CN111098832B - 换电机器人及其电气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电动汽车技术领域，公开了一种换电机器人及其电气控制方法，换电机器人包括：无线收发单元、与无线收发单元连接的上位机、与上位机连接的逻辑控制单元、与逻辑控制单元连接的底盘驱动系统和升降控制系统、与底盘驱动系统连接的行走机构以及与升降控制系统连接的举升机构；无线收发单元用于接收云端下发的调度指令；上位机根据调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至逻辑控制单元，逻辑控制单元根据控制指令通过底盘驱动系统控制行走机构根据导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过升降控制系统控制举升机构对电动汽车进行电池更换。通过上述方式，本发明实施例能够提高电池更换效率。

Description

换电机器人及其电气控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种换电机器人及其电气控制方法。

背景技术

目前随着汽车电动化方向的快速跟进，电动汽车的市场主导趋向逐步上升，但电动汽车的续航和充电技术以及充电桩的分布一直困扰着电动汽车的大面积推广。

目前的电动汽车电池模块尺寸接口参数没有统一标准，其充电技术主要主要是人工参与换电，靠大电流充电桩解决，没有成熟可靠的云端换电机器人参与，工作效率低下，存在充电时间长，安全性差、不易控制等因素。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种换电机器人及其电气控制方法，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种换电机器人，包括：无线收发单元、与所述无线收发单元连接的上位机、与上位机连接的逻辑控制单元、与所述逻辑控制单元连接的底盘驱动系统和升降控制系统、与所述底盘驱动系统连接的行走机构以及与所述升降控制系统连接的举升机构；所述无线收发单元用于接收云端下发的调度指令；所述上位机根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至所述逻辑控制单元，所述逻辑控制单元根据所述控制指令通过所述底盘驱动系统控制所述行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过所述升降控制系统控制所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换。

在一种可选的方式中，所述底盘驱动系统包括：与所述逻辑控制单元连接的横向电机驱动单元和纵向电机驱动单元、以及分别与所述横向电机驱动单元和所述纵向电机驱动单元连接的第一电机单元和第二电机单元；所述横向电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第一电机单元工作，驱动所述行走机构横向移动；所述纵向电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第二电机单元工作，驱动所述行走机构纵向移动。

在一种可选的方式中，所述横向电机驱动单元包括：第一驱动器和第二驱动器，所述纵向电机驱动单元包括第三驱动器和第四驱动器，所述第一电机单元包括第一电机、第二电机、第三电机以及第四电机，所述第一驱动器和第二驱动器分别驱动所述第一电机和所述第二电机工作，控制所述行走机构的横向移动；所述第三驱动器和第四驱动器分别驱动所述第三电机和所述第四电机工作，控制所述行走机构的纵向移动和/或转向运动。

在一种可选的方式中，所述升降控制系统包括举升电机驱动单元与所述举升电机驱动单元连接的第三电机单元；所述举升电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第三电机单元工作，驱动所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换。

在一种可选的方式中，所述举升电机驱动单元包括第五驱动器、第六驱动器、第七驱动器以及第八驱动器，所述第三电机单元包括与所述第五驱动器对应连接的第五电机、与所述第六驱动器对应连接的第六电机、与所述第七驱动器对应连接的第七电机以及与所述第八驱动器对应连接的第八电机，所述第五驱动器、所述第六驱动器、所述第七驱动器以及所述第八驱动器分别驱动对应连接的所述第五电机、所述第六电机、所述第七电机以及所述第八电机工作，控制所述举升机构进行电池的举升和下降，完成电池更换。

在一种可选的方式中，所述换电机器人还包括：与所述上位机连接的人机交互界面，用于反馈所述换电机器人的运动状态至云端，以及接受信息的输入和查询。

在一种可选的方式中，所述换电机器人还包括：与所述上位机连接的声光报警单元，用于在所述换电机器人故障或紧急情况下，发出声音信号和光电信号进行报警。

在一种可选的方式中，所述换电机器人还包括：电池电源、与所述电池电源连接的空气开关以及与所述空气开关连接的电源转换单元，电池电源经所述空气开关处理后输入至所述电源转换单元，经所述电源转换单元转换后向所述换电机器人的各单元提供电源。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种换电机器人的电气控制方法，包括：接收云端下发的调度指令，并根据所述调度指令获取导航信息；控制换电机器人中的行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；控制所述换电机器人中的举升机构对所述电动汽车进行电池更换。

在一种可选的方式中，所述控制换电机器人中的行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置，包括：控制所述换电机器人中的多个驱动器驱动与所述驱动器对应连接的多个电机工作，分别控制所述行走机构通过横向平移、纵向平移以及转向运动移动到电动汽车所在位置。

本发明实施例的换电机器人包括：无线收发单元、与所述无线收发单元连接的上位机、与上位机连接的逻辑控制单元、与所述逻辑控制单元连接的底盘驱动系统和升降控制系统、与所述底盘驱动系统连接的行走机构以及与所述升降控制系统连接的举升机构；所述无线收发单元用于接收云端下发的调度指令；所述上位机根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至所述逻辑控制单元，所述逻辑控制单元根据所述控制指令通过所述底盘驱动系统控制所述行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过所述升降控制系统控制所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换。

上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的换电机器人的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的带换电机器人的电气控制原理示意图；

图3示出了本发明实施例提供的换电机器人的工作流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的换电机器人的电气控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的换电机器人的结构示意图，如图1所示，换电机器人包括：无线收发单元11、与所述无线收发单元11连接的上位机12、与上位机12连接的逻辑控制单元13、与所述逻辑控制单元13连接的底盘驱动系统14和升降控制系统15、与所述底盘驱动系统14连接的行走机构16以及与所述升降控制系统15连接的举升机构17；所述无线收发单元11用于接收云端下发的调度指令；所述上位机12根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至所述逻辑控制单元13。具体地，上位机12根据调度指令获取需要更换电池的电动汽车所在的位置，进而经过运算处理获取导航信息。所述逻辑控制单元13根据所述控制指令通过所述底盘驱动系统14控制所述行走机构16根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过所述升降控制系统15控制所述举升机构17对所述电动汽车进行电池更换。本发明实施例应用换电机器人对电动汽车进行电池更换，换电速度快，能够大大提高电池更换效率，降低成本，通过云端发送的调度指令对换电机器人进行调度，可以同时对多个换电机器人进行调度，能够实现多机协作运转。

在本发明实施例中，如图2所示，底盘驱动系统14包括：与所述逻辑控制单元13连接的横向电机驱动单元141和纵向电机驱动单元142、与所述横向电机驱动单元141连接的第一电机单元143以及与所述纵向电机驱动单元142连接的第二电机单元144。所述横向电机驱动单元141根据所述控制指令控制所述第一电机单元143工作，驱动所述行走机构16横向移动，所述纵向电机驱动单元142根据所述控制指令控制所述第二电机单元144工作，驱动所述行走机构16纵向移动和/或转向。其中转向可以是原地转向，也可以是以一定半径进行现场旋转。

所述横向电机驱动单元141包括：第一驱动器DM1和第二驱动器DM2，所述纵向电机驱动单元142包括第三驱动器DM3和第四驱动器DM4，所述第一电机单元143包括第一电机M1、第二电机M2，第二电机单元144包括第三电机M3以及第四电机M4。所述第一驱动器DM1和第二驱动器DM2分别驱动所述第一电机M1和所述第二电机M2工作，控制所述行走机构16的横向移动；所述第三驱动器DM3和第四驱动器DM4分别驱动所述第三电机M3和所述第四电机M4工作，控制所述行走机构16的纵向移动和/或转向。横向电机驱动单元141和纵向电机驱动单元142协同工作，共同控制行走机构16通过横向移动、纵向移动以及转向等运动到电动汽车所在位置。本发明实施例通过横向电机驱动单元141和纵向电机驱动单元142的协同工作，使得换电机器人能够在狭小空间范围内横向移动、纵向移动以及原地转向。

升降控制系统15包括举升电机驱动单元151与所述举升电机驱动单元151连接的第三电机单元152。所述举升电机驱动单元151根据所述控制指令控制所述第三电机单元152工作，驱动所述举升机构17对所述电动汽车进行电池更换。举升电机驱动单元151包括：多个驱动器，第三电机单元152包括分别与举升电机驱动单元151中的多个所述驱动器对应连接的多个电机，所述驱动器接收所述逻辑控制单元13传输的所述控制指令，驱动对应连接的电机工作，控制所述举升机构17对所述电动汽车进行电池更换。

举升电机驱动单元151包括第五驱动器DM5、第六驱动器DM6、第七驱动器DM7以及第八驱动器DM8，所述第三电机单元152包括与所述第五驱动器DM5对应连接的第五电机M5、与所述第六驱动器DM6对应连接的第六电机M6、与所述第七驱动器DM7对应连接的第七电机M7以及与所述第八驱动器DM8对应连接的第八电机M8，所述第五驱动器DM5、所述第六驱动器DM6、所述第七驱动器DM7以及所述第八驱动器DM8分别驱动对应连接的所述第五电机M5、所述第六电机M6、所述第七电机M7以及所述第八电机M8工作，控制所述举升机构17进行电池的举升和下降，完成电池更换。

换电机器人的具体工作流程如图3所示，包括：

步骤S100：开始。

步骤S101：自动初始自检。

根据接收的调度指令需要对电动汽车更换电池时，换电机器人首先进行自检。在本发明实施例中，可以是根据接收的云端的调度指令启动自检，也可以是手机操作进行自检。

步骤S102：升降回零。

控制举升机构下降到零位。

步骤S103：零位检测成功。

检测到举升机构以成功下降到零位。

步骤S104：导航启动。

控制换电机器人的行走机构开始运动。

步骤S105：行走机构横向运动。

控制行走机构沿X方向的横向运动。

步骤S106：行走机构纵向运动。

控制行走机构沿Y方向的纵向运动，和/或转向运动。

步骤S107：运动到位。

协调行走机构根据导航信息通过沿X方向的横向运动、沿Y方向的纵向运动、转向运动最终运动到电动汽车所在位置，以便后续进行电池更换。

步骤S108：定位到位。

检测到换电机器人位于电动汽车所在位置，后续可以进行电池更换。

步骤S109：举升机构升起。

控制举升机构升起，以进行电池更换。

步骤S110：更换电池。

进行电池更换，触发电池下放到托盘。

步骤S111：举升机构归零。

压力传感器检测到电池到位时，控制举升机构下降，并回归至零位。

步骤S112：换电结束。

控制行走机构根据导航信息移动到指定位置，如充电桩处，至此完成电池的更换。

步骤S113：系统故障。

系统发生故障，可以是自检不合格、其他故障或紧急情况。

步骤S114：声光报警。

控制换电机器人发出声音和光电信号进行报警，以通知后台或运行工作人员及时处理故障信息。

步骤S115：报警复位。

故障处理完成后，返回步骤S101，重新进行自检，并进入更换电池的流程，进行电池更换。

在本发明实施例中，继续参见图1，换电机器人还包括：与所述上位机12连接的人机交互界面(Human Machine Interface，HMI)18，用于反馈所述换电机器人的运动状态至云端，以及接受信息的输入和查询。用户也可以通过HMI界面18查阅换电机器人的实时运行状态和设定一些运行参数。

所述换电机器人还包括与所述上位机12连接的声光报警单元19，用于在所述换电机器人故障或紧急情况下，发出声音信号和光电信号进行报警，通知后台或运行工作人员及时处理故障信息，保证换电机器人安全运行。换电机器人还包括与盘驱动系统14和升降控制系统15连接的安全急停系统20，用于在换电机器人处于紧急情况下或运行错误不受限制时，紧急关断换电机器人，保证安全。

换电机器人还包括：电池电源BAT、与所述电池电源BAT连接的空气开关QF以及与所述空气开关QF连接的电源转换单元21，电池电源BAT经所述空气开关QF处理后输入至所述电源转换单元21，经所述电源转换单元21转换后向所述换电机器人的各单元提供电源。电源转换单元21为降压式变换(BUCK)模块，将电池电源BAT的电池能量转换后输出48V、24V以及12V的控制电源和动力电源，给所有的用电负载供电，用电负载包括无线收发单元11、上位机12、逻辑控制单元13、横向电机驱动单元141、纵向电机驱动单元142以及举升电机驱动单元151。在电源转换单元21与各驱动器之间连接一保险管，以保证与驱动器对应连接的电机在过载或过流情况下可靠熔断。例如，电源转换单元21通过第一保险管F1与第一驱动器DM1连接，通过第二保险管F2与第二驱动器DM2连接，通过第三保险管F3与第三驱动器DM3连接，通过第四保险管F4与第四驱动器DM4连接，通过第五保险管F5与第五驱动器DM5连接，通过第六保险管F6与第六驱动器DM6连接，通过第七保险管F7与第七驱动器DM7连接，通过第八保险管F8与第八驱动器DM8连接。

在换电机器人对电动汽车完成电池更换后，逻辑控制单元13还通过底盘驱动系统14控制所述行走机构16回到充电桩(图未示)，并在需要充电时，通过充电桩对换电机器人中的电池电源BAT进行充电。

本发明实施例的换电机器人包括：无线收发单元11、与所述无线收发单元11连接的上位机12、与上位机12连接的逻辑控制单元13、与所述逻辑控制单元13连接的底盘驱动系统14和升降控制系统15、与所述底盘驱动系统14连接的行走机构16以及与所述升降控制系统15连接的举升机构17；所述无线收发单元11用于接收云端下发的调度指令；所述上位机12根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至所述逻辑控制单元13，所述逻辑控制单元13根据所述控制指令通过所述底盘驱动系统14控制所述行走机构16根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过所述升降控制系统15控制所述举升机构17对所述电动汽车进行电池更换，能够提高电池更换效率。

图4示出了本发明实施例的换电机器人的电气控制方法的流程示意图，如图4所示，该换电机器人的电气控制方法包括：

步骤S11：接收云端下发的调度指令，并根据所述调度指令获取导航信息。

在本发明实施例中，接收到云端下发的调度指令后，自动进行自检，在自检合格时，根据云端下发的调度指令获取需要更换电池的电动汽车所在的位置，进而经过运算处理获取导航信息。

步骤S12：控制换电机器人中的行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置。

在本发明实施例中，控制所述换电机器人中的多个驱动器驱动与所述驱动器对应连接的多个电机工作，控制所述行走机构通过横向平移、纵向平移以及转向运动移动到电动汽车所在位置，。

步骤S13：控制所述换电机器人中的举升机构对所述电动汽车进行电池更换。

控制举升机构升起，进行电池更换，在位于电动汽车上的压力传感器检测到电池到位时，控制举升机构下降，并回归至零位。进一步控制行走机构根据导航信息移动到指定位置，如充电桩处，至此完成电池的更换。本发明实施例通过换电机器人进行电池更换，换电速度快，能够大大提高电池带的速度，降低成本。并且在本发明实施例中，可以多个换电机器人根据云端下发的调度指令协同工作，对电动汽车进行电池更换。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (5)

1.一种换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括：无线收发单元、与所述无线收发单元连接的上位机、与上位机连接的逻辑控制单元、与所述逻辑控制单元连接的底盘驱动系统和升降控制系统、与所述底盘驱动系统连接的行走机构以及与所述升降控制系统连接的举升机构；所述无线收发单元用于接收云端下发的调度指令；所述上位机根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，并输出控制指令至所述逻辑控制单元，所述逻辑控制单元根据所述控制指令通过所述底盘驱动系统控制所述行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；并通过所述升降控制系统控制所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换；

所述上位机根据所述调度指令进行运算处理获取导航信息，包括：所述上位机根据调度指令获取需要更换电池的电动汽车所在的位置，进而经过运算处理获取导航信息；

其中，所述底盘驱动系统包括：与所述逻辑控制单元连接的横向电机驱动单元和纵向电机驱动单元、以及分别与所述横向电机驱动单元和所述纵向电机驱动单元连接的第一电机单元和第二电机单元；所述横向电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第一电机单元工作，驱动所述行走机构横向移动；所述纵向电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第二电机单元工作，驱动所述行走机构纵向移动；所述横向电机驱动单元包括：第一驱动器和第二驱动器，所述纵向电机驱动单元包括第三驱动器和第四驱动器，所述第一电机单元包括第一电机、第二电机，所述第二电机单元包括第三电机以及第四电机，所述第一驱动器和第二驱动器分别驱动所述第一电机和所述第二电机工作，控制所述行走机构的横向移动；所述第三驱动器和第四驱动器分别驱动所述第三电机和所述第四电机工作，控制所述行走机构的纵向移动和转向运动；

所述升降控制系统包括举升电机驱动单元与所述举升电机驱动单元连接的第三电机单元；所述举升电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第三电机单元工作，驱动所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换；

所述举升电机驱动单元包括第五驱动器、第六驱动器、第七驱动器以及第八驱动器，所述第三电机单元包括与所述第五驱动器对应连接的第五电机、与所述第六驱动器对应连接的第六电机、与所述第七驱动器对应连接的第七电机以及与所述第八驱动器对应连接的第八电机，所述第五驱动器、所述第六驱动器、所述第七驱动器以及所述第八驱动器分别驱动对应连接的所述第五电机、所述第六电机、所述第七电机以及所述第八电机工作，控制所述举升机构进行电池的举升和下降，完成电池更换。

2.如权利要求1所述的换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括：与所述上位机连接的人机交互界面，用于反馈所述换电机器人的运动状态至云端，以及接受信息的输入和查询。

3.如权利要求1所述的换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括：与所述上位机连接的声光报警单元，用于在所述换电机器人故障或紧急情况下，发出声音信号和光电信号进行报警。

4.如权利要求1所述的换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括：电池电源、与所述电池电源连接的空气开关以及与所述空气开关连接的电源转换单元，电池电源经所述空气开关处理后输入至所述电源转换单元，经所述电源转换单元转换后向所述换电机器人的各单元提供电源。

5.一种换电机器人的电气控制方法，其特征在于，所述换电机器人的电气控制方法包括：

接收云端下发的调度指令，并根据所述调度指令获取导航信息；

所述根据所述调度指令获取导航信息，包括：根据调度指令获取需要更换电池的电动汽车所在的位置，进而经过运算处理获取导航信息；

控制换电机器人中的行走机构根据所述导航信息运动到需更换电池的电动汽车所在位置；控制所述换电机器人中的多个驱动器驱动与所述驱动器对应连接的多个电机工作，分别控制所述行走机构通过横向平移、纵向平移以及转向运动移动到电动汽车所在位置；横向电机驱动单元中的第一驱动器和第二驱动器分别驱动第一电机单元中的第一电机和第二电机工作，控制所述行走机构的横向移动；纵向电机驱动单元中的第三驱动器和第四驱动器分别驱动第二电机单元中的第三电机和第四电机工作，控制所述行走机构的纵向移动和转向运动；

控制所述换电机器人中的举升机构对所述电动汽车进行电池更换；

所述换电机器人还包括升降控制系统，所述升降控制系统包括举升电机驱动单元与所述举升电机驱动单元连接的第三电机单元；所述举升电机驱动单元根据所述控制指令控制所述第三电机单元工作，驱动所述举升机构对所述电动汽车进行电池更换；

所述举升电机驱动单元包括第五驱动器、第六驱动器、第七驱动器以及第八驱动器，所述第三电机单元包括与所述第五驱动器对应连接的第五电机、与所述第六驱动器对应连接的第六电机、与所述第七驱动器对应连接的第七电机以及与所述第八驱动器对应连接的第八电机，所述第五驱动器、所述第六驱动器、所述第七驱动器以及所述第八驱动器分别驱动对应连接的所述第五电机、所述第六电机、所述第七电机以及所述第八电机工作，控制所述举升机构进行电池的举升和下降，完成电池更换。

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