CN115837896B - 一种新能源重卡换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源重卡换电方法，包括：步骤一：换电小车与重卡对接并锁定；步骤二：重卡解锁重卡电池；步骤三：换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上；步骤四：换电小车与重卡解锁后将重卡电池送至电池站卸下；步骤五：换电小车装载另一重卡电池行走至重卡电池座处；步骤六：换电小车与重卡对接并锁定；步骤七：换电小车将所述另一重卡电池装入重卡电池座；步骤八：重卡锁定所述另一重卡电池；步骤九：换电小车与重卡解锁后脱离重卡，完成重卡电池的更换。本发明具有部署简单，操作便捷，可靠性高，灵活性高，更换电池效率高的特点。

Description

一种新能源重卡换电方法

技术领域

本发明涉及新能源重型卡车领域，特别是涉及一种新能源重卡换电方法。

背景技术

纯电动重型卡车(重卡)有两个凸出问题：1、续航里程短，一般国内的纯电动重型卡车里程多为250km；2、充电时间过长，一般充电需时为8小时左右，即使快速充电也得需要1-2个小时，但快速充电站稀少。

随着电动卡车的普及，电动卡车的换电技术应运而生。目前市面上主流的电动重型卡车换电方案形式为半自动形式，建好换电基站，重型卡车司机将货车开至指定位置，停车位置与换电站位置偏差±10cm以内，角度≤2°，因此，对司机驾驶技术要求高，而且换电站建造成本昂贵。

因此，为了提高新能源重型卡车电池换电效率，减少人为因素导致的换电效率低下，需要进一步地探究一种更为合适的新能源重型卡车换电解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可自主更换新能源重卡电池的新能源重卡换电方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种新能源重卡换电方法，包括：

步骤一：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤二：重卡解锁重卡电池；

步骤三：换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上；

步骤四：换电小车与重卡解锁后将重卡电池送至电池站卸下；

步骤五：换电小车装载另一重卡电池行走至重卡电池座处；

步骤六：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤七：换电小车将所述另一重卡电池装入重卡电池座；

步骤八：重卡锁定所述另一重卡电池；

步骤九：换电小车与重卡解锁后脱离重卡，完成重卡电池的更换。

优选的，换电小车构建换电场所现场环境的三维地图，并将电池站、重卡、当前障碍物位置标记于三维地图中，换电小车基于所述三维地图信息导航并实时定位。

优选的，换电小车基于所述三维地图信息导航行走时，换电小车对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与检测出的当前障碍物位置进行位姿融合，输出障碍物的位姿信息，引导换电小车对障碍物进行避障。

优选的，换电小车感应周边的环境，当障碍物与换电小车距离小于等于设定距离时，换电小车执行减速、停止等待或绕行实现应急避障。

优选的，所述换电小车与重卡对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近重卡；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向重卡移动与重卡开始对接，对接到位时，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与重卡锁定，使对接机构的对接滑道与重卡电池座平齐。

优选的，所述换电小车与重卡对接时，换电小车基于三维地图导航至重卡附近并靠近重卡的电池座进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车识别重卡的对位标签，获取当前换电小车在重卡坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对重卡的位置，使换电小车垂直于重卡且与重卡电池座对齐，然后调整对接机构的对接滑道至与重卡电池座处于相同高度；

行走小车向重卡的电池座移动直至对接机构与重卡的电池座对接上；

对接机构与重卡的电池座对接后，当行走小车检测到对接的角度和距离均在预设范围内时，行走小车的锁紧销伸出与重卡的电池座锁定，完成对接锁紧步骤。

优选的，换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到重卡的电池座中；

电池抬升平台上升将电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将重卡电池移动到换电小车上；

当重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与重卡解锁包括：换电小车的锁紧销脱离重卡，换电小车移离重卡，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁。

优选的，所述换电小车为两台，一台换电小车执行所述步骤一、步骤三及步骤四；另一换电小车执行所述步骤五、步骤六、步骤七以及步骤九。

优选的，换电小车将重卡电池卸下到电池站包括：

换电小车装载重卡电池行走至电池站处；

换电小车与电池站对接并锁定；

换电小车将所述重卡电池装入电池站；

电池站锁定所述重卡电池；

换电小车与电池站解锁后移离电池站；

换电小车装载另一重卡电池包括：

换电小车与电池站对接并锁定；

电池站解锁另一重卡电池；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上；

换电小车与电池站解锁后将另一重卡电池送至重卡；

所述换电小车与电池站对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近电池站；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向电池站移动与电池站开始对接，对接到位后，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与电池站锁定，使对接机构的对接滑道与电池站平齐；

优选的，所述换电小车与电池站对接时，换电小车基于三维地图导航至电池站附近并靠近电池站进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车识别电池站的对位标签，获取当前换电小车在电池站坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对电池站的位置，使换电小车垂直于电池站，然后调整对接机构的对接滑道至与电池站处于相同高度；

行走小车向电池站移动直至对接机构与电池站对接上；

对接机构与电池站对接后，行走小车的锁紧销伸出与电池站锁定，完成对接锁紧步骤；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到电池站的另一重卡电池下；

电池抬升平台上升将另一重卡电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将另一重卡电池移动到换电小车上；

当另一重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，另一重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，另一重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与电池站解锁包括：换电小车的锁紧销脱离电池站，换电小车移离电池站，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明具有部署简单，操作便捷，可靠性高，灵活性高，更换电池效率高的特点。

2、本发明能精准定位、自动导航、自主充电、自主更换新能源重卡电池的优点。

3、本发明换电时间短，无需重卡司机驶入特定精确位置，本发明可自动导航到重卡车前更电池，重卡驶入场地内可在5min内完成换电。

4、本发明的换电小车结构紧凑小巧灵活，换电成本低；电池仓由集装箱制成，可降低电池站成本，且灵活转场；换电小车转移重卡电池重心低稳，从重卡电池底部举升转移；换电小车可360°全方位移动，具备悬挂和升降功能，可主动调整重卡电池转移过程中的车身姿态；本发明导航先进，融合多线激光雷达、视觉传感器以及超声波雷达等的组合导航方式。

附图说明

图1是本发明换电小车的结构示意图；

图2是本发明的换电小车与重卡锁定的结构示意图；

图3是本发明的电池抬升平台的结构示意图；

图4是本发明的电池抬升平台举升时的结构示意图；

图5是本发明的平台拖移机构的结构示意图；

图6是本发明的对接机构的结构示意图；

图7是本发明的对接机构与重卡对接一侧的结构示意图；

图8是本发明的行走小车的结构示意图；

图9是本发明的举升机构的结构示意图；

图10是本发明的控制电路框架示意图；

图11是本发明的换电小车与电池站对接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施列一：

如图1所示，本发明的一种新能源重卡换电机器人，包括换电小车，所述换电小车包括电池抬升平台1、行走小车2、用于对接重卡且对接后与重卡锁定的对接机构3、为本发明的换电小车提供电源的电池7以及用于将所述电池抬升平台1推至重卡电池底部和将所述电池抬升平台1从重卡电池底部拉回至对接机构3的平台拖移机构4，所述平台拖移机构4和电池抬升平台1设置在对接机构3上，所述行走小车2包括车体21以及用于将对接机构3举升至与重卡对接高度的举升机构22，所述举升机构22设置于车体21，对接机构3设置于举升机构22上。

优选的，所述电池抬升平台1包括滑轮11、底座12、用于承托重卡电池的电池托座13以及用于抬升和降下所述电池托座13的托座抬升机构14，所述滑轮11连接于底座12下部，所述托座抬升机构14设置于底座12上，电池托座13安装于托座抬升机构14上，所述底座12通过滑轮11活动连接于对接机构3上。

优选的，所述托座抬升机构14包括叉剪机构141以及用于驱动叉剪机构141上升和下降的第一推杆142，所述叉剪机构141包括两个叉剪，所述电池托座13包括两个托座131，两个托座131中的一个托座安装于一个叉剪上，另一托座安装于另一个叉剪上，两个叉剪底部均与底座12连接，第一推杆142与叉剪机构141连接。

优选的，所述平台拖移机构4包括齿条41、导轨42、齿轮43、滑块44以及将所述电池抬升平台1推出至重卡电池底部和将所述电池抬升平台1从重卡电池底部拉回至对接机构3的驱动平台45，所述驱动平台45包括平台本体451、齿轮驱动电机452以及第二推杆453，所述齿轮驱动电机452设于平台本体451上，所述齿轮驱动电机452与齿轮43连接，所述齿轮43与齿条41相啮合，第二推杆453一端与平台本体451铰接，第二推杆453另一端与电池抬升平台1铰接，所述齿条41和导轨42均与对接机构3固定连接，所述滑块44与平台本体451固定连接，所述滑块44与导轨42相配合实现滑动连接。

优选的，所述对接机构3包括承载平台31、电池导向柱32、对接锁紧机构、重卡对接导向柱33以及当对接机构3与重卡对接后与重卡电池座5平齐的对接滑道34，电池导向柱32、对接锁紧机构以及对接滑道34均设置于承载平台31上，重卡对接导向柱33设置于对接滑道34与重卡对接处，所述底座12通过滑轮11活动连接于对接滑道34表面上，使底座12能沿对接滑道34移动，实现电池抬升平台1从对接机构3移动到重卡电池座上。

优选的，对接滑道34为两个，两个对接滑道34平行设置于承载平台31上，所述滑轮11分别设置于底座12底部两侧；

电池导向柱32为四个，四个电池导向柱32对应重卡电池6四角处的凹槽设置，当重卡电池装入到承载平台31时，四个电池导向柱32分别插入到重卡电池四角处的凹槽中，使重卡电池稳定地置于承载平台31上。

所述重卡对接导向柱33呈锥台状，重卡对接导向柱33的直径沿伸出方向逐渐缩小，可实现自动纠偏的效果，保证对接滑道34与重卡准确对接。

所述重卡对接导向柱33为两个，一个重卡对接导向柱33设置于一个对接滑道34与重卡对接处，另一个重卡对接导向柱33设置于另一个对接滑道34与重卡对接处，所述对接锁紧机构包括锁销安装座351、锁紧销352以及将所述锁紧销352推出与重卡锁定和收回锁紧销352与重卡解锁的锁销推送装置353，所述锁销安装座351固定设置于承载平台31上且位于对接滑道34与重卡对接处的下方，锁紧销352安装于锁销安装座351中，锁销推送装置353与锁紧销352连接。当对接滑道34与重卡对接后，锁销推送装置353启动将锁紧销352推出，锁紧销352被推出后与重卡连接，从而锁定重卡，使本发明稳固地与重卡对接，保证重卡电池更换能顺利进行。

优选的，还包括控制器以及对接传感器36，对接传感器36用于换电小车行走至对接位置附近时识别对接位置的对位标签获取当前换电小车在位置坐标系下的位姿，引导换电小车执行对接定位；对接传感器还用于检测换电小车与重卡对接的角度和距离均是否在预设范围内时，若是，对接传感器则向控制器发出对接定位完成的对接信息，控制器则向锁销推送装置发出推出锁紧销指令，完成对接锁定。

对接传感器与控制器连接，控制器与锁销推送装置连接，对接传感器设置在对接机构；控制器接收到对接传感器对接定位完成的对接信息后锁销推送装置推出锁紧销。

优选的，还包括分别与所述控制器连接的激光雷达、视觉传感器以及超声波雷达；

激光雷达，用于根据现场环境构建三维地图、基于三维地图导航时用于换电小车的实时定位及用于换电小车基于三维地图导航时进行障碍物的避障；激光雷达可选用多线激光雷达。

视觉传感器，换电小车导航行走中，对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与三维激光雷达检测到的障碍物信息进行位姿融合后输出障碍物的位姿信息，从而引导小车进行障碍物的避障；

超声波雷达，用于换电小车在行走时，检测障碍物的距离并根据与检测障碍物的距离控制换电小车应急避障；

控制器分别与锁销推送装置353、行走小车2以及举升机构22连接。

本发明具备视觉绕障、激光雷达绕障、自动建图功能及自主充电功能，能主动与自动巡航；通过控制器实现后台管理功能；后台管理中包括任务管理模块、机器人设置模块、用户管理模块。

优选的，所述举升机构22包括举升电机221、举升柱222、换向器223以及传动轴224，所述举升柱222为四个，举升电机221与换向器223的动力输入端连接，换向器223的动力输出端通过传动轴224与四个举升柱222连接，所述举升电机221与控制器连接；

具体的，所述换向器223包括第一换向器2231、第二换向器2232以及第三换向器2233，所述传动轴224包括第一传动轴2241、第二传动轴2242、第三传动轴2243、第四传动轴2244、第五传动轴2245以及第六传动轴2246，举升电机221与第一换向器2231动力输入端连接，第一传动轴2241两端分别连接到第一换向器2231的一个动力输出端和第二换向器2232的动力输入端上，第二传动轴2242两端分别连接到第一换向器2231的另一个动力输出端和第三换向器2233的动力输入端上，第三传动轴2243两端分别连接到第二换向器2232的一个动力输出端和一个举升柱222上，第四传动轴2244两端分别连接到第二换向器2232的另一个动力输出端和一个举升柱222上，第五传动轴2245两端分别连接到第三换向器2233的一个动力输出端和一个举升柱222上，第六传动轴2246两端分别连接到第三换向器2233的另一个动力输出端和一个举升柱222上。

所述车体21上设置有四个导向柱安装座212，平台拖移机构4上对应四个导向柱安装座212的位置设置有四个在平台拖移机构4下降时与导向柱安装座212一一相配合的导向柱。

还包括电池站，所述电池站包括用于容纳装载满电和亏电的重卡电池的电池仓8以及牵引所述电池仓移动的牵引车9，所述电池仓8具有仓门81，所述仓门81可以为两个，两个仓门81分别设置在电池仓8两侧，所述换电小车可以为两台，所述充电模块可以设置于电池仓8中。当重卡需要换电时，仓门8打开，放下换电小车。电池仓8可选用集装箱制成。

实施例二：一种使用上述新能源重卡换电机器人的新能源重卡换电方法，包括：

步骤一：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤二：重卡解锁重卡电池；

步骤三：换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上；

步骤四：换电小车与重卡解锁后将重卡电池送至电池站卸下；

步骤五：换电小车装载另一重卡电池行走至重卡电池座处；

步骤六：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤七：换电小车将所述另一重卡电池装入重卡电池座；

步骤八：重卡锁定所述另一重卡电池；

步骤九：换电小车与重卡解锁后脱离重卡，完成重卡电池的更换。

优选的，所述换电小车为两台，一台换电小车执行所述步骤一、步骤三及步骤四；另一换电小车执行所述步骤五、步骤六、步骤七以及步骤九。

优选的，换电小车的激光雷达构建换电场所现场环境的三维地图，并将电池站、重卡、当前障碍物位置标记于三维地图中，换电小车基于所述三维地图信息导航并实时定位。

具体的，激光雷达选用三维激光雷达，其构建换电场所现场环境的三维地图，并将电池站的位置、重卡停放位置、当前障碍物位置等标记于三维地图中，此外，换电小车基于三维地图导航时，三维激光雷达用于换电小车的实时定位。

优选的，换电小车基于所述三维地图信息导航行走时，换电小车视觉传感器对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与激光雷达检测出的当前障碍物位置进行位姿融合，输出障碍物的位姿信息，引导换电小车对障碍物进行避障。

具体的，换电小车在导航行走中，视觉传感器对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与三维激光雷达检测出的障碍物信息进行位姿融合，最终输出障碍物的位姿信息，从而引导换电小车进行障碍物的避障；视觉传感器可选用双目相深度相机。

优选的，换电小车的超声波雷达感应周边的环境，当障碍物与换电小车距离小于等于设定距离时，换电小车执行减速、停止等待或绕行实现应急避障。

具体的，针对近距离障碍物、倒车或在一些比较狭窄的道路上行走时，超声波雷达感应周边的环境，避免换电小车与障碍物发生碰撞，当障碍物与换电小车过分靠近时进行应急避障，即减速、停止等待或绕行从而避开障碍物。

优选的，所述换电小车与重卡对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近重卡；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向重卡移动与重卡开始对接，对接到位时换电小车的对接传感器被触发，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与重卡锁定，使对接机构的对接滑道与重卡电池座平齐。

优选的，所述换电小车与重卡对接时，换电小车基于三维地图导航至重卡附近并靠近重卡的电池座进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车的对接传感器识别重卡的对位标签，获取当前换电小车在重卡坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对重卡的位置，使换电小车垂直于重卡的电池座，然后调整对接机构的对接滑道至与重卡电池座处于相同高度；

行走小车向重卡的电池座移动直至对接机构与重卡的电池座对接上；

对接机构与重卡的电池座对接后，行走小车的锁紧销伸出与重卡的电池座锁定，完成对接锁紧步骤。

具体的，换电小车与重卡电池座5对接时，换电小车基于三维地图导航至重卡电池座5附近并靠近重卡电池座5进行对接前定位，然后，举升机构22启动，对接机构3升起后，对接传感器通过识别重卡的对位标签，然后获取当前换电小车在重卡坐标系下的位姿，从而引导换电小车进行二次精准定位，即对接定位；对接定位过程首先是调整换电小车相对重卡的位置，使换电小车垂直于重卡，平行对齐重卡电池座5，然后调整对接机构3的高度，使对接机构3的对接滑道34与重卡电池座5平齐，即,使两者处于相同高度。此时，控制器向行走小车2发送行走指令，行走小车2慢慢向重卡电池座5移动直至对接机构3与重卡电池座5对接上，当对接传感器检测到对接的角度和距离均在预设范围内时，对接传感器向控制器发出对接定位完成的对接信息，控制器则向锁销推送装置发出推出锁紧销指令，完成对接锁定步骤。

具体的，换电小车工作时，首先，对接机构3与重卡电池座5对接并锁紧，具体的，在控制器的控制下，行走小车2移动至重卡电池座5附近，然后，举升机构22启动，四个举升柱222上升将对接机构3抬升，直至对接机构3的对接滑道34与重卡电池座5平齐，接着行走小车2缓缓移动使重卡对接导向柱33插入重卡电池座5的重卡对接座，由于重卡对接导向柱33呈锥台状，因此，在重卡对接导向柱33与重卡电池座5的重卡对接座连接时，可实现自动对中纠偏，从而实现准确对接。对接机构3与重卡电池座5对接后，锁销推送装置353将锁紧销352推出使锁紧销352与重卡电池座5连接，从而固定对接机构3与重卡电池座5；

重卡解锁重卡电池6，即重卡解锁亏电的重卡电池；

优选的，换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到重卡的电池座中；

电池抬升平台上升将电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将重卡电池移动到换电小车上；

当重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与重卡解锁包括：换电小车的锁紧销脱离重卡，换电小车移离重卡，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁。

取下重卡电池，具体的，对接机构3与重卡电池座5锁紧后，齿轮驱动电机452启动齿轮43转动，平台拖移机构4向重卡电池座5方向移动从而推动电池抬升平台1在对接滑道34上移动到重卡电池座5上，具体的，对接滑道34移动到重卡电池6下方，托座抬升机构14启动，电池托座13上升抬起重卡电池6，重卡电池6脱离重卡电池座5，齿轮驱动电机452反向转动，平台拖移机构4向远离重卡电池座5方向移动从而将电池抬升平台1从重卡电池座5上拉回到对接机构3上，托座抬升机构14下降，重卡电池6随电池托座13下降到承载平台31上，与此同时，位于重卡电池6四角的凹槽配合到四个电池导向柱32上，重卡电池6取下完成；

接着，对接机构3与重卡电池座5解锁并脱离，锁销推送装置353将锁紧销352抽回，对接机构3与重卡电池座5解除锁定，行走小车2启动使重卡对接导向柱33从重卡电池座5中抽出，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁；

优选的，换电小车将重卡电池卸下到电池站包括：

换电小车装载重卡电池行走至电池站处；

换电小车与电池站对接并锁定；

换电小车将所述重卡电池装入电池站；

电池站锁定所述重卡电池并进行充电；

换电小车与电池站解锁后移离电池站；

换电小车装载另一重卡电池包括：

换电小车与电池站对接并锁定；

电池站解锁另一重卡电池；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上；

换电小车与电池站解锁后将另一重卡电池送至重卡；

所述换电小车与电池站对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近电池站；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向电池站移动与电池站开始对接，对接到位时换电小车的对接传感器被触发，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与电池站锁定，使对接机构的对接滑道与电池站平齐；

优选的，所述换电小车与电池站对接时，换电小车基于三维地图导航至电池站附近并靠近电池站进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车的对接传感器识别电池站的对位标签，获取当前换电小车在电池站坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对电池站的位置，使换电小车垂直于电池站，然后调整对接机构的对接滑道至与电池站处于相同高度；

行走小车向电池站移动直至对接机构与电池站对接上；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到电池站的另一重卡电池下；

电池抬升平台上升将另一重卡电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将另一重卡电池移动到换电小车上；

当另一重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，另一重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，另一重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与电池站解锁包括：换电小车的锁紧销脱离电池站，换电小车移离电池站，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁。

具体的，行走小车2向电池站移动，当行走小车2靠近电池站电池存放空间时，对接机构3与电池站对接并锁紧，具体过程与上述对接机构3与重卡电池座5对接并锁紧过程相似，行走小车2移动至电池站附近，然后，举升机构22启动，四个举升柱222上升将对接机构3抬升，直至对接机构3的对接滑道34与电池站平齐，接着行走小车2缓缓移动使重卡对接导向柱33插入电池站。对接机构3与电池站对接后，锁销推送装置353将锁紧销352推出使锁紧销352与电池站连接，从而固定对接机构3与电池站；

对接机构3与电池站锁紧后，托座抬升机构14启动，电池托座13上升抬起重卡电池6，重卡电池6与四个电池导向柱32脱离，重卡电池6被电池托座13从承载平台31上抬起，平台拖移机构4向电池站方向移动从而将重卡电池6移进电池站，重卡电池6移进电池站后托座抬升机构14下降将重卡电池6放置到电池站中，完成后，平台拖移机构4反向移动带动电池抬升平台1返回对接机构3上；

对接机构3与电池站解锁并脱离，锁销推送装置353将锁紧销352抽回，对接机构3与电池站解除锁定，行走小车2启动使重卡对接导向柱33从电池站中抽出，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁，重卡电池6回收完成；

在电池站取满电的另一重卡电池(以下称为“满电电池”)，行走小车2移动到电池站满电电池所在位置，举升机构22启动，四个举升柱222上升将对接机构3抬升，直至对接机构3的对接滑道34与电池站平齐，接着行走小车2缓缓移动使重卡对接导向柱33插入电池站，对接机构3与电池站对接后，锁销推送装置353将锁紧销352推出使锁紧销352与电池站连接，从而固定对接机构3与电池站；

齿轮驱动电机452启动，平台拖移机构4向电池站方向移动从而推动电池抬升平台1在对接滑道34上移动到电池站上，具体的，对接滑道34移动到满电电池下方，托座抬升机构14启动，电池托座13上升抬起满电电池，满电电池脱离电池站，齿轮驱动电机452反向转动，平台拖移机构4向远离电池站方向移动从而将电池抬升平台1从电池站上拉回到对接机构3上，托座抬升机构14下降，满电电池随电池托座13下降到承载平台31上，与此同时，位于满电电池四角的凹槽配合到四个电池导向柱32上；

对接机构3与电池站解锁并脱离，锁销推送装置353将锁紧销352抽回，对接机构3与电池站解除锁定，行走小车2启动使重卡对接导向柱33从电池站中抽出，完成解除，满电电池取下完成；

行走小车2载着满电电池向重卡移动，当行走小车2靠近重卡电池座5时，举升机构22启动，举升柱222上升将对接机构3抬升，直至对接机构3的对接滑道34与重卡电池座5平齐，接着行走小车2缓缓移动使重卡对接导向柱33插入重卡电池座5。对接机构3与重卡电池座5对接后，锁销推送装置353将锁紧销352推出使锁紧销352与重卡电池座5连接，从而固定对接机构3与重卡电池座5；

对接机构3与重卡电池座5锁紧后，托座抬升机构14启动，电池托座13上升抬起满电电池，满电电池与四个电池导向柱32脱离，满电电池被电池托座13从承载平台31上抬起，平台拖移机构4向重卡电池座5方向移动从而将满电电池移进重卡电池座5，满电电池移进重卡电池座5后托座抬升机构14下降将满电电池放置到重卡电池座5中，完成后，平台拖移机构4反向移动带动电池抬升平台1返回对接机构3上；

对接机构3与重卡电池座5解锁并脱离，锁销推送装置353将锁紧销352抽回，对接机构3与重卡电池座5解除锁定，行走小车2启动使重卡对接导向柱33从重卡电池座5中抽出，完成解除，满电电池装入重卡电池座5完成；

行走小车2移动至充电模块充电或待机。

当本发明选用两台换电小车时，上述从重卡上取下重卡电池和将重卡电池装入电池站可由一台换电小车处理，与此同时另一台换电小车处理上述从电池站取下满电电池和将满电电池装上重卡，可减少一半的换电时间，提高效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种新能源重卡换电方法，其特征在于，包括：

新能源重卡换电机器人，包括换电小车，所述换电小车包括电池抬升平台、行走小车、用于对接重卡且对接后与重卡锁定的对接机构、为换电小车提供电源的电池以及用于将所述电池抬升平台推至重卡电池底部和将所述电池抬升平台从重卡电池底部拉回至对接机构的平台拖移机构，所述平台拖移机构和电池抬升平台设置在对接机构上，所述行走小车包括车体以及用于将对接机构举升至与重卡对接高度的举升机构，所述举升机构设置于车体上，对接机构设置于举升机构上；

所述电池抬升平台包括滑轮、底座、用于承托重卡电池的电池托座以及用于抬升和降下所述电池托座的托座抬升机构，所述滑轮连接于底座下部，所述托座抬升机构设置于底座上，电池托座安装于托座抬升机构上，所述底座通过滑轮活动连接于对接机构上；

所述托座抬升机构包括叉剪机构以及用于驱动叉剪机构上升和下降的第一推杆，所述叉剪机构包括两个叉剪，所述电池托座包括两个托座，两个托座中的一个托座安装于一个叉剪上，另一托座安装于另一个叉剪上，两个叉剪底部均与底座连接，第一推杆与叉剪机构连接；

所述平台拖移机构包括齿条、导轨、齿轮、滑块以及将所述电池抬升平台推出至重卡电池底部和将所述电池抬升平台从重卡电池底部拉回至对接机构的驱动平台，所述驱动平台包括平台本体、齿轮驱动电机以及第二推杆，所述齿轮驱动电机设于平台本体上，所述齿轮驱动电机与齿轮连接，所述齿轮与齿条相啮合，第二推杆一端与平台本体铰接，第二推杆另一端与电池抬升平台铰接，所述齿条和导轨均与对接机构固定连接，所述滑块与平台本体固定连接，所述滑块与导轨相配合实现滑动连接；

所述对接机构包括承载平台、电池导向柱、对接锁紧机构、重卡对接导向柱以及当对接机构与重卡对接后与重卡电池座平齐的对接滑道，电池导向柱、对接锁紧机构以及对接滑道均设置于承载平台上，重卡对接导向柱设置于对接滑道与重卡对接处，所述底座通过滑轮活动连接于对接滑道表面上，使底座能沿对接滑道移动，实现电池抬升平台从对接机构移动到重卡电池座上；

对接滑道为两个，两个对接滑道平行设置于承载平台上，所述滑轮分别设置于底座底部两侧；

电池导向柱为四个，四个电池导向柱对应重卡电池四角处的凹槽设置，当重卡电池装入到承载平台时，四个电池导向柱分别插入到重卡电池四角处的凹槽中，使重卡电池稳定地置于承载平台上；

所述重卡对接导向柱呈锥台状，重卡对接导向柱的直径沿伸出方向逐渐缩；

所述重卡对接导向柱为两个，一个重卡对接导向柱设置于一个对接滑道与重卡对接处，另一个重卡对接导向柱设置于另一个对接滑道与重卡对接处，所述对接锁紧机构包括锁销安装座、锁紧销以及将所述锁紧销推出与重卡锁定和收回锁紧销与重卡解锁的锁销推送装置，所述锁销安装座固定设置于承载平台上且位于对接滑道与重卡对接处的下方，锁紧销安装于锁销安装座中，锁销推送装置与锁紧销连接；当对接滑道与重卡对接后，锁销推送装置启动将锁紧销推出，锁紧销被推出后与重卡连接，从而锁定重卡；

还包括控制器以及对接传感器，对接传感器用于换电小车行走至对接位置附近时识别对接位置的对位标签获取当前换电小车在位置坐标系下的位姿，引导换电小车执行对接定位；对接传感器还用于检测换电小车与重卡对接的角度和距离均是否在预设范围内时，若是，对接传感器则向控制器发出对接定位完成的对接信息，控制器则向锁销推送装置发出推出锁紧销指令，完成对接锁定；

对接传感器与控制器连接，控制器与锁销推送装置连接，对接传感器设置在对接机构；控制器接收到对接传感器对接定位完成的对接信息后锁销推送装置推出锁紧销；

还包括分别与所述控制器连接的激光雷达、视觉传感器以及超声波雷达；

激光雷达，用于根据现场环境构建三维地图、基于三维地图导航时用于换电小车的实时定位及用于换电小车基于三维地图导航时进行障碍物的避障；激光雷达选用多线激光雷达；

视觉传感器，换电小车导航行走中，对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与三维激光雷达检测到的障碍物信息进行位姿融合后输出障碍物的位姿信息，从而引导小车进行障碍物的避障；

超声波雷达，用于换电小车在行走时，检测障碍物的距离并根据与检测障碍物的距离控制换电小车应急避障；

控制器分别与锁销推送装置、行走小车以及举升机构连接；

所述视觉绕障、激光雷达绕障、自动建图功能及自主充电功能，能主动与自动巡航；通过控制器实现后台管理功能；后台管理中包括任务管理模块、机器人设置模块以及用户管理模块；

所述举升机构包括举升电机、举升柱、换向器以及传动轴，所述举升柱为四个，举升电机与换向器的动力输入端连接，换向器的动力输出端通过传动轴与四个举升柱连接，所述举升电机与控制器连接；

所述换向器包括第一换向器、第二换向器以及第三换向器，所述传动轴包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴、第五传动轴以及第六传动轴，举升电机与第一换向器动力输入端连接，第一传动轴两端分别连接到第一换向器的一个动力输出端和第二换向器的动力输入端上，第二传动轴两端分别连接到第一换向器的另一个动力输出端和第三换向器的动力输入端上，第三传动轴两端分别连接到第二换向器的一个动力输出端和一个举升柱上，第四传动轴两端分别连接到第二换向器的另一个动力输出端和一个举升柱上，第五传动轴两端分别连接到第三换向器的一个动力输出端和一个举升柱上，第六传动轴两端分别连接到第三换向器的另一个动力输出端和一个举升柱上；

所述车体上设置有四个导向柱安装座，平台拖移机构上对应四个导向柱安装座的位置设置有四个在平台拖移机构下降时与导向柱安装座一一相配合的导向柱；

包括以下步骤：

步骤一：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤二：重卡解锁重卡电池；

步骤三：换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上；

步骤四：换电小车与重卡解锁后将重卡电池送至电池站卸下；

步骤五：换电小车装载另一重卡电池行走至重卡电池座处；

步骤六：换电小车与重卡对接并锁定；

步骤七：换电小车将所述另一重卡电池装入重卡电池座；

步骤八：重卡锁定所述另一重卡电池；

步骤九：换电小车与重卡解锁后脱离重卡，完成重卡电池的更换；

换电小车构建换电场所现场环境的三维地图，并将电池站、重卡、当前障碍物位置标记于三维地图中，换电小车基于所述三维地图信息导航并实时定位；

换电小车基于所述三维地图信息导航行走时，换电小车对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与检测出的当前障碍物位置进行位姿融合，输出障碍物的位姿信息，引导换电小车对障碍物进行避障；

换电小车感应周边的环境，当障碍物与换电小车距离小于等于设定距离时，换电小车执行减速、停止等待或绕行实现应急避障；

激光雷达构建换电场所现场环境的三维地图，并将电池站的位置、重卡停放位置、当前障碍物位置标记于三维地图中，换电小车基于三维地图导航时，三维激光雷达用于换电小车的实时定位；

换电小车在导航行走中，视觉传感器对障碍物进行视觉检测并发布障碍物的标签及位姿信息，并与三维激光雷达检测出的障碍物信息进行位姿融合，最终输出障碍物的位姿信息，从而引导换电小车进行障碍物的避障；

针对近距离障碍物、倒车或在狭窄道路上行走时，超声波雷达感应周边的环境，避免换电小车与障碍物发生碰撞，当障碍物与换电小车靠近时进行应急避障，即减速、停止等待或绕行从而避开障碍物；

所述换电小车与重卡对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近重卡；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向重卡移动与重卡开始对接，对接到位时，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与重卡锁定，使对接机构的对接滑道与重卡电池座平齐；

所述换电小车与重卡对接时，换电小车基于三维地图导航至重卡附近并靠近重卡的电池座进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车识别重卡的对位标签，获取当前换电小车在重卡坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对重卡的位置，使换电小车垂直于重卡且与重卡电池座对齐，然后调整对接机构的对接滑道至与重卡电池座处于相同高度；

行走小车向重卡的电池座移动直至对接机构与重卡的电池座对接上；

对接机构与重卡的电池座对接后，当行走小车检测到对接的角度和距离均在预设范围内时，行走小车的锁紧销伸出与重卡的电池座锁定，完成对接锁紧步骤；

换电小车将重卡电池从重卡移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到重卡的电池座中；

电池抬升平台上升将电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将重卡电池移动到换电小车上；

当重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与重卡解锁包括：换电小车的锁紧销脱离重卡，换电小车移离重卡，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁；

具体的，行走小车向电池站移动，当行走小车靠近电池站电池存放空间时，对接机构与电池站对接并锁紧，具体过程与上述对接机构与重卡电池座对接并锁紧过程相同，行走小车移动至电池站附近，然后，举升机构启动，四个举升柱上升将对接机构抬升，直至对接机构的对接滑道与电池站平齐，接着行走小车移动使重卡对接导向柱插入电池站；对接机构与电池站对接后，锁销推送装置将锁紧销推出使锁紧销与电池站连接，从而固定对接机构与电池站；

对接机构与电池站锁紧后，托座抬升机构启动，电池托座上升抬起重卡电池，重卡电池与四个电池导向柱脱离，重卡电池被电池托座从承载平台上抬起，平台拖移机构向电池站方向移动从而将重卡电池移进电池站，重卡电池移进电池站后托座抬升机构下降将重卡电池放置到电池站中，完成后，平台拖移机构反向移动带动电池抬升平台返回对接机构上；

对接机构与电池站解锁并脱离，锁销推送装置将锁紧销抽回，对接机构与电池站解除锁定，行走小车启动使重卡对接导向柱从电池站中抽出，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁，重卡电池回收完成；

在电池站取满电的另一重卡的满电电池，行走小车移动到电池站满电电池所在位置，举升机构启动，四个举升柱上升将对接机构抬升，直至对接机构的对接滑道与电池站平齐，接着行走小车移动使重卡对接导向柱插入电池站，对接机构与电池站对接后，锁销推送装置将锁紧销推出使锁紧销与电池站连接，从而固定对接机构与电池站；

齿轮驱动电机启动，平台拖移机构向电池站方向移动从而推动电池抬升平台在对接滑道上移动到电池站上，具体的，对接滑道移动到满电电池下方，托座抬升机构启动，电池托座上升抬起满电电池，满电电池脱离电池站，齿轮驱动电机反向转动，平台拖移机构向远离电池站方向移动从而将电池抬升平台从电池站上拉回到对接机构上，托座抬升机构下降，满电电池随电池托座下降到承载平台上，与此同时，位于满电电池四角的凹槽配合到四个电池导向柱上；

对接机构与电池站解锁并脱离，锁销推送装置将锁紧销抽回，对接机构与电池站解除锁定，行走小车启动使重卡对接导向柱从电池站中抽出，完成解除，满电电池取下完成；

行走小车载着满电电池向重卡移动，当行走小车靠近重卡电池座时，举升机构启动，举升柱上升将对接机构抬升，直至对接机构的对接滑道与重卡电池座平齐，接着行走小车移动使重卡对接导向柱插入重卡电池座；对接机构与重卡电池座对接后，锁销推送装置将锁紧销推出使锁紧销与重卡电池座连接，从而固定对接机构与重卡电池座；

对接机构与重卡电池座锁紧后，托座抬升机构启动，电池托座上升抬起满电电池，满电电池与四个电池导向柱脱离，满电电池被电池托座从承载平台上抬起，平台拖移机构向重卡电池座方向移动从而将满电电池移进重卡电池座，满电电池移进重卡电池座后托座抬升机构下降将满电电池放置到重卡电池座中，完成后，平台拖移机构反向移动带动电池抬升平台返回对接机构上；

对接机构与重卡电池座解锁并脱离，锁销推送装置将锁紧销抽回，对接机构与重卡电池座解除锁定，行走小车启动使重卡对接导向柱从重卡电池座中抽出，完成解除，满电电池装入重卡电池座完成；

换电小车将重卡电池卸下到电池站包括：

换电小车装载重卡电池行走至电池站处；

换电小车与电池站对接并锁定；

换电小车将所述重卡电池装入电池站；

电池站锁定所述重卡电池；

换电小车与电池站解锁后移离电池站；

换电小车装载另一重卡电池包括：

换电小车与电池站对接并锁定；

电池站解锁另一重卡电池；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上；

换电小车与电池站解锁后将另一重卡电池送至重卡；

所述换电小车与电池站对接并锁定包括：

换电小车垂直靠近电池站；

换电小车的对接机构抬升；

换电小车向电池站移动与电池站开始对接，对接到位后，换电小车停止移动，换电小车的锁紧销推出与电池站锁定，使对接机构的对接滑道与电池站平齐；

所述换电小车与电池站对接时，换电小车基于三维地图导航至电池站附近并靠近电池站进行对接前定位；

举升机构升起后，换电小车识别电池站的对位标签，获取当前换电小车在电池站坐标系下的位姿，引导换电小车调整换电小车相对电池站的位置，使换电小车垂直于电池站，然后调整对接机构的对接滑道至与电池站处于相同高度；

行走小车向电池站移动直至对接机构与电池站对接上；

对接机构与电池站对接后，行走小车的锁紧销伸出与电池站锁定，完成对接锁紧步骤；

换电小车将另一重卡电池从电池站移至换电小车上包括：

换电小车的电池抬升平台在对接滑道上移动到电池站的另一重卡电池下；

电池抬升平台上升将另一重卡电池抬起；

电池抬升平台移回对接滑道将另一重卡电池移动到换电小车上；

当另一重卡电池移动到换电小车上，电池抬升平台下降，另一重卡电池配合到换电小车的电池导向柱上，另一重卡电池定位于换电小车上；

所述换电小车与电池站解锁包括：换电小车的锁紧销脱离电池站，换电小车移离电池站，换电小车的对接机构下降复位，完成解锁。

2.根据权利要求1所述的新能源重卡换电方法，其特征在于，所述换电小车为两台，一台换电小车执行所述步骤一、步骤三及步骤四；另一换电小车执行所述步骤五、步骤六、步骤七以及步骤九。