与治具本体相连；推拉机构安装于货叉上，推拉机构上设置有电池解锁机构。本发明通过多个轴的动作联动，实现电动汽车两侧电池的快速全自动更换，相比传统半自动更换或单轴逐个运动换电效率大大提高，换电成功率高。

Description

一种电动汽车全自动换电机器人

技术领域

本发明属于电动汽车更换电池领域，涉及一种电动汽车全自动换电机器人。

背景技术

环境污染和石油资源不足是目前汽车行业发展的瓶颈。在此背景下，新能源纯电动汽车应运而生。所谓纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电池驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。虽然纯电动汽车使用的是清洁能源，但由于目前电池技术的局限性，使得纯电动汽车的续航能力有限，因此，需要纯电动汽车及时地充电或换电池。

对于充电方式，主要有快速充电和充电桩两种。快速充电技术可以在短时间内充满电池电量，但严重损害了电池的寿命；而对于充电桩技术，由于电动汽车及电池标准不统一，需要设计专车充电桩，严重降低了充电桩的使用效率。

对于换电方式，即建立一个包括充电架、充电机等设备的换电站，将电动汽车用完的电池取出并放入充电架进行充电，同时将已充满电的电池放入电动汽车内，满足电动汽车的续航要求。

目前，电动汽车为了使续航能力能达到300公里之上，通常电池的重量要大于300公斤。由于电池重量过大，对电池的取放以及方位姿态的调整都十分困难，现有的换电方式通常效率低下，而且准确性较差。一旦电池的方位姿态调整出现问题，便很容易卡住，损坏电池和车体，严重的还会引起电池爆炸起火等危险事故。

发明内容

为了解决现有的换电技术存在的效率低、准确性差的技术问题，本发明提供一种电动汽车全自动换电机器人。

本发明的技术解决方案是：一种电动汽车全自动换电机器人，其特殊之处在于：包括可移动的底盘，底盘上安装主机体，主机体内安装换电治具；

上述主机体包括主框架和提升装置；所述主框架底端固定于底盘上，主框架顶端安装提升装置；所述提升装置与换电治具相连；

上述换电治具包括治具提升架、治具本体、货叉和推拉机构；所述治具提升架与提升装置相连；所述治具本体通过一个方位旋转机构与治具提升架相连；所述货叉通过一个俯仰机构与治具本体相连；所述推拉机构安装于货叉上，推拉机构上设置有电池解锁机构。

上述提升装置包括两个平行设置的传动轴A和传动轴B；传动轴A通过一个减速机与提升电机相连；传动轴A上安装有驱动链轮，传动轴B上安装有从动链轮，所述驱动链轮通过一根驱动链条与从动链轮相连；两个传动轴均通过轴承座固定于主框架上；传动轴的两端各设置一个提升链轮，每个提升链轮均通过提升链条与治具提升架相连。

上述方位旋转机构包括旋转驱动电机、旋转驱动齿轮和回转齿轮；所述回转齿轮包括可同轴转动的外圈和内圈；回转齿轮的外圈与治具本体固定连接，回转齿轮的内圈与治具提升架固定连接；所述旋转驱动电机通过减速机与旋转驱动齿轮相连，旋转驱动齿轮与回转齿轮的外圈咬合；所述旋转驱动电机安装于治具提升架上。

上述货叉包括货叉固定板和可伸缩的货叉活动板；货叉活动板的底面沿货叉伸缩方向设置有一根伸缩从动齿条，货叉固定板上设置有一个与所述伸缩从动齿条的位置相对应的通孔；所述伸缩驱动齿轮穿过通孔后与伸缩从动齿条咬合；所述伸缩驱动齿轮通过一个减速机与伸缩驱动电机相连；所述伸缩驱动电机安装于货叉固定板上。

上述货叉固定板的底面在货叉伸缩方向上设置有两个轴承座，所述轴承座与治具本体上的两个轴承相连；所述俯仰机构包括俯仰驱动电机、俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿条；所述俯仰从动齿条在货叉固定板的边缘处与货叉固定板垂直设置；所述俯仰驱动齿轮与俯仰从动齿条咬合；所述俯仰驱动齿轮通过一个减速机与俯仰驱动电机相连；所述俯仰驱动电机安装于治具本体上。

上述推拉机构包括推拉板、推拉驱动电机、推拉驱动齿轮和推拉固定齿条；所述推拉板与货叉伸缩方向垂直，推拉板底部安装有滑块，所述滑块与货叉活动板顶面的滑轨相适配；所述推拉固定齿条在货叉活动板的顶面与滑轨平行设置；所述推拉驱动齿轮与推拉固定齿条咬合；所述推拉驱动齿轮通过一个减速机与推拉驱动电机相连；所述推拉驱动电机安装于推拉板上。

上述解锁机构包括解锁驱动电机和解锁头；所述解锁头穿过推拉板后再通过一个减速机与解锁驱动电机相连；所述解锁驱动电机安装于推拉板上；所述解锁头为三爪结构。

上述底盘包括底盘驱动电机、两个同轴设置的驱动轮和两个同轴设置的行走轮；所述底盘驱动电机通过减速机的输出端连接两个联轴器，每个联轴器各通过一个传动轴连接一个驱动轮；所述驱动轮位于底盘一端，所述行走轮位于底盘的另一端与驱动轮相对设置。

还包括安装在主机体上的暂存架；所述暂存架包括多个分层设置的大电池架、小电池架和尺寸可调的兼容架。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过多个轴的动作联动，实现电动汽车两侧电池的快速全自动更换，相比传统半自动更换或单轴逐个运动换电效率大大提高，换电成功率高。

(2)本发明通过提升装置、方位旋转机构、俯仰机构以及推拉机构的配合工作，实现了多个方向上的运动自由度，可以高效准确的匹配电池的位置和姿态。

(3)本发明通过设置暂存架可以暂时存放需要更换或者更换后的电池，避免了换电机器人在待换电车辆与充电架之间的频繁移动，进一步提高了换电效率。

附图说明

图1为本发明电动汽车全自动换电机器人的较佳实施例结构示意图。

图2为本发明的底盘驱动部分较佳实施例结构示意图。

图3为本发明的换电治具较佳实施例结构示意图。

图4为本发明的提升装置较佳实施例结构示意图。

图5为本发明的方位旋转机构较佳实施例结构示意图。

图6为本发明的货叉较佳实施例结构示意图。

图7为本发明的货叉活动板收回状态示意图。

图8为本发明的货叉活动板伸出状态示意图。

图9为本发明的俯仰机构较佳实施例结构示意图。

图10为本发明的推拉机构较佳实施例结构示意图。

图11为本发明的解锁机构较佳实施例结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供的电动汽车全自动换电机器人结构主要包括可移动的底盘100，用于完成换电机器人的位移行走动作。底盘上安装主机体200，主机体内安装换电治具400，用于完成电池的取放动作。

主机体200包括主框架210和提升装置211；主框架底端固定于底盘上，主框架顶端安装提升装置；主框架是整个换电机器人的结构本体，可以用矩形钢、槽钢、钢板焊接而成。提升装置211与换电治具400相连，用于完成换电机器人上下方向的动作；较佳的，主框架210内还可以设置一个暂存架300，用于暂时存放需要更换或者更换后的电池，避免了换电机器人在待换电车辆与充电架之间的频繁移动，提高换电效率。暂存架可以包括多个分层设置的大电池架、小电池架和尺寸可调的兼容架。

进一步的，底盘100包括底盘驱动电机110、两个同轴设置的驱动轮160和两个同轴设置的行走轮170。驱动轮位于底盘一端，行走轮位于底盘的另一端与驱动轮相对设置，二者一起支撑整个换电机器人并沿轨道180行走。

参见图2，底盘驱动电机110通过减速机120的输出端连接两个联轴器130，每个联轴器各通过一个传动轴140连接一个驱动轮160；底盘驱动电机110为整个换电机器人的横向移动提驱动力；减速机120用于降低转速提高扭矩；联轴器130用于连接减速机输出端和传动轴140；轴承座150用于固定驱动轮160；传动轴140带动驱动轮160行走。

参见图3，本发明提供一种换电治具的较佳实施例，其结构主要包括治具提升架410、治具本体420、货叉430和推拉机构440。治具提升架410与提升装置211相连，控制整个换电治具在竖直方向上的提升和下降。治具本体420通过一个方位旋转机构470与治具提升架410相连，方位旋转机构470用于控制治具本体420在水平方向上做旋转动作。货叉430通过一个俯仰机构460与治具本体420相连，俯仰机构460用于控制货叉430相对于治具本体420在一定角度范围内做倾斜俯仰动作。推拉机构440安装于货叉430上，在取电池时推拉机构440向内运动将电池从待换电车辆、电池暂存架或者电池充电架上拉出到货叉430上，在放电池时推拉机构440向外运动将电池移出货叉430。推拉机构440上设置有电池解锁机构450，用于完成电池的锁定和解锁。

参见图4，本发明提供一种提升装置的较佳实施例，其结构包括两个平行设置的传动轴240，传动轴A通过一个减速机230与提升电机220相连。传动轴A上安装有驱动链轮250，传动轴B上安装有从动链轮270，驱动链轮250通过一根驱动链条与从动链轮270相连；两个传动轴均通过轴承座260固定于主框架上；传动轴240的两端各设置一个提升链轮280，每个提升链轮280均通过提升链条290与治具提升架410相连。提升电机220通过减速机230带动传动轴240转动，提升链轮280带动提升链条290上下运动，驱动链轮250带动从动链轮270运动从而带动对称布置在另一侧的两个提升链轮280同时转动，实现4根提升链条290同步的上下运动，4根提升链条连接着治具提升架的四个角，从而完成换电治具在竖直方向上的提升和下降动作。进一步的，在治具提升架的四个角上还可以分别设置一个或多个导向轮，供提升链条290穿过(图2所示为每个角上各设置两个导向轮的治具提升架示例)。

参见图5，本发明提供一种方位旋转机构的较佳实施例，其结构包括旋转驱动电机471、旋转驱动齿轮473和回转齿轮474。回转齿轮474包括可同轴转动的外圈和内圈，回转齿轮474的外圈与治具本体固定连接，回转齿轮474的内圈与治具提升架固定连接。旋转驱动电机471通过减速机472与旋转驱动齿轮473相连，旋转驱动齿轮473与回转齿轮474的外圈咬合。旋转驱动电机471安装于治具提升架上。旋转驱动电机471通过减速机472带动旋转驱动齿轮473转动，旋转驱动齿轮473带动回转齿轮474的外圈转动，从而使整个治具本体在水平方向上完成旋转动作。

参见图6，本发明提供一种货叉的较佳实施例，其结构包括货叉固定板436和可伸缩的货叉活动板435。货叉活动板的底面沿货叉伸缩方向设置有一根伸缩从动齿条434，货叉固定板上设置有一个与伸缩从动齿条的位置相对应的通孔，伸缩驱动齿轮433穿过通孔后与伸缩从动齿条434咬合。伸缩驱动齿轮433通过一个减速机432与伸缩驱动电机431相连，伸缩驱动电机431安装于货叉固定板436上。伸缩驱动电机431通过减速机432和伸缩驱动齿轮433带动伸缩从动齿条434运动，从而完成货叉活动板435的前后伸缩动作。图7和图8分别给出了货叉活动板的伸出状态和收回状态示例。

参见图9，本发明提供一种俯仰机构的较佳实施例。在本实施例中，货叉固定板的底面在货叉伸缩方向上设置有两个轴承座465，轴承座465与治具本体上的两个轴承相连。俯仰机构460的结构包括俯仰驱动电机461、俯仰驱动齿轮463和俯仰从动齿条464。俯仰从动齿条464在货叉固定板的边缘处与货叉固定板垂直设置，俯仰驱动齿轮463与俯仰从动齿条464咬合。俯仰驱动齿轮463通过一个减速机462与俯仰驱动电机461相连，俯仰驱动电机461安装于治具本体上。俯仰驱动电机461通过减速机462带动俯仰驱动齿轮463旋转，使俯仰从动齿条464上下运动，从而驱使整个货叉沿轴承座轴向旋转，实现俯仰动作。该俯仰机构可以实现取放电池过程中货叉在水平方向上的修正，使货叉和电池相对水平，便于电池取放。

参见图10，本发明提供一种推拉机构的较佳实施例，其结构包括推拉板447、推拉驱动电机441、推拉驱动齿轮443和推拉固定齿条444；推拉板447与货叉伸缩方向垂直，推拉板底部安装有滑块446，滑块446与货叉活动板顶面的滑轨445相适配。推拉固定齿条444在货叉活动板的顶面与滑轨445平行设置，推拉驱动齿轮443与推拉固定齿条444咬合。推拉驱动齿轮443通过一个减速机442与推拉驱动电机441相连，推拉驱动电机441安装于推拉板447上。推拉驱动电机441通过减速机442驱动推拉驱动齿轮443将驱动力传给推拉固定齿条444，反作用力驱使推拉板447在货叉上沿滑轨445前进或后退，从而实现电池取放过程中的推入或拉出汽车电池仓、暂存架或充电仓。

参见图11，本发明提供一种解锁机构的较佳实施例，其结构包括解锁驱动电机451和解锁头453。解锁头453穿过推拉板后再通过一个减速机452与解锁驱动电机451相连，解锁驱动电机451安装于推拉板上，解锁头453为三爪结构。解锁驱动电机451通过减速机452带动解锁头453旋转，从而实现电池取放过程中的锁止和解锁动作。

在本发明中，换电机器人沿轨道方向(车辆行走方向)的行走轴称为X轴、治具本体在垂直方向的升降方向称为Z轴、货叉板在货叉底板上的伸出或收回方向称为Y轴、推拉板沿固定在货叉板上的滑轨的运动方向称为T轴、解锁头沿着自身的轴心旋转称为S轴、治具本体沿着回转支撑的轴心旋转方向称为B轴(方位轴)、治具本体沿着轴承座的旋转称为C轴(俯仰轴)。

本发明提供的换电机器人具体工作方式如下：

电动汽车停靠在指定的位置，可用减速带或其他设备限制车辆前轮或后轮的位置来对车辆前后方向进行粗定位。

换电机器人沿轨道行走到预设的第一块电池的初始视觉牌照位置，视觉系测量出电池的准确坐标后反馈给换电机器人，机器人的X轴、Z轴、B轴、C轴、Y轴行走到准确的电池坐标。

机器人的S轴旋转至解锁状态，T轴伸出到准确的电池坐标，S轴旋转至锁止状态，解锁头与电池互相锁止，T轴回收将电池从汽车上电池仓中拉出，最终将电池拉到货叉板上。

电池从车上取出后Y轴收回到原点，此时治具本体可以载着电池进行X、Y、Z、B、C、T、S轴动作，从而实现将缺电电池暂存入暂存架，从暂存架取预先存好的满电电池放入汽车，最终将暂存架上暂存的满电电池全部换入汽车，然后将暂存架上的缺电电池全部放入充电机进行充电。亦或直接将从汽车上取出的缺电电池放入充电机充电，从充电机其他舱位取满电电池放入汽车，也可以实现换电过程。

Claims (9)

1.一种电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：包括可移动的底盘，底盘上安装主机体，主机体内安装换电治具；

所述主机体包括主框架和提升装置；所述主框架底端固定于底盘上，主框架顶端安装提升装置；所述提升装置与换电治具相连；

所述换电治具包括治具提升架、治具本体、货叉和推拉机构；所述治具提升架与提升装置相连；所述治具本体通过一个方位旋转机构与治具提升架相连；所述货叉通过一个俯仰机构与治具本体相连；所述推拉机构安装于货叉上，推拉机构上设置有电池解锁机构。

2.根据权利要求1所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述提升装置包括两个平行设置的传动轴A和传动轴B；传动轴A通过一个减速机与提升电机相连；传动轴A上安装有驱动链轮，传动轴B上安装有从动链轮，所述驱动链轮通过一根驱动链条与从动链轮相连；两个传动轴均通过轴承座固定于主框架上；传动轴的两端各设置一个提升链轮，每个提升链轮均通过提升链条与治具提升架相连。

3.根据权利要求2所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述方位旋转机构包括旋转驱动电机、旋转驱动齿轮和回转齿轮；所述回转齿轮包括可同轴转动的外圈和内圈；回转齿轮的外圈与治具本体固定连接，回转齿轮的内圈与治具提升架固定连接；所述旋转驱动电机通过减速机与旋转驱动齿轮相连，旋转驱动齿轮与回转齿轮的外圈咬合；所述旋转驱动电机安装于治具提升架上。

4.根据权利要求3所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述货叉包括货叉固定板和可伸缩的货叉活动板；货叉活动板的底面沿货叉伸缩方向设置有一根伸缩从动齿条，货叉固定板上设置有一个与所述伸缩从动齿条的位置相对应的通孔；所述伸缩驱动齿轮穿过通孔后与伸缩从动齿条咬合；所述伸缩驱动齿轮通过一个减速机与伸缩驱动电机相连；所述伸缩驱动电机安装于货叉固定板上。

5.根据权利要求4所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述货叉固定板的底面在货叉伸缩方向上设置有两个轴承座，所述轴承座与治具本体上的两个轴承相连；所述俯仰机构包括俯仰驱动电机、俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿条；所述俯仰从动齿条在货叉固定板的边缘处与货叉固定板垂直设置；所述俯仰驱动齿轮与俯仰从动齿条咬合；所述俯仰驱动齿轮通过一个减速机与俯仰驱动电机相连；所述俯仰驱动电机安装于治具本体上。

6.根据权利要求5所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述推拉机构包括推拉板、推拉驱动电机、推拉驱动齿轮和推拉固定齿条；所述推拉板与货叉伸缩方向垂直，推拉板底部安装有滑块，所述滑块与货叉活动板顶面的滑轨相适配；所述推拉固定齿条在货叉活动板的顶面与滑轨平行设置；所述推拉驱动齿轮与推拉固定齿条咬合；所述推拉驱动齿轮通过一个减速机与推拉驱动电机相连；所述推拉驱动电机安装于推拉板上。

7.根据权利要求6所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述解锁机构包括解锁驱动电机和解锁头；所述解锁头穿过推拉板后再通过一个减速机与解锁驱动电机相连；所述解锁驱动电机安装于推拉板上；所述解锁头为三爪结构。

8.根据权利要求7所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：所述底盘包括底盘驱动电机、两个同轴设置的驱动轮和两个同轴设置的行走轮；所述底盘驱动电机通过减速机的输出端连接两个联轴器，每个联轴器各通过一个传动轴连接一个驱动轮；所述驱动轮位于底盘一端，所述行走轮位于底盘的另一端与驱动轮相对设置。

9.根据权利要求1-8中任一所述的电动汽车全自动换电机器人，其特征在于：还包括安装在主机体上的暂存架；所述暂存架包括多个分层设置的大电池架、小电池架和尺寸可调的兼容架。