CN107097762A - 轨道导引型换电机器人、充换电站及换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换电领域，具体涉及一种轨道导引型换电机器人、充换电站及换电方法。本发明旨在解决现有电池更换方案中存在的换电效率低的问题。为此目的，本发明的换电机器人包括本体以及设置于本体的电池转运部和电池装卸部，其中，电池转运部能够使电池到达本体；其中，电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离本体的方式移动，该移动能够使电池接近/远离待换电车辆的目标换电位置；并且在组装好的状态下，电池装卸部以不干涉电池转运部的方式设置。通过电池装卸部以不干涉电池转运部的设置方式，使得换电机器人的操作空间增加，进而可以使换电机器人达到定位精度高，换电顺畅的效果，间接缩短了换电时间，提高了换电效率。

Description

轨道导引型换电机器人、充换电站及换电方法

技术领域

本发明涉及换电领域，具体涉及轨道导引型换电机器人、充换电站及换电方法。

背景技术

随着新能源汽车的普及，如何为能量不足的汽车提供快速有效地能量补给成为车主和各大厂商非常关注的问题。以电动汽车为例，当前主流的电能补给方案之一是电池更换方案。电池更换方案由于可以在很短的时间完成动力电池的更换且对动力电池的使用寿命没有明显的影响，因此是电能补给的主要发展方向之一。在电池更换方案中，在电动汽车底部进行换电是一种主流的换电方式，且换电方式一般是在专门的充换电站内完成。具体而言，充换电站内配置有充换电架和换电平台，以及在充换电架和换电平台的之间的运载满电/亏电电池的换电机器人，如堆垛机/轨道导引车(Rail Guided Vehicle，RGV)。换电机器人通过在充换电架和换电平台之间预先铺设的轨道上往复行驶的方式，完成为停于换电平台上的电动汽车更换动力电池的动作。

但是，上述换电方式普遍存在换电效率低的问题。造成此问题的原因在于：一方面，换电机器人到达电动汽车底部或动力电池在充换电架的取送位置时，由于底部换电方式的操作空间小，对定位精度要求高，导致每次定位时间过长，从而降低了换电效率。另一方面，在一次完整的换电过程中，换电机器人需要在换电平台的和充换电架的固定位置往复行走(如到达换电平台、取走亏电电池并移出换电平台、运载满电电池再次到达换电平台等)，且每次都需要重新定位，因而造成了由于定位次数过多而间接地增加了换电过程所需的时间，从而降低了换电效率。而随着电动汽车保有量的大幅增长，需要同一充换电站在单位时间段内进行换电的电动汽车明显增多。在这种情形下，上述问题的出现，不仅造成为电动汽车换电时车主的等待时间增加，服务体验较差，而且也限制了服务商的服务效率，不利于服务商提供高质量的换电服务。

相应地，本领域需要一种新的轨道导引型换电机器人来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有电池更换方案中存在的换电效率低的问题，本发明提供了一种轨道导引型换电机器人，该换电机器人包括本体以及设置于所述本体的电池转运部和电池装卸部，其中，所述电池转运部能够使电池到达所述换电机器人的设定位置；其中，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动，该移动能够使所述电池接近/远离待换电车辆的目标换电位置；并且在组装好的状态下，所述电池装卸部以不干涉所述电池转运部的方式设置。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述电池装卸部与所述电池转运部能够在所述第一方向上产生相对位移，该相对位移至少能够使所述电池转运部和所述电池装卸部交替接触所述电池。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述电池转运部与所述本体固定连接，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式相对于所述电池转运部移动。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述电池装卸部包括：加解锁机构，所述加解锁机构能够使所述电池锁紧/脱开所述待换电车辆；以及举升机构，所述举升机构能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式使所述电池到达所述目标换电位置。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述举升机构包括：驱动机构：其固定连接于所述本体，并且所述驱动机构能够沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动；举升平台：其固定连接于所述驱动机构，并且所述举升平台具有若干容纳孔，该容纳孔允许所述电池转运部的一部分容纳于其中。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述电池转运部包括若干辊筒组和/或若干滚轮组，并且所述若干辊筒组和/或所述若干滚轮组与所述本体固定连接。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人还配置有限位部，所述限位部能够使所述电池处于所述设定位置。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述限位部包括设置于所述本体和/或所述轨道和/或所述轨道附近的地面上的若干组导向条和若干个限位块，其中，所述若干组导向条能够限制所述电池在第二方向上的移动；其中，所述若干个限位块能够使所述电池沿第三方向处于所述设定位置。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人还包括定位部，所述定位部能够完成所述换电机器人在轨道上的定位以及所述电池在所述换电机器人上的定位。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述定位部包括第一定位单元和第二定位单元，其中，所述第一定位单元能够使所述换电机器人处于所述目标换电位置的投影位置；其中，所述第二定位单元能够使所述电池装卸部处于所述目标换电位置。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述第一定位单元为设置于所述本体的底部的机械定位件和/或定位传感器；所述第二定位单元为设置于所述电池装卸部的若干个定位销。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人还包括控制部，所述控制部至少能够获取所述换电机器人的当前位置信息。

在上述轨道导引型换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人还包括行走部，该行走部设置于所述本体，所述行走部能够带动所述换电机器人在预设的轨道上移动，该移动至少能够使所述换电机器人到达与所述目标换电位置相对应的投影位置，并且在所述换电机器人处于所述投影位置的情形下，所述电池装卸部能够在所述目标换电位置为所述待换电车辆更换所述电池。

本发明还提供了一种充换电站，所述充换电站包括前述任一项所述的轨道导引型换电机器人。

本发明还提供了一种轨道导引型换电机器人的换电方法，所述换电方法包括以下步骤：

使电池装卸部处于目标换电位置；

所述电池装卸部使处于亏电状态的电池脱离待换电车辆；

所述电池装卸部承载处于满电状态的电池再次到达目标换电位置；

所述电池装卸部使处于满电状态的电池固定于所述待换电车辆。

在上述轨道导引型换电机器人的换电方法的优选技术方案中，所述的“使电池装卸部处于目标换电位置”进一步包括：

换电机器人到达所述目标换电位置的投影位置；

定位部使所述电池装卸部以沿第一方向以远离本体的方式处于目标换电位置；

获取所述换电机器人的当前位置信息。

在上述轨道导引型换电机器人的换电方法的优选技术方案中，所述的“所述电池装卸部承载处于满电状态的电池再次到达目标换电位置”进一步包括：

所述换电机器人再次到达所述投影位置；

基于所述当前位置信息，所述电池装卸部以沿第一方向以远离所述本体的方式再次处于所述目标换电位置。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，轨道导引型换电机器人包括本体以及设置于本体的电池转运部和电池装卸部，其中，电池转运部能够使电池到达本体，电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离本体的方式移动，该移动能够使电池接近/远离待换电车辆的目标换电位置。在组装好的状态下，电池装卸部以不干涉电池转运部的方式设置。通过电池装卸部以不干涉电池转运部的设置方式，使得换电机器人的操作空间增加，进而可以使换电机器人达到定位精度高，换电顺畅的效果，间接缩短了换电时间，提高了换电效率。

方案1、一种轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括本体以及设置于所述本体的电池转运部和电池装卸部，

其中，所述电池转运部能够使电池到达所述换电机器人的设定位置；

其中，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动，该移动能够使所述电池接近/远离待换电车辆的目标换电位置；并且

在组装好的状态下，所述电池装卸部以不干涉所述电池转运部的方式设置。

方案2、根据方案1所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池装卸部与所述电池转运部能够在所述第一方向上产生相对位移，该相对位移至少能够使所述电池转运部和所述电池装卸部交替接触所述电池。

方案3、根据方案2所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池转运部与所述本体固定连接，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式相对于所述电池转运部移动。

方案4、根据方案3所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池装卸部包括：

加解锁机构，所述加解锁机构能够使所述电池锁紧/脱开所述待换电车辆；以及

举升机构，所述举升机构能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式使所述电池到达所述目标换电位置。

方案5、根据方案4所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述举升机构包括：

驱动机构：其固定连接于所述本体，并且所述驱动机构能够沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动；

举升平台：其固定连接于所述驱动机构，并且所述举升平台具有若干容纳孔，该容纳孔允许所述电池转运部的一部分容纳于其中。

方案6、根据方案3所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池转运部包括若干辊筒组和/或若干滚轮组，并且所述若干辊筒组和/或所述若干滚轮组与所述本体固定连接。

方案7、根据方案6所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还配置有限位部，所述限位部能够使所述电池处于所述设定位置。

方案8、根据方案7所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述限位部包括设置于所述本体和/或所述轨道和/或所述轨道附近的地面上的若干组导向条和若干个限位块，

其中，所述若干组导向条能够限制所述电池在第二方向上的移动；

其中，所述若干个限位块能够使所述电池沿第三方向处于所述设定位置。

方案9、根据方案7所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括定位部，所述定位部能够完成所述换电机器人在轨道上的定位以及所述电池在所述换电机器人上的定位。

方案10、根据方案9所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述定位部包括第一定位单元和第二定位单元，

其中，所述第一定位单元能够使所述换电机器人处于所述目标换电位置的投影位置；

其中，所述第二定位单元能够使所述电池装卸部处于所述目标换电位置。

方案11、根据方案10所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述第一定位单元为设置于所述本体的底部的机械定位件和/或定位传感器；

所述第二定位单元为设置于所述电池装卸部的若干个定位销。

方案12、根据方案1至11中任一项所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括控制部，所述控制部至少能够获取所述换电机器人的当前位置信息。

方案13、根据方案12所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括行走部，该行走部设置于所述本体，所述行走部能够带动所述换电机器人在预设的轨道上移动，该移动至少能够使所述换电机器人到达与所述目标换电位置相对应的投影位置，并且

在所述换电机器人处于所述投影位置的情形下，所述电池装卸部能够在所述目标换电位置为所述待换电车辆更换所述电池。

方案14、一种充换电站，其特征在于，所述充换电站包括前述方案1至13中任一项所述的轨道导引型换电机器人。

方案15、一种轨道导引型换电机器人的换电方法，其特征在于，所述换电方法包括以下步骤：

使电池装卸部处于目标换电位置；

所述电池装卸部使处于亏电状态的电池脱离待换电车辆；

所述电池装卸部承载处于满电状态的电池再次到达目标换电位置；

所述电池装卸部使处于满电状态的电池固定于所述待换电车辆。

方案16、根据方案15所述的轨道导引型换电机器人的换电方法，其特征在于，所述的“使电池装卸部处于目标换电位置”进一步包括：

换电机器人到达所述目标换电位置的投影位置；

定位部使所述电池装卸部以沿第一方向以远离本体的方式处于目标换电位置；

获取所述换电机器人的当前位置信息。

方案17、根据方案16所述的轨道导引型换电机器人的换电方法，其特征在于，所述的“所述电池装卸部承载处于满电状态的电池再次到达目标换电位置”进一步包括：

所述换电机器人再次到达所述投影位置；

基于所述当前位置信息，所述电池装卸部以沿第一方向以远离所述本体的方式再次处于所述目标换电位置。

附图说明

图1是本发明的轨道导引型换电机器人的结构示意图；

图2是图1的俯视的示意图；

图3A是本发明的轨道导引型换电机器人处于转运状态的示意图；

图3B是本发明的轨道导引型换电机器人处于装卸状态的示意图；

图4是本发明的轨道导引型换电机器人的换电方法的流程示意图。

附图标记列表

10、轨道导引型换电机器人；11、本体；121、主动轮；122、从动轮；131、导向条；132、限位块；141、定位销；151、加解锁机构；152、剪式驱动架；153、举升平台；154容纳孔；161、动力辊筒；162、无动力滚轮；20、动力电池。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然附图中的两个定位销设置在电池装卸部上，但是其数量和设置位置非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。如定位销还可以设置在本体上等。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参照图1和图2，图1是本发明的轨道导引型换电机器人的结构示意图；图2是图1的俯视的示意图。如图1所示，以换电方式为底部换电的电动汽车更换动力电池为例，本发明的轨道导引型换电机器人10(以下简称换电机器人10)主要包括本体11、行走部、限位部、定位部、电池装卸部、电池转运部、控制部以及供电部。其中，行走部可以通过在轨道上的滚动带动换电机器人10移动，该移动至少能够使换电机器人10到达与待换电车辆的目标换电位置相对应的投影位置。限位部能够使电池处于换电机器人10的设定位置。定位部能够完成换电机器人10在轨道上的定位以及电池在换电机器人10上的定位。如使正在移动的换电机器人10精确地停在目标换电位置的投影位置或充换电架的取送位置。电池装卸部能够在换电机器人10处于投影位置的情形下，以沿第一方向以接近/远离本体11的方式，完成为待换电的电动汽车更换动力电池的动作。电池转运部可以在取送位置完成动力电池在换电机器人10和充换电架之间的转运，进而能够使动力电池到达本体11的设定位置。优选地，电池装卸部和电池转运部以互不干涉的方式设置。如电池转运部在空间上与电池装卸部在空间上以部分重合的方式设置，并且该设置方式使动力电池在电池转运部和电池装配部上的运动轨迹虽然有交叉但又不影响动力电池在电池转运部和电池装配部上的单独运动。控制部则可以实现对上述各部分的自动控制，使得整个换电过程定位精准，动作快速顺畅。

需要说明的是，在本优选的实施方式中，目标换电位置可以是为电动汽车更换动力电池的位置，取送位置可以为换电机器人10与充换电架交换动力电池的位置。如目标换电位置可以为电动汽车的动力电池在电动汽车车身的安装位置，并且换电机器人10的电池装卸部能够在该安装位置顺利的完成将处于亏电状态的动力电池从该安装位置卸下或将处于满电状态的动力电池固定在该安装位置的动作。如取送位置可以是与充换电架上带有水平传送机构(如传送带或辊筒)的输送平台紧邻的位置，在换电机器人10到达该位置的情形下，电池转运部能够与该平台衔接并处于同一水平面。在上述情况下，电池转运部可以将处于亏电状态的动力电池转运至输送平台，进而输送平台通过传送机构将处于亏电状态的动力电池输送至充换电架中进行充电；或者充换电架可以通过输送平台将处于满电状态的动力电池输送至电池转运部进而电池转运部使该处于满电状态的动力电池到达换电机器人10的设定位置。其中，设定位置可以是动力电池在换电机器人10上的停放位置，该停放位置使得动力电池停放好后与换电机器人10的相对位置固定。第一方向可以是大致竖直的方向(图1中的Z方向)，电池装配部能够沿大致竖直的方向以上升/下降的方式到达目标换电位置或上述与电池转运部在空间上部分重合的位置。

也就是说，在控制部的控制下，换电机器人10可以在行走部和定位部的配合下，通过在铺设于换电平台下方与充换电架之间的轨道上往复移动的方式，准确地到达目标换电位置的投影位置或充换电架的取送位置，然后通过电池装卸部和电池转运部完成为电动汽车更换动力电池的动作。其中，电池装卸部可以在上述目标换电位置完成从电动汽车上拆卸处于亏电状态的动力电池或安装处于满电状态的动力电池至电动汽车的动作，电池转运部可以在取送位置完成将处于亏电状态的动力电池移动至充换电架，或将处于满电状态的动力电池移动至换电机器人10上的设定位置的动作。可以看出，由于控制部对各部分的控制，以及电池装卸部以不干涉电池转运部的设置方式，使得换电机器人10在整个换电过程中增加了换电空间，进而更容易使换电机器人10达到定位精度高、换电动作顺畅的效果，进而缩短了换电时间，提高了换电效率。

具体而言，如图1和图2所示，轨道导引型换电机器人10主要包括本体11、行走部、限位部、定位部、电池装卸部、电池转运部、控制部以及供电部。其中，供电部能够为换电机器人10的提供电能，如供电部可以通过蓄电池等无供电线的供电方式为换电机器人10提供电能，或通过与电网连接的线缆等有供电线的供电方式为换电机器人10供电。其中，本体11可以是由工字钢焊接而成的外形大致成矩形的结构。采用这种材料设置的优点在于，本体11在工作过程中由于材料的高强度特性基本不会发生形变，可以减小在本体11上设置的其他各部分的工作误差，使换电机器人10的定位和动作更加精准。当然，本体11的材料和形状并不唯一，本领域技术人员可以根据不同的应用环境对其做出灵活调整，只要该调整能够满足本体11在工作时不易产生形变的条件即可。如本体11还可以由钣金件或不锈钢方管、角钢焊接而成等。

继续参照图1和图2，行走部可以是设置在本体11下方的若干个轨道轮，并且该轨道轮与铺设在换电平台下方和充换电架之间的轨道相匹配。优选地，若干个轨道轮可以使用四个主动轮121带四个从动轮122的设置方式，这样的设置方式可以克服由于轨道不平引起的驱动力不足的缺陷，从而提高换电机器人10的行驶稳定性，进而提高换电效率。本领域技术人员能够理解的是，上述轨道轮的设置方式和数量并非唯一，可根据实际应用环境进行调整。

限位部可以完成动力电池与输送平台或电池转运部的定位。具体地，在换电机器人10到达取送位置的情况下，处于亏电状态的动力电池能够在电池转运部的运送下，通过限位部在动力电池前进方向上的限位到达充换电架，以及处于满电状态的动力电池能够在电池转运部的运送下，通过限位部的限位处于换电机器人10上的设定位置。按图1所示方位，优选地，限位部包括一组两个导向条131和两个限位块132，其中，在换电机器人10到达取送位置的情形下，两个导向条131沿第二方向(即图1中的Y方向)分别设置于本体11的左前端和右前端的地面上，其用于动力电池在第二方向的限制，以确保动力电池沿第三方向(即图1中的X方向)移动时不偏离换电机器人10。两个限位块132则沿第三方向设置于本体11的后端，其用于动力电池在换电机器人10上的定位，以确保处于满电状态的动力电池精确地处于设定位置。正是由于导向条131和限位块132的这种设置方式，使得动力电池能够在换电机器人10上定位精准，从而提高了动力电池在换电机器人10上的定位精度。虽然本实施方式中使用导向条131和限位块132作为限位部的具体实施方式，但这并非旨在限制本发明的保护范围，本领域技术人员可以根据具体应用条件对其形式和数量做出调整。如在换电机器人10到达取送位置的情形下，导向条131还可以设置在换电机器人10附近的导轨上，或者直接将导向条131设置于换电机器人10的本体上。类似地，在换电机器人10到达取送位置的情形下，导向块132也可以设置于换电机器人10附近的导轨上或地面上。

定位部主要包括第一定位单元和第二定位单元，其中：

1)第一定位单元可以完成换电机器人10在轨道上的定位，也就是第一定位单元可以使换电机器人10在轨道上处于上述投影位置或上述取送位置，并且在到达投影位置或取送位置后，换电机器人10能够进行下一步定位。优选地，第一定位单元可以是设置于本体11底部的机械定位件(如定位销，图中未示出)和定位传感器(如红外传感器或二维码传感器，图中未示出)双重定位。通过机械定位件和定位传感器的双重定位，使得换电机器人10可以精确地处于目标换电位置的投影位置。

2)第二定位单元可以完成电池装卸部与待换电的电动汽车的定位，也就是第二定位单元可以是电池装卸部处于目标换电位置。在处于该目标换电位置的情形下，电池装卸部可以顺利的从电动汽车的车身上卸下处于亏电状态的动力电池或将处于满电状态的动力电池安装至电动汽车的车身。优选地，第二定位单元可以是设置在电池装卸部上的两个定位销141，相应地，在电动汽车的车身上设置有与该定位销141匹配连接的定位孔，通过定位销141与定位孔的配合连接，可以使电池装卸部精确地到达目标换电位置。当然，第二定位单元的具体形式和数量并非唯一，本领域技术人员可以根据具体应用环境进行调整，如第二定位单元还可以通过视觉定位传感器、激光定位传感器或红外定位传感器等方式实现(此时电动汽车的车身上需贴装相应的定位标记)。

在一种更优选地实施方式中，还可以在第二定位单元第一次与目标换电位置进行定位时(即电池装卸部卸下处于亏电状态的动力电池时的定位)，记录下电池装卸部的位置信息，如控制部在电池装卸部定位完成后，获取此时电池装卸部上某一固定点的位置信息，并将该位置信息暂时保存，然后在第二定位单元第二次与目标换电位置进行定位时(即电池装卸部承载处于满电状态的动力电池与电动汽车的定位)，直接使用上述暂存的位置信息便可完成电池装卸部的快速定位。可以实现快速定位的原因是：换电机器人10卸下处于亏电状态的动力电池和安装处于满电状态的动力电池的动作都是在目标换电位置完成的，并且两次定位的位置没有差别。也就是说，通过将第一次定位的定位信息用于第二次定位的方式，在换电过程中直接减少了定位次数，也就相应地缩短了一次换电过程中的换电时间，进而提高了换电效率。

继续参照图1和图2，电池装卸部包括加解锁机构151和举升机构。其中，举升机构能够通过沿第一方向(图1中的Z方向)相对于电池转运部移动的方式举升动力电池，从而使动力电池到达目标换电位置，加解锁机构151则能够在动力电池到达目标换电位置后，使动力电池锁紧/脱开电动汽车车身。电池转运部与本体11固定连接，并且电池转运部能够通过自身的转动使动力电池沿第三方向方向(图1中的X方向)脱离换电机器人10或到达换电机器人10的设定位置。优选地，举升机构可以包括举升平台153以及能够使该举升平台实现举升功能的驱动机构，如剪式驱动架152。其中，举升平台153上用于放置动力电池(即动力电池处于设定位置)，剪式驱动架152则可以将举升平台153连同举升平台153上的动力电池一同举起直至到达目标换电位置。优选地，电池转运部可以为若干辊筒组和若干滚轮组的组合，其中每一个辊筒组包含若干个动力辊筒161，每一个滚轮组包含若干个无动力滚轮162，通过动力辊筒161的驱动以及无动力滚轮162的从动，动力电池能够脱离换电机器人10到达输送平台或从输送平台到达换电机器人10的设定位置。

本领域技术人员可以想到的是，电池装卸部和电池转运部的设置形式并非一成不变，如驱动机构除了剪式驱动架外，还可以替代为刚性链条或涡轮蜗杆等实现举升功能，如动力辊筒和无动力滚轮还可以替代为履带等实现电池的平移功能。

接下来参照图1、图3A和图3B，图3A是本发明的轨道导引型换电机器人处于转运状态的示意图；图3B是本发明的轨道导引型换电机器人处于装卸状态的示意图。如前所述，由于电池装卸部和电池转运部均涉及动力电池20运动，存在运动形式上的耦合，即电池装卸部主要是在大致竖直的方向上(图1中的Z方向)举升动力电池20，电池转运部主要是在大致水平的方向上(图1中的X方向)平移动力电池20，所以可以对电池装卸部和电池转运部进行运动解耦，以减小换电机器人10的空间占用，使换电机器人10有足够的操作空间完成换电动作，从而间接提升换电效率。如图1所示，在举升平台153上开设有若干容纳孔154，并且该容纳孔154允许电池转运部的一组或几组辊筒组或滚轮组容纳于其中。这样一来，当电池装卸部所在平面下降至电池转运部所在平面以下时，电池转运部可以承载动力电池20，并使动力电池20在大致水平的方向上移动(参照图3A)；当电池装卸部所在平面上升至电池转运部所在平面以上时，电池装卸部可以承载动力电池20，并将动力电池20沿大致竖直的方向举升至目标换电位置(参照图3B)。也就是说，电池装卸部与电池转运部能够在第一方向上产生相对位移，该相对位移能够使电池转运部和电池装卸部交替接触动力电池20。可以看出，通过上述若干容纳孔154的设置，使得电池装卸部能够通过下降至低于电池转运部的设置方式，减小了换电机器人10在竖直方向(图1中的Z方向)上的空间占用，使得换电机器人10有更大的操作空间完成换电动作，进而间接提升换电效率。

控制部除可以实现对上述各部分的精确控制，使得整个换电过程定位精准，动作顺畅外，还具有获取位置信息的功能。如前所述，控制部可以在电池装卸部第一次到达目标换电位置的时候，记录下电池装卸部的位置信息，以便第二次电池装卸部不需重复定位就可以直接到达目标换电位置。通过将第一次定位的定位信息用于第二次定位的方式，在换电过程中直接减少了定位次数，也就相应地缩短了一次换电过程中的换电时间，进而提高了换电效率。优选地，控制部可以设置于本体11上。当然，控制部的设置位置还可以不在换电机器人10上，如还可以设置在操作间，然后通过无线通信等方式控制换电机器人10的工作等。

此外，为便于制造轨道引导型换电机器人10，节省换电机器人10的制造成本，本发明的轨道引导型换电机器人10可以在现有轨道导引车(RGV)的基础上进行相应改造而来。具体地，在现有RGV的基础上，保留其本体、供电部和行走部，增加定位部、电池装卸部和电池转运部，并升级控制部的功能，使其具有获取位置信息的功能外，还能够完成对整个换电过程的自动控制，从而既节省了制造成本，又可以实现本发明。

进一步地，为了提高换电机器人10的普适性，还可以在工作模式上对换电机器人10进行分类，将换电机器人10的工作模式分为自动模式、半自动模式和手动模式。其中，在自动模式下，控制部能够控制换电机器人10完成整个换电流程。在半自动模式下，操作人员通过确认每一步动作完成，如通过在人机交互界面上点击“下一步”按钮的方式确认上一步操作步骤无误，进而完成整个换电流程。在手动模式下，操作人员人工操作换电机器人10的动作，如控制行走部工作或控制电池装卸部举升等，进而完成整个换电流程。

下面参照图4，图4是本发明的轨道导引型换电机器人的换电方法的流程示意图。如图4所示，本发明还提供了一种轨道导引型换电机器人的换电方法，该方法主要包括：

S100、使动力电池装卸部处于目标换电位置。

S200、电池装卸部使处于亏电状态的动力电池脱离待换电车辆。

S300、电池装卸部承载处于满电状态的动力电池再次到达目标换电位置。

S400、电池装卸部使处于满电状态的动力电池固定于待换电车辆。

其中，S100又可以进一步包括：

S110、换电机器人10到达目标换电位置的投影位置；

S120、定位部使电池装卸部以沿第一方向以远离本体11的方式处于目标换电位置；

S130、获取换电机器人10的当前位置信息。

其中，S300又可以进一步包括：

S310、换电机器人10再次到达投影位置；

S320、基于当前位置信息，电池装卸部以沿第一方向以远离本体11的方式再次处于目标换电位置。

其中，第一方向可以是大致竖直的方向(图1中的Z方向)。

以使用本发明的轨道导引型换电机器人10为待换电的电动汽车进行换电为例，一次完整的换电过程可以是：

S1：待换电电动汽车停至充换电站的换电平台。

S2：换电机器人10在行走部的滚动下从初始位置空载沿既定轨道移动，通过机械定位件和位置传感器定位至与电动汽车的目标换电位置相对应的投影位置。

S3：举升平台153在剪式驱动架152的驱动下上升，并利用定位销141定位至目标换电位置，控制部记录此时举升平台153的位置信息。

S4：加解锁机构151使处于亏电状态的动力电池脱离电动汽车，处于举升平台153的设定位置。

S5：换电机器人10承载处于亏电状态的动力电池在行走部的滚动下沿既定轨道移动，通过机械定位件和位置传感器定位至充换电架的取送位置。

S6：电池转运部在导向条131的导向下将处于亏电状态的动力电池转运至输送平台进而输送平台将该动力电池转运至充换电架。

S7：电池转运部转运来自充换电架上的处于满电状态的动力电池，并通导向条131的导向和限位块132的限位使处于满电状态的动力电池处于举升平台153的设定位置。

S8：换电机器人10在行走部的滚动下沿既定轨道移动，通过机械定位件和位置传感器再次定位至投影位置。

S9：基于控制部记录的位置信息，使举升平台153承载处于满电状态的动力电池再次到达目标换电位置。

S10：加解锁机构151使处于满电状态的动力电池固定于电动汽车的车身。

S11：换电机器人10移动回初始位置。

需要说明的是，初始位置可以是充换电站中的某一固定位置，在没有换电服务的情形下，换电机器人10可以停留在该固定位置。在进行换电服务的情形下，换电机器人10从该固定位置出发提供换电服务。

本发明还提供了一种充换电站，该充换电站至少包括前述的轨道导引型换电机器人10，并且该换电机器人10能够在该充换电站内按照上述轨道导引型换电机器人10的换电方法完成为待换电的电动汽车更换动力电池的动作。

综上所述，本发明的轨道导引型换电机器人10、充换电站及换电方法中，轨道导引型换电机器人10主要包括本体11以及设置在本条上的行走部、限位部、定位部、电池装卸部、电池转运部、控制部以及供电部。行走部包括四个主动轮121和四个从动轮122，限位部包括导向条131和限位块132，定位部包括机械定位件和位置传感器(第一定位单元)、以及机械定位销141(第二定位单元)，电池装卸部包括加解锁机构151、驱动架和举升平台153，举升平台153上具有容纳孔154。电池转运部包括若干辊筒组和若干滚轮组，并且辊筒组和滚轮组中的一部分可以容纳于容纳孔154。控制部可以通过对其他各部进行精确控制的方式，使整个换电过程自动完成，并且控制部还能够记录电池装卸部在处于目标换电位置时的位置信息。通过控制部的控制以及主动轮121和从动轮122的设置方式，使换电机器人10在换电过程中行驶平稳，定位精准。通过控制部记录位置信息的设置以及动力滚筒组和从动滚轮组中的一部分可以容纳于容纳孔154等设置方式，增大了换电机器人10的换电空间，进而缩短了换电时间，提升了换电效率，有利于服务商为用户提供高质量的换电服务。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括本体以及设置于所述本体的电池转运部和电池装卸部，

其中，所述电池转运部能够使电池到达所述换电机器人的设定位置；

其中，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动，该移动能够使所述电池接近/远离待换电车辆的目标换电位置；并且

在组装好的状态下，所述电池装卸部以不干涉所述电池转运部的方式设置。

2.根据权利要求1所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池装卸部与所述电池转运部能够在所述第一方向上产生相对位移，该相对位移至少能够使所述电池转运部和所述电池装卸部交替接触所述电池。

3.根据权利要求2所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池转运部与所述本体固定连接，所述电池装卸部能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式相对于所述电池转运部移动。

4.根据权利要求3所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池装卸部包括：

加解锁机构，所述加解锁机构能够使所述电池锁紧/脱开所述待换电车辆；以及

举升机构，所述举升机构能够以沿第一方向以接近/远离所述本体的方式使所述电池到达所述目标换电位置。

5.根据权利要求4所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述举升机构包括：

驱动机构：其固定连接于所述本体，并且所述驱动机构能够沿第一方向以接近/远离所述本体的方式移动；

举升平台：其固定连接于所述驱动机构，并且所述举升平台具有若干容纳孔，该容纳孔允许所述电池转运部的一部分容纳于其中。

6.根据权利要求3所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述电池转运部包括若干辊筒组和/或若干滚轮组，并且所述若干辊筒组和/或所述若干滚轮组与所述本体固定连接。

7.根据权利要求6所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还配置有限位部，所述限位部能够使所述电池处于所述设定位置。

8.根据权利要求7所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述限位部包括设置于所述本体和/或所述轨道和/或所述轨道附近的地面上的若干组导向条和若干个限位块，

其中，所述若干组导向条能够限制所述电池在第二方向上的移动；

其中，所述若干个限位块能够使所述电池沿第三方向处于所述设定位置。

9.根据权利要求7所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括定位部，所述定位部能够完成所述换电机器人在轨道上的定位以及所述电池在所述换电机器人上的定位。

10.根据权利要求9所述的轨道导引型换电机器人，其特征在于，所述定位部包括第一定位单元和第二定位单元，

其中，所述第一定位单元能够使所述换电机器人处于所述目标换电位置的投影位置；

其中，所述第二定位单元能够使所述电池装卸部处于所述目标换电位置。