CN110606057B - 更换电池机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种更换电池机器人，包括底盘和电池架，所述电池架固定在所述底盘上，所述电池架内部包括用于存放电池的多层电池仓；所述电池架的前端设置升降机构；所述升降机构连接用于承载电池的取放托盘，通过多个机构的联动，实现对作业机器人电池的快速全自动更换，一次性背负多块满电电池进行换电操作，避免了换电机器人作业机器人在作业区域和充电站之间的频繁往返，提高了换电效率。

Description

更换电池机器人
技术领域
本发明涉及一种更换电池的设备，具体说是一种更换电池机器人。
背景技术
目前的机器人能量补给主要分为充电和换电两种方式，其中，充电存在等待时间长，需额外返回充电站等不足，并且大大降低了机器人的作业效率。
对于换电方式，将机器人用完或即将用完的电池取出并放入充电站进行充电，同时将满电电池放入机器人内，满足机器人继续作业的要求。
通常，机器人所使用的电池重量比较大，人工换电效率低下，且一旦出现操作不规范或电池位姿误差，容易卡住，损坏电池和机器人，严重的还会引发电池起火爆炸等危险事故。现有技术中也存在电池更换机器人，现有的电池更换机器人只能在电池架附近给作业机器人更换电池，即作业机器人必须从作业区域移动到充电站来充电。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种更换电池机器人，用于解决现有技术中存在的问题。
一种更换电池机器人，包括：
底盘；
电池架，所述电池架固定安装在所述底盘上，所述电池架包括至少一个容纳电池的电池仓，电池仓上设有供电池出入的出入口；
更换电池机构，用于从作业机器人上取下乏电电池放置到电池仓内，并将电池仓内的满电更换电池给所述作业机器人的电池箱。
优选地，所述更换电池机构包括：
电池转运组件，用于将电池移出或移入所述作业机器人的电池箱和所述电池仓；
位移机构，驱动所述电池转运组件移动至所述作业机器人的电池箱的出入口和所述电池仓的出入口。
优选地，所述电池架上的电池仓至少有两个，所述至少两个电池仓层叠设置，所述位移机构为安装在所述电池仓上的升降机构。
优选地，所述升降机构安装在所述电池架设置有所述电池仓出入口端面的两侧，所述电池仓的出入口与所述底盘的侧部端面平齐，所述升降机构延伸至所述底盘前进方向端面的前侧。
优选地，所述升降机构上设有显露电池仓出入口的开口，所述电池转运组件开设有连通所述开口的和所述作业机器人的电池箱开口的双向出入口。
优选地，所述电池转运组件包括：将电池在所述电池仓和作业机器人的电池箱之间移出或移入的取放托盘，电池移出或移入所述电池仓的暂存托盘，以及连接所述取放托盘和所述暂存托盘的托盘支架。
优选地，所述取放托盘包括：
取放托盘导轨，所述取放托盘导轨安装至所述托盘支架上；
多个取放托盘辊轮，所述取放托盘辊轮安装在所述取放托盘导轨上；
驱动件，驱动至少一个取放托盘辊轮转动。
优选地，所述暂存托盘包括：
暂存托盘导轨，所述暂存托盘导轨安装在所述托盘支架上；
多个暂存托盘辊，所述暂存托盘辊安装在所述暂存托盘导轨上；
驱动件，所述驱动件驱动至少一个暂存托盘辊转动；
暂存托盘挡板，所述暂存托盘挡板安装在所述暂存托盘导轨上。
优选地，所述电池仓能容纳两块及以上的电池，所述电池仓内设置将电池在所述电池仓内侧和外侧之间移动的电池输送机构。
优选地，所述电池输送机构由辊筒构成，通过所述辊筒转动移动并输送电池。
综上所述，本发明提供了一种更换电池机器人，由于将电池架固定安装至底盘上，且电池架包括至少一个容纳电池的电池仓，因此更换电池机器人可一次性背负多块满电电池直接移动到距离充电站较远的作业区域，对作业机器人进行换电操作，减少了作业机器人在作业区域和充电站之间的频繁往返导致的作业时间浪费，增加了作业机器人的有效工作时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为更换电池机器人的主视图；
图2为更换电池机器人自校正平台示意图；
图3为更换电池机器人更换电池的过程示意图；
图4为更换电池机器人转运组件示意图；
图5为更换电池机器人更换电池的局部示意图；
图中：1-底盘；2-升降机构；302-暂存托盘；301-取放托盘；311-取放托盘被动辊；321-取放托盘主动辊；331-取放托盘连接线；351-取放托盘导轨；302-暂存托盘；312-暂存托盘被动辊；322-暂存托盘主动辊；332-暂存托盘连接线；342-暂存托盘挡板；352-暂存托盘导轨；303-托盘支架；313-托盘支架扩口；5-自校正平台；6-控制电柜；7-电池架；8-电池输送机构；9-电池仓；501-自校正机构；502-微调机构；901-电池。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种更换电池机器人，用于解决现有技术中存在的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的一种更换电池机器人，进行具体地描述。
如图1-5所示，一种更换电池机器人，包括：底盘1；底盘1为可移动底盘，对于其移动方式，例如在底盘1的底部设置轮子或者履带、导轨式、滚轮式、机器人等，便于更换电池机器人的移动。
电池架7，电池架安装在底盘1上，电池架7包括至少一个容纳电池的电池仓，电池仓上设有供电池出入的出入口；电池架7由方管、槽钢焊接而成；可一次性背负多块满电电池进行换电操作，避免了作业机器人在作业区域和充电站之间的频繁往返，提高了作业机器人的有效工作时间。
更换电池机构，用于从作业机器人上取下乏电电池放置到电池仓内，并将电池仓内的满电更换电池给作业机器人。
更换电池机构包括：用于接收取放电池的电池转运组件，及驱动电池转运组件移动至作业机器人的电池箱和电池仓的出入口的位移机构。
电池架7上的电池仓至少有两个，根据工作场所需要可以设置2个或者2个以上，至少两个电池仓层叠设置。当至少两个电池仓左右并排设置时，位移机构可以为平行移动的平移机构。当至少两个电池仓上下层叠设置时，位移机构为安装在电池仓上的升降机构2；升降机构2为丝杆升降机构或者直线位移平台或者液压气压顶升机构等其他升降机构，其作用在于驱动转运机构在电池存储仓和作业机器人之间来回移动。本申请的升降机构固定安装在电池架7设置电池仓出入口端面的两侧。(参见图1)，升级机构包括安装在电池架出入口一侧的丝杠驱动机构、安装在电池架出入口另一侧的导轨机构，以及在丝杠驱动机构和导轨机构之间滑动的滑块，电池转运组件安装在滑块上，丝杠驱动机构和导轨机构之间形成连通电池转运组件和电池仓出入口的开口。丝杆驱动机构包括安装底座、丝杆、电机、安装底座安装在底盘1的端面上，丝杆安装在安装底座上，电机安装在安装底座的一端，电机驱动丝杆旋转，丝杆的旋转转化为滑块的上下移动。
升降机构2安装在电池架7设置有电池仓出入口端面的两侧，即升降机构2直接安装在电池架7上，相对于将升降机构2安装在底盘1上的方式来说，能减少底盘1长度方向的尺寸，减少底盘1的转弯半径，便于更换电池机器人在进入更为狭窄的空间，例如在楼道内转弯进入房间内。升降机构2延伸至底盘的前进方向端面的前侧，以充分利用更换电池机器人的竖向空间，能给电池箱位置更低的作业机器人更换电池。电池架7的出入口与底盘的侧部端面平齐，这样底盘的侧部端面能支撑升降机构，或者为升降机构提供安装位置；升降机构2安装至端面的高于轮子的位置，以避免升降机构2与轮子之间的干涉；为了方便更换电池机器人的移动，在底盘1的底部外侧设置轮子或者履带、导轨式、滚轮式、机器人等，增大了更换电池机器人工作范围。
升降机构7上设有显露电池仓出入口的开口，电池转运组件开设有连通开口的和作业机器人的电池箱开口的双向出入口。取放托盘301通过升降机构2调整至与电池输送机构8相同高度，取放托盘301和暂存托盘之间设有连通电池仓出入口和作业机器人的电池箱开口的双向出入口，再配合取放托盘301上的辊轮输送机构，使得电池转运组件不需要旋转方向，就能将满电电池直接从更换电池机器人的电池仓取出放入作业机器人的电池箱，以及将乏电电池直接从作业机器人的电池箱取出放入更换电池机器人的电池仓，提高更换电池的效率。通过电池输送机构8的辊筒转动，将乏电电池901从取放托盘301送入电池仓；取放托盘301通过升降机构2调整至与电池输送机构8相同高度，取放托盘301设有连通开口的和作业机器人的电池箱开口的双向出入口，通过电池输送机构8的辊筒转动，将满电电池从电池输送机构8送入取放托盘301。
电池转运组件包括：将电池在所述电池仓和作业机器人的电池箱之间移出或移入的取放托盘301，和将电池移出或移入所述电池仓的暂存托盘302；其中暂存托盘302用于暂存自电池仓取出的满电电池，以便为自电池箱取出的乏电电池留出空位；或者暂存自电池仓取出的乏电电池，以便取出电池仓中乏电电池之后的满电电池，便于完成作业机器人乏电电池和电池存储仓内满电电池的替换。当至少两个电池仓左右并排设置时，位移机构为平行移动的平移机构，相应的电池转运组件包括至少两个左右并排设置的托盘。当至少两个电池仓上下层叠设置时，位移机构为上下移动的升降机构，电池转运组件包括至少两个上下层叠设置的托盘。
图4表示转运机构包括上下两层双托盘结构的结构示意图，上层托盘为暂存托盘302，将电池移出或移入所述电池仓的；下层托盘为取放托盘301，将电池在所述电池仓和作业机器人的电池箱之间移出或移入；两层托盘之间通过托盘支架303连接。
取放托盘301包括：取放托盘导轨351，取放托盘导轨351安装至托盘支架303上；6个取放托盘辊轮，取放托盘辊轮安装在取放托盘导轨351上；驱动件，驱动至少一个托盘辊轮转动；取放托盘的辊轮包括5个取放托盘主动辊321和1个取放托盘被动辊311，通过5个取放托盘主动辊321和1个取放托盘被动辊311的转动移动电池；取放托盘主动辊321的宽度大于取放托盘被动辊311的宽度。取放托盘主动辊321位于靠近取放托盘301内部一侧；取放托盘导轨351的宽度小于托盘支架303之间的宽度，以便于取放托盘351导轨直接伸到作业机器人电池箱下方取放电池。其中，取放托盘主动辊321具有连接外部的暂存托盘连接线322，可获得电信号进而控制转动；取放托盘主动辊321和取放托盘311被动辊之间通过同步带连接，保证不同辊轮的转速一致。
托盘支架303包括用于和托盘连接的两个侧板；托盘支架在取放托盘的上方具有托盘支架扩口313结构，可避免下方托盘上电池不对正的情况下，电池与侧板发生碰撞的情况。
暂存托盘302包括：暂存托盘导轨352，暂存托盘导轨352安装在托盘支架303上；4个暂存托盘辊，暂存托盘辊安装在暂存托盘导轨352上；驱动件，驱动件驱动至少一个暂存托盘辊转动；暂存托盘挡板342，暂存托盘挡板342安装在暂存托盘导轨上，避免电池从远离电池仓出入口一侧掉落；暂存托盘的辊轮包括1个暂存托盘主动辊322和3个暂存托盘被动辊312，通过暂存托盘主动辊322和暂存托盘被动辊312的转动移动电池；暂存托盘主动辊322的宽度等于取放托盘被动辊312的宽度相等；暂存托盘主动辊322位于靠近托盘内部一侧，暂存托盘主动辊322具有连接外部的暂存托盘连接线332，可获得电信号进而控制转动；
暂存托盘主动辊322和暂存托盘被动辊312之间通过同步带连接，保证不同辊轮的转速一致。
取放托盘导轨351的长度大于暂存托盘导轨352的长度，避免在更换电池时更换电池机器人与作业机器人靠得过近。
暂存托盘挡板342安装在暂存托盘302的前方和两侧；暂存托盘挡板342的高度高于暂存托盘主动辊322和暂存托盘被动辊312的上表面，可限制电池进入托盘后的位移，防止电池存放时滑落。
暂存托盘302的结构可以与取放托盘301一样，这种情况下，暂存托盘能同时执行取放托盘和暂存托盘这两种功能。这样当取电池架上高位电池仓和低位电池仓上的电池时，电池转运组件就不必就可以减少行程，进而能减少升降机构的高度尺寸。
作业机器人电池仓能容纳两块及以上的电池，电池仓内设置将电池在电池仓内侧和外侧移动的电池输送机构8，电池输送机构8由辊筒构成，通过辊筒转动移动并输送电池，对于电池输送机构8并不局限于辊筒，能够输送电池的其他输送机构也是可行的。电池输送机构8的两侧设置有防止电池碰撞的电磁铁限位块，电磁铁限位块位于相邻的电池位之间和电池仓的出入口。
参见图5(后视图)，所示更换电池机器人还包括自校正平台5，自校正平台5与取放托盘301连接，自校正平台5包括实现取放托盘301旋转的自校正机构501，及实现取放托盘横向移动的微调机构502；当换电机器人与作业机器人对位不准导致有横向间距时，可以通过微调机构502将取放托盘横向移动至作业机器人的电池箱出入口，当换电机器人与作业机器人对位不准导致有夹角时，可以通过自校正机构501调整以将电机器人与作业机器人对正，可以精准的调整电池的位置和姿态。
如图3-5所示，通过更换电池机器人更换电池的过程中，首先、作业机器人收到换电信号，电池箱9打开，弹出乏电电池901；其次、更换电池机器人通过升降机构2降低取放托盘301的高度，并通过底盘1的移动，将取放托盘301置于弹出乏电电池901的下方，通过取放托盘辊轮的转动，将乏电电池901转移到取放托盘3上。取放托盘3的宽度要小于电池箱9对电池的支撑宽度，所以在整个操作过程中，取放托盘301与电池箱9不会再宽度方向上干涉，然后通过升降机构2提升取放托盘301的高度，使乏电电池901转移至取放托盘301上；然后取放托盘301通过升降机构2调整至与电池输送机构8相同高度，通过取放托盘辊轮和电池输送机构8的辊筒转动，将乏电电池901从取放托盘301送入电池输送机构8；接着取放托盘301通过升降机构2调整至与电池输送机构8相同高度，通过电池输送机构8的辊筒转动，将满电电池从电池输送机构8送入取放托盘301；最后通过定位系统，使载有满电电池的取放托盘301对准作业机器人的电池箱9，通过取放托盘辊轮的转动，将满电电池转移至电池仓伸出的支撑架上；最后、电池箱9收回支撑架，满电电池回到电池箱9内，并开始为作业机器人提供能源；实现对作业机器人电池的快速全自动更换，相比传统人工换电大大提高了换电效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种更换电池机器人，其特征在于，包括：底盘；
电池架，所述电池架固定安装在所述底盘上，所述电池架包括至少一个容纳电池的电池仓，电池仓上设有供电池出入的出入口；
更换电池机构，用于从作业机器人上取下乏电电池放置到电池仓内，以及将电池仓内的满电更换电池放置到所述作业机器人的电池箱；
所述更换电池机构包括：电池转运组件，用于将电池移入或移出所述作业机器人的电池箱和所述电池仓；
位移机构，驱动所述电池转运组件移动至所述作业机器人的电池箱的出入口和所述电池仓的出入口；
所述电池转运组件包括：将电池在所述电池仓和作业机器人的电池箱之间移出或移入的取放托盘，将电池移出或移入所述电池仓的暂存托盘以及连接所述取放托盘和所述暂存托盘的托盘支架。
2.根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述电池架上的电池仓至少有两个，所述至少两个电池仓上下层叠设置，所述位移机构为安装在所述电池仓上的升降机构。
3.根据权利要求2所述的更换电池机器人，其特征在于，所述升降机构安装在所述电池架设置有所述电池仓出入口端面的两侧，所述升降机构延伸至所述底盘前进方向端面的前侧。
4.根据权利要求2所述的更换电池机器人，其特征在于，所述升降机构上设有显露电池仓出入口的开口，所述电池转运组件开设有连通所述开口的和所述作业机器人的电池箱开口的双向出入口。
5.根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述取放托盘包括：取放托盘导轨，所述取放托盘导轨安装至所述托盘支架上；
多个取放托盘辊轮，所述取放托盘辊轮安装在所述取放托盘导轨上；
驱动件，驱动至少一个取放托盘辊轮转动。
6.根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述暂存托盘包括：暂存托盘导轨，所述暂存托盘导轨安装在所述托盘支架上；
多个暂存托盘辊，所述暂存托盘辊安装在所述暂存托盘导轨上；
驱动件，所述驱动件驱动至少一个暂存托盘辊转动；
暂存托盘挡板，所述暂存托盘挡板安装在所述暂存托盘导轨上。
7.根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述电池仓能容纳两块及以上的电池，所述电池仓内设置将电池在所述电池仓内侧和外侧之间移动的电池输送机构。
8.根据权利要求7所述的一种更换电池机器人，其特征在于，所述电池输送机构由辊筒构成，通过所述辊筒转动移动并输送电池。
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