CN116901779B - 一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源设备技术领域，涉及一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人。所述龙门悬臂机器人被设置在所述换电站的箱体的内部，所述龙门悬臂机器人具有朝向所述换电站箱体的第一侧伸出的悬臂，所述龙门悬臂机器人的顶部到所述换电站箱体的底部之间的高度H的范围为：H2+H3+H4+ΔH≤H＜H1，其中，H1为标准集装箱的内部高度；H2为当吊具上升到最高点时，从悬臂顶部到吊具的吊钩底部的高度；H3为电池箱的高度；H4为换电站内的电池箱底托的导向装置的顶部到换电站箱体的底部的高度；ΔH为一预设值。这样就解决了现有充换电站存在的高度无法降低导致的建造成本较高的问题。

Description

一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人

技术领域

本发明涉及新能源设备技术领域，具体而言，涉及一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人。

背景技术

新能源车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，是目前流行最广、节能环保的绿色出行交通工具，一种是通过充电桩进行充电，就算使用快充，通常充满电也需要一到二个小时；另一种是直接更换电池进行使用，即换电站，换电站是新能源车更换电池的地方，相较于充电桩更加快捷便利。

现有的换电站采用吊装换电机器人，需要配套设置在充换电站内及车辆换电空间内延伸的机器人运行轨道，吊装换电机器人在轨道上运行，移动至车辆的电池箱上方之后，将车辆上的电池箱吊起，再运送至充换电站内。由于吊装换电机器人运行轨道是固定设置不可移动的，所以轨道的高度必须高于所有型号新能源车的运载货物的最高高度，如此才能够保证所有的新能源车在更换完电池箱之后，继续向前移动开出充换电站而不会发生磕碰。因此，充换电站的整体高度无法降低，充换电站整体必须采用两个集装箱上下拼接而成，使得换电站的建造成本提高，安装定位困难。

发明内容

为解决现有充换电站存在的高度无法降低导致的建造成本较高的问题，本发明提供了一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人。

第一方面，本发明提供了一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，包括：所述龙门悬臂机器人被设置在所述换电站的箱体的内部，所述龙门悬臂机器人具有朝向所述换电站箱体的第一侧伸出的悬臂，所述龙门悬臂机器人的顶部到所述换电站箱体的底部之间的高度H的范围为：

H2+H3+H4+ΔH≤H＜H1，

其中，H1为标准集装箱的内部高度；

H2为当吊具上升到最高点时，从悬臂顶部到吊具的吊钩底部的高度；

H3为电池箱的高度；

H4为换电站内的电池箱底托的导向装置的顶部到换电站箱体的底部的高度；

ΔH为一预设值。

在一些实施例中，所述龙门悬臂机器人包括龙门架，所述龙门架在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的第一侧的开口处；所述第二位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的相对于第一侧的第二侧；

当所述龙门架位于第一位置时，所述吊具位于车架上的电池箱的顶部上方，且所述悬臂的顶部距离地面的高度h的范围为：H2+H3+h4+ΔH≤h，其中，h4为车架上的电池箱底托的导向装置的顶部到地面的高度；

当所述龙门架位于第二位置时，所述吊具位于换电站最内侧的充电位置上方。

在一些实施例中，还包括第一轨道组件，所述第一轨道组件沿换电站的长度方向设置在换电站箱体底部两侧；龙门架和第一轨道组件滑动连接；所述第一位置位于第一轨道组件靠近换电站的第一侧的端部，所述第二位置位于第一轨道组件的靠近换电站的第二侧的端部。

在一些实施例中，所述龙门架的底部设置滚轮连接座，所述滚轮连接座的左侧向下延伸出第一支板，右侧向下延伸出第二支板，第一支板和第二支板的中心各设有一个第一通孔，第一滚轮轴的两端分别穿过这两个第一通孔，第一滚轮转动地设置在第一滚轮轴上，第一滚轮的底部与所述第一轨道组件的轨道的顶面抵接。

在一些实施例中，所述滚轮连接座上还设置有防倾翻装置，包括：固定设置在第一支板左侧的第一支架，固定设置在第二支板右侧的第二支架，所述第一支架具有固定部和支撑部，所述固定部为一凹形平板，与所述第一支板固定连接；所述支撑部从所述固定部的底部朝向第一轨道组件下方倾斜延伸，所述支撑部的中心设置有第二通孔，所述第二通孔内设置第二滚轮轴，所述第二滚轮可转动地设置于第二滚轮轴上，所述第二滚轮位于所述第一轨道组件的下方，且所述第二滚轮的顶部与所述第一轨道组件的下表面抵接；所述第二支架与所述第一支架结构相同，彼此镜面对称设置。

在一些实施例中，所述第一轨道组件的轨道的横截面为T型，其顶部两侧的下表面分别为第一下表面和第二下表面，所述第一下表面和第二下表面均与水平面之间具有一夹角，所述轨道的两侧的第二滚轮的轴线分别与第一下表面和第二下表面平行。

在一些实施例中，所述第一轨道组件的轨道的横截面为工字型，其顶部两侧的下表面分别为第三下表面和第四下表面，所述第三下表面和第四下表面均与水平面之间有一夹角，所述轨道的两侧的第二滚轮的轴线分别与所述第三下表面和第四下表面平行；所述轨道的底部横向部分与竖直部分连接处左侧设置有第一凹槽，右侧设置有第二凹槽，所述轨道左侧的所述第二滚轮的端部卡入所述第一凹槽内，所述轨道右侧的所述第二滚轮的端部卡入所述第二凹槽内。

在一些实施例中，所述悬臂具有工作端和非工作端，其中，所述悬臂的非工作端与龙门架顶部的横梁滑动连接，带动整个悬臂沿所述龙门架的横梁的长度方向滑动；所述悬臂的工作端为所述悬臂靠近所述换电站箱体的第一侧的端部，其下方设置有吊具。

在一些实施例中，所述悬臂的非工作端的顶部设置有升降驱动机构，所述升降驱动机构通过钢丝绳驱动吊具升降。

在一些实施例中，所述悬臂由两根矩形钢管以及多块连接板组成，两根所述矩形钢管平行间隔设置，沿所述悬臂的长度方向延伸，多块所述连接板均具有第一端和第二端，所述连接板的第一端与所述两根矩形钢管中的一根固定连接，所述连接板的第二端与所述两根矩形钢管中的另一根固定连接，多块所述连接板沿着所述两根矩形钢管的长度向方向均布。

在一些实施例中，两根所述矩形钢管与所述龙门架顶部连接的位置附近设置有加强板，所述加强板具有互相垂直的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分附接在所述矩形钢管的底部，所述第二部分附接在所述矩形钢管的侧面。

在一些实施例中，所述龙门架的两侧均为由钢柱组成的矩形框体，该矩形框体沿所述第一轨道组件长度方向上的尺寸L1与悬臂长度L2之间的关系为：L1/L2≥1/3。

在一些实施例中，沿龙门架的宽度方向，所述龙门架上位于横梁的两端分别设置有一个限位装置，所述限位装置具有一个距离L3，所述悬臂的宽度L4与所述龙门架的宽度L5之间的关系为：L4≤（L5－2×L3）/3。

在一些实施例中，所述龙门架的矩形框体上设置有龙门架驱动电机，以及减速传动机构，所述龙门架驱动电机与所述减速传动机构传动连接，所述减速传动机构与所述龙门架传动连接，使得所述龙门架整体沿着第一轨道往复移动。

为解决现有充换电站存在建造成本较高的问题，本发明有以下优点：

本发明的换电站通过对龙门悬臂机器人的结构尺寸设计，以实现换电站被设计成一个标准集装箱，即降低了整个换电站的整体高度，即降低了换电站的运输、安装难度，从而降低了换电站的建造成本。

附图说明

图1示出了一种用于新能源车辆换电站的结构示意图；

图2示出了图1中所示箱体内部的龙门悬臂机器人的另一角度的结构示意图；

图3示出了图2中所示箱体底部与龙门悬臂机器人相配合的结构示意图；

图4示出了图2中所示箱体底部与龙门悬臂机器人相配合的第二角度的结构示意图；

图5示出了图4中所示线圈A内的结构示意图。

附图标记：01-箱体；11-第一侧；111-第一开口；12-第二侧；13-底部；14-第一轨道组件；141-轨道；02-龙门悬臂机器人；21-悬臂；211-工作端；212-非工作端；21-矩形钢管；214-连接板；215-加强板；2151-第一部分；2152-第二部分；216-升降驱动机构；217-钢丝绳；22-龙门架；22-矩形框体；222-横梁；223-龙门架驱动电机；224-减速传动机构；225-滚轮连接座；2251-第一支板；2252-第二支板；2253-第一滚轮轴；2254-第一滚轮；226-防倾翻装置；2261-第一支架；22611-固定部；22612-支撑部；22613-第二滚轮轴；22614-第二滚轮；2262-第二支架；03-吊具；31-吊钩；32-固接部。

具体实施方式

现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本实施例公开了一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人02，如图1至图4所示，包括：所述龙门悬臂机器人02被设置在所述换电站的箱体01的内部，所述龙门悬臂机器人02具有朝向所述换电站箱体01的第一侧11伸出的悬臂21，所述龙门悬臂机器人02的顶部到所述换电站箱体01的底部13之间的高度H的范围为：H2+H3+H4+ΔH≤H＜H1，其中，H1为标准集装箱的内部高度；

H2为当吊具03上升到最高点时，从悬臂21顶部到吊具03的吊钩31底部的高度；

H3为电池箱的高度；

H4为换电站内的电池箱底托的导向装置的顶部到换电站箱体01的底部13的高度；

ΔH为一预设值。

在本实施例中，换电站包括一个箱体01，箱体01呈矩形体状，是一个标准集装箱，箱体01内部设置有龙门悬臂机器人02，及位于箱体01底部13的多个充电位置，每个充电位置上均安置有电池箱底托，且电池箱底托上设置有配合电池箱充电使用的充电接口，用以给电池箱内安置的电池进行充电，实现放置于充电位置上的电池箱处于满载状态。其中，电池箱底托上设置有导向装置，以便于将电池箱能快速的安放于充电位置上，提升换电站的使用效率。本申请中，电池箱的顶部设置有配合吊钩31使用的抓取部位，该抓取部位可以为悬梁，或其他结构，本申请并不以此为限制。

在本实施例中，ΔH值的预设置，使龙门悬臂机器人02的悬臂21上设置的吊具03在吊取电池箱并在箱体01内部移动时，使吊具03吊取的电池箱不会碰触到箱体01内部的充电位置的电池箱底托上的导向装置上。

同时，ΔH值的预设置，使得龙门悬臂机器人02的悬臂21上的吊具03可以适用于起吊不同型号车辆上的电池箱，从而使得车架的高度在一个常规的范围内时，起吊的电池箱在运输的过程中均不会磕碰到车架上的底托的导向装置。

此外，还可避免车辆倾斜或歪斜、电池箱在运输过程中的摆动或者晃动带来的可能的磕碰。

进一步的，龙门悬臂机器人02上设置有升降驱动机构216，升降驱动机构216用以驱动吊具03上升或下降，吊具03的吊钩31用于钩住电池箱，以带动电池箱沿上下方向移动。其中，当控制升降驱动机构216驱使吊具03下降，使吊具03移动至放置于其中一个充电位置上的电池箱上方时，吊具03的吊钩31会钩住电池箱的抓取部位，然后控制升降驱动机构216驱使吊具03上升，以完成箱体01内部的电池箱的吊起操作。

以上结构设置，可以实现降低箱体01的整体高度，同时还可以使龙门悬臂机器人02在箱体01内实现吊取电池箱的操作。

在一些实施例中，如图2所示，所述龙门悬臂机器人02包括龙门架22，所述龙门架22在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的第一侧11的开口处；所述第二位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的相对于第一侧11的第二侧12；

当所述龙门架22位于第一位置时，所述吊具03位于车架上的电池箱的顶部上方，且所述悬臂21的顶部距离地面的高度h的范围为：H2+H3+h4+ΔH≤h，其中，h4为车架上的电池箱底托的导向装置的顶部到地面的高度；

当所述龙门架22位于第二位置时，所述吊具03位于换电站最内侧的充电位置上方。

在本实施例中，如图1所示，换电站包括一个车辆换电空间，车辆换电空间位于箱体01的第一侧11外部设置，车辆换电空间用于停放需要更换电池箱或充电的电动车辆。箱体01靠进车辆换电空间的一侧（即第一侧11）设置有第一开口111，龙门悬臂机器人02的悬臂21可从第一开口111伸出于该箱体01之外。

通过上述结构设置，当电动车辆需要更换电池箱时，龙门架22移动至第一位置，使悬臂21从第一开口111伸出于该箱体01之外，并伸入到电动车辆的车架所装载电池箱的上方，通过控制升降驱动机构216驱使吊具03下降，使吊具03移动至电池箱的上方，吊具03的吊钩31会钩住电池箱的抓取部位，然后控制升降驱动机构216驱使吊具03上升并移动至最高点位置，然后控制龙门架22移动至第二位置，此时吊具03吊取的电池箱位于箱体01内部的缓冲位置的上方，再通过控制升降驱动机构216以驱动吊具03下降，使电池箱放置于缓冲位置的电池箱底托上，此时已完成将位于电动车辆的车架所装载的电池箱吊起的操作。本申请中，缓冲位置供换下来的电池箱临时摆放，缓冲位置的电池箱底托上也可以设置有充电接口，便于给放置于缓冲位置的电池箱充电，以提高换电站的使用效率。

进一步的，当吊具03将需要更换的电池箱安放在缓冲位置上后，通过控制升降驱动机构216将未吊有电池箱的吊具03上升，并控制龙门架22移动至第一位置和第二位置之间的位置处，再控制悬臂移动到龙门架的两侧中的一侧，使得吊具03位于某个充电位置的电池箱的上方，再通过控制升降驱动机构216驱使吊具03下降，通过吊钩31吊取已充满载电量的电池箱，再通过控制升降驱动机构216驱动吊具03上升并移动至最高点的位置，迫使电池箱脱离该充电位置，再控制悬臂移动到龙门架的横梁的正中间的位置，然后控制龙门架22移动至第一位置处，并使电池箱移动至电动车辆的车架上方，再次通过控制升降机构驱使吊具03下降，然后将电池箱安装至电动车辆的车架上的底托上，以实现换装满载电量的电池箱的操作。

在本实施例中，龙门悬臂机器人02可以在箱体01内的第一位置和第二位置之间移动。其中，当龙门悬臂机器人02运动到第一位置时，悬臂21的末端位于需要换电的车辆的电池箱的上方，当龙门悬臂机器人02运动到第二位置时，悬臂21的末端位于缓冲位置的上方。考虑到车辆在换电站内停靠的位置可能会有偏差，即距离换电站的第一侧的开口位置处有远近，当龙门悬臂机器人02运动到第一位置时，悬臂21的末端理论上应位于车辆停靠在可能停靠的最远的位置处时电池箱所处位置的正上方。由于悬臂21可以完全位于换电站箱体01之内，因此其不会与车辆的货箱产生干涉，相较于现有技术中的吊装换电机器人，本发明的换电站可以很大程度上减小高度，使得整个换电站仅需要一个箱体01的高度就可以满足使用需求。

在本实施例中，箱体01的底部13还设置有多个可伸缩的脚架，用于将箱体01撑起。当换电站开始工作（即电动车辆准备开始更换电池箱）时，通过驱使龙门架移动，以带动悬臂21移动，进而实现将吊具03移动至电动车辆的车架上的电池箱的上方，此时吊具03位于最高点处。本申请中，ΔH也可以为箱体01的底板13跟电动车辆的车架高度之间的差值而设置的一个值，用以扩大整个电池箱换电系统（即所有需要更换电池箱的电动车辆）的适用范围，可以根据实际需求设定。

在一些实施例中，如图2、图3与图4所示，还包括第一轨道组件14，所述第一轨道组件14沿换电站的长度方向设置在换电站箱体01底部13两侧；龙门架22和第一轨道组件14滑动连接；所述第一位置位于第一轨道组件14靠近换电站的第一侧11的端部，所述第二位置位于第一轨道组件14的靠近换电站的第二侧12的端部。

在本实施例中，第一轨道组件14为两个轨道141，两个轨道141分别设置在箱体01的两侧，龙门架22的底部分别与两个轨道141活动连接，以实现龙门架22在箱体01内部的第一位置和第二位置之间来回移动。

通过上述结构设置，将第一轨道组件14的两个轨道141分别设置在箱体01内底部13的两侧，使龙门悬臂机器人02在实现滑动的同时还不影响整个箱体01的高度，为降低箱体01的高度做出了重要的贡献。

在一些实施例中，如图3、图4与图5所示，所述龙门架22的底部设置滚轮连接座225，所述滚轮连接座225的左侧向下延伸出第一支板2251，右侧向下延伸出第二支板2252，第一支板2251和第二支板2252的中心各设有一个第一通孔，第一滚轮轴2253的两端分别穿过这两个第一通孔，第一滚轮2254转动地设置在第一滚轮轴2253上，第一滚轮2254的底部与所述第一轨道组件14的轨道141的顶面抵接。

在本实施例中，在龙门架22的底部设置有四个滚轮连接座225，四个滚轮连接座225均设置在龙门架22的底部的四个角落，且其中两个滚轮连接座225的第一滚轮2254均接触于其中一个轨道141上，另外两个滚轮连接座225的第一滚轮2254均接触于另一个轨道141上。使龙门架22施加给第一轨道组件14上的两个轨道141间的作用力相同或相近，以防止因两个轨道141之间存在受力不均而导致换电站的使用年限下降的情况。

在一些实施例中，如图5所示，所述滚轮连接座225上还设置有防倾翻装置226，包括：固定设置在第一支板2251左侧的第一支架2261，固定设置在第二支板2252右侧的第二支架2262，所述第一支架2261具有固定部22611和支撑部22612，所述固定部22611为一凹形平板，与所述第一支板2251固定连接；所述支撑部22612从所述固定部22611的底部朝向第一轨道组件14下方倾斜延伸，所述支撑部22612的中心设置有第二通孔，所述第二通孔内设置第二滚轮轴22613，所述第二滚轮22614可转动地设置于第二滚轮轴22613上，所述第二滚轮22614位于所述第一轨道组件14的下方，且所述第二滚轮22614的顶部与所述第一轨道组件14的下表面抵接；所述第二支架2262与所述第一支架2261结构相同，彼此镜面对称设置。

在本实施例中，由于悬臂21的非工作端212固定在龙门架22上，因此当悬臂21上的工作端211设置的吊具03在吊取电池箱时，由于电池箱的自身重量，会对悬臂21的工作端施加一个向下的力，使得悬臂21以龙门架22上靠近箱体01的第一侧11的位置处作为支点，形成一杠杆结构，从而导致龙门架22上靠近箱体01第一侧11的端部的整体受到向下的作用力，靠近箱体01第二侧12的端部受到向上的作用力，故容易使龙门架22上靠进箱体01第二侧12的端部发生上翘，即龙门悬臂机器人02容易朝向箱体01的第一侧11所在方向发生倾倒，因此需要在滚轮连接座225上设置防倾翻装置226。本申请中，通过在滚轮连接座225的第一滚轮2254两侧各设置有一个第二滚轮22614，且该第二滚轮22614的顶部抵接于轨道141的下表面上，即可防止龙门悬臂机器人02朝向箱体01的第一侧11所在方向发生倾倒。

进一步的，四个滚轮连接座225上至少一个设置有防倾翻装置226，本申请优选为龙门架22上靠近箱体01第二侧12的两个滚轮连接座225上设置有防倾翻装置226。

当龙门架22在第一轨道组件14上移动的过程中于靠进箱体01第二侧12的端部发生上翘时，位于滚轮连接座225上位于左侧的第二滚轮22614及位于右侧的第二滚轮22614的顶部均会紧密抵触该第一轨道组件14的下表面上，并施加给该下表面一个向上的作用力；同时，该第一轨道组件14的下表面会施加给该两个第二滚轮22614一个向下的反作用力，以限制龙门架22在第一轨道组件14上移动时朝向箱体01的第一侧所在方向倾倒。

在本实施例中，由于悬臂21在起吊或者放下电池箱的过程中需要移动到龙门架横梁222的左右两侧，导致龙门架22的左右两侧受力不均，使得龙门架22在第一轨道组件14上移动时还可能发生左右倾斜。当龙门架22在第一轨道组件14上移动的过程中发生左右倾斜时，在龙门架22朝向倾斜的一方向上，该滚轮连接座225上的另一侧的第二滚轮22614的顶部会紧密抵触该第一轨道组件14的下表面上，并施加给该下表面一个向上的作用力；同时，该第一轨道组件14的下表面会施加给该第二滚轮22614一个向下的反作用力，以限制龙门架22在第一轨道组件14上移动时发生左右倾斜。在一些实施例中，所述第一轨道组件14的轨道141的横截面为T型，其顶部两侧的下表面分别为第一下表面和第二下表面，所述第一下表面和第二下表面均与水平面之间具有一个夹角，所述轨道141的两侧的第二滚轮22614的轴线分别与第一下表面和第二下表面平行。

在本实施例中，通过上述设置方式，当龙门架22在第一轨道组件14上移动的过程中发生左右倾斜时，在龙门架22朝向倾斜的一方向上，该滚轮连接座225上的另一侧的第二滚轮22614的顶部会紧密抵触该第一轨道组件14的下表面上，即紧密抵触在第一下表面或第二下表面上，该第二滚轮22614的顶部各位置均会施加给该第一下表面或第二下表面一个向上的作用力；第一下表面或第二下表面与水平面之间呈倾角设置（即第一下表面或第二下表面与水平面之间有一夹角），使龙门架22发生倾斜时，使第二滚轮22614的顶部各位置施加给该第一下表面或第二下表面的作用力相同或大致相同，即该第一轨道组件14的第一下表面或第二下表面施加给该第二滚轮22614的顶部各位置的反作用力也相同或大致相同，实现该第二滚轮22614的顶部各位置的受力均匀或较均匀，以提高第二滚轮22614的使用年限，同时也可以用于限制龙门架22在第一轨道组件14上移动时发生左右倾斜的情况。

在本实施例中，该轨道141的横截面具有两种结构，第一种为“八”字的T型结构，此时该轨道141左侧及右侧的顶部横向部分位于第一下表面处，且远离轨道141的顶部竖直部分的一端均向下凸出；第一种为倒“八”字的T型结构，此时该轨道141左侧及右侧的顶部横向部分位于第一下表面处，并靠近轨道141的顶部竖直部分的一端均向下凸出。以上两种结构可根据龙门悬臂机器人02的实际设计情况做出相应的选择，具体可根据滚轮连接座225中的第二滚轮22614的受力情况，安全性，加工难度，安装难度等之类的做选择。

在一些实施例中，所述第一轨道组件14的轨道141的横截面为工字型，其顶部两侧的下表面分别为第三下表面和第四下表面，所述第三下表面和第四下表面均与水平面之间有一夹角，所述轨道141的两侧的第二滚轮22614的轴线分别与所述第三下表面和第四下表面平行；所述轨道141的底部横向部分与竖直部分连接处左侧设置有第一凹槽，右侧设置有第二凹槽，所述轨道141左侧的所述第二滚轮22614的端部卡入所述第一凹槽内，所述轨道141右侧的所述第二滚轮22614的端部卡入所述第二凹槽内。

在本实施例中，通过上述设置方式，当龙门架22在第一轨道组件14上移动的过程中发生左右倾斜时，在龙门架22朝向倾斜的一方向上，该滚轮连接座225上的另一侧的第二滚轮22614的顶部会紧密抵触该第一轨道组件14的下表面上，即紧密抵触在第三下表面或第四下表面上，该第二滚轮22614的顶部各位置均会施加给该第三下表面或第四下表面一个向上的作用力；第三下表面或第四下表面与水平面之间呈倾角设置（即第三下表面或第四下表面与水平面之间均有一夹角），使龙门架22发生倾斜时，使第二滚轮22614的顶部各位置施加给该第三下表面或第四下表面的作用力相同或大致相同，即该第一轨道组件14的第三下表面或第四下表面施加给该第二滚轮22614的顶部各位置的反作用力也相同或大致相同，实现该第二滚轮22614的顶部各位置的受力均匀或较均匀，以提高第二滚轮22614的使用年限，同时也可以用于限制龙门架22在第一轨道组件14上移动时发生左右倾斜的情况。

进一步的，在轨道141的底部横向部分与竖直部分连接处于左侧位置设置有第一凹槽（附图未示出），右侧位置设置有第二凹槽（附图未示出），该第一凹槽与第二凹槽用于限制该两个第二滚轮22614沿第二滚轮22614的轴线方向移动，可防止龙门架22在第一轨道组件14上发生左右摆动的情况，从而提高龙门悬臂机器人02的换电效率。

在一些实施例中，如图4所示，所述悬臂21具有工作端211和非工作端212，其中，所述悬臂21的非工作端212与龙门架22顶部的横梁222滑动连接，带动整个悬臂21沿所述龙门架22的横梁222的长度方向滑动；所述悬臂21的工作端211为所述悬臂21靠近所述换电站箱体01的第一侧11的端部，其下方设置有吊具03。本申请中，龙门架22的顶部包括两根横梁222及两根侧梁，两根侧梁沿龙门架22的移动方向延伸设置在龙门架22的矩形框体上，两根横梁222沿垂直于侧梁的延伸方向上设置于矩形框体上。

在本实施例中，悬臂21的非工作端212与龙门架22顶部的横梁222之间设置有第一移动机构，第一移动机构可用于驱动悬臂21在横梁222上沿横梁222的长度方向滑动，进而带动悬臂21上的吊具03移动。当吊具03吊装有从车辆上换下来的电池箱时，第一移动机构驱动悬臂21移动，带动吊具03移动至至缓冲位置的上方，通过驱动升降装置，驱使吊具03向下移动并将电池箱安放于缓冲位置的电池箱底托上。当吊具03未吊装有电池箱时，第一移动机构驱动悬臂21移动，带动吊具03移动至装有电池箱的充电位置的上方，通过驱动升降装置，驱使吊具03向下移动，并使吊具03的吊钩31钩住电池箱。

进一步的，第一移动机构包括第一驱动机构、移动滑块及第二滑轨，第一驱动机构用于驱动移动滑块在第二滑轨上移动。其中，第一驱动机构固定在悬臂21或者横梁222上，第二滑轨固定设置在横梁222上，并沿横梁222的长度方向延伸，移动滑块的一端固定在悬臂21上，且另一端可活动的套设在第二滑轨上。本申请中，第一驱动机构可以为丝杆螺母装置，第一电机的输出轴驱动丝杆，丝杆的转动导致螺母在丝杆上沿轴向移动，进而带动移动滑块在第二滑轨上移动，以驱使悬臂21在龙门架22顶部的横梁222上移动；其中，螺母设置在移动滑块上。

进一步的，对箱体01内部做详细描述：在箱体01内设置四个充电位置，即可以满足四个电池箱同时充电，还设置有一个缓冲位置，供换下来的电池箱临时摆放。

其中，定义箱体01的其中一侧为第一侧11，与第一侧11相对的侧面为第二侧12，垂直于所述第一侧11与第二侧12的两个互相平行的侧面分别为第三侧和第四侧。本申请中，四个充电位置的其中两个均靠近箱体01的第一侧11设置，并分成两列，分别邻近箱体01的第三侧和第四侧布置，中间位置空出，靠近箱体01的第二侧12的空余位置被设置为缓冲位置。

车辆进入换电站内的车辆换电空间之后，通过龙门悬臂机器人02进行换电操作。其中，龙门换电机器人将车辆上的电池箱取出，并运送至缓冲位置并放下，然后从选定的充电位置处取出一个已经充好电的电池箱，运送至车辆上放置电池箱的位置处，从而完成换电操作。

在完成换电操作之后，龙门悬臂机器人02可根据控制指令调整换电站内的剩余电池箱的位置，使得先充满电的电池箱位于最靠近箱体01的第一侧11的充电位置，便于下一次的换电操作；同时，并使得所有电池箱都位于对应的充电位置上以进行充电操作。

在一些实施例中，所述悬臂21的非工作端212的顶部设置有升降驱动机构216，所述升降驱动机构216通过钢丝绳217驱动吊具03进行升降。

本申请中，升降驱动机构216还可以作为悬臂21非工作端212的配重使用，以进一步降低龙门悬臂机器人02朝向箱体01的第一侧11所在方向发生倾倒的概率。

在一些实施例中，如图2、图3与图4所示，所述悬臂21由两根矩形钢管213以及多块连接板214组成，两根所述矩形钢管213平行间隔设置，沿所述悬臂21的长度方向延伸，多块所述连接板214均具有第一端和第二端，所述连接板214的第一端与所述两根矩形钢管213中的一根固定连接，所述连接板214的第二端与所述两根矩形钢管213中的另一根固定连接，多块所述连接板214沿着所述两根矩形钢管213的长度向方向均布。

在本实施例中，通过上述结构设置，可进一步提升悬臂21的整体结合强度，以满足悬臂21的工作端211的吊具03在吊取电池箱时给予矩形钢管213的支撑，多块连接板214会分担吊具03施加给两根矩形钢管213上一部分的作用力，可提升悬臂21的使用年限。本申请中，上述悬臂21的结构设置，相对于现有伸缩式的悬臂，或者分节式的悬臂的刚度及强度都更好，且承重能力更强。

在一些实施例中，如图4所示，两根所述矩形钢管213与所述龙门架22顶部连接的位置附近设置有加强板215，所述加强板215具有互相垂直的第一部分2151和第二部分2152，其中，所述第一部分2151附接在所述矩形钢管213的底部13，所述第二部分2152附接在所述矩形钢管213的侧面。

在本实施例中，当位于悬臂21的工作端211的吊具03吊起电池箱时，由于电池箱自身的重力，会施加给悬臂21的工作端211一个向下的作用力，使得悬臂21以龙门架22的两侧的矩形框体221中靠近箱体01的第一侧11的一端为支点，形成一杠杆，进而施加给悬臂21的非工作端212一个向上的作用力，该作用力易驱使悬臂21脱离龙门架22的顶部位置。因此，悬臂21与龙门架22的顶部的接触尤为重要，通过上述设置，将移动滑块的一端固定在加强板215的第一部分2151上，使移动滑块尽可能的增加与加强板215的第一部分2151的接触面积，进而间接的增加与悬臂21的矩形钢管213之间的接触面积，使单位面积之内的压强减少，进而需要更大的作用力才能驱使悬臂21脱离龙门架22的顶部位置。

在一些实施例中，如图3与图4所示，所述龙门架22的两侧均为由钢柱组成的矩形框体221，该矩形框体沿所述第一轨道组件长度方向上的尺寸L1与悬臂长度L2之间的关系为：L1/L2≥1/3。

在本实施例中，龙门架22由两侧设置的矩形框体221及两个矩形框体221顶部设置的两根横梁222构成，两根横梁222构成的顶部用于连接悬臂21，并且通过在两根横梁222的顶部设置有两个第二滑轨，以实现悬臂21在横梁222上沿横梁222的长度方向相对于龙门架22移动；两个矩形框体221底部13均设置有两个滚轮连接座225，以实现龙门悬臂机器人02通过滚轮连接座225上的第一滚轮2254在第一轨道组件14上移动。

具体的，利用龙门架22自身的重量用于施加给悬臂21一个向下的作用力，用于抵消当具吊起电池箱时电池箱由于自身的重力施加给悬臂21的作用力。由于现在市场流通的电池箱的最大型号（即质量最大的电池箱）在一点五至两吨之间，且矩形框体221的内部空间需保持一定的情况下（即满足龙门架22在移动时不会磕碰到位于充电位置上的电池箱），因此可通过优化矩形框体221沿第一轨道组件14长度方向上的尺寸与悬臂21长度之间的关系，进一步降低整个龙门悬臂机器人02的整体质量，以降低换电站的建设成本。

在一些实施例中，沿龙门架22的宽度方向，龙门架22上位于横梁222的两端分别设置有一个限位装置，所述限位装置具有一个距离L3，所述悬臂21的宽度L4与所述龙门架22的宽度L5之间的关系为：L4≤（L5－2×L3）/3。

在本实施例中，如此设置，当悬臂21的体积及长度一定时，可以避免因悬臂21的宽度过宽而造成悬臂21的矩形钢管213的厚度较薄，进而降低悬臂21的使用年限。

再者，在龙门架22上设置限位装置，用于限制悬臂21在横梁222上移动的距离，防止悬臂21在移动时脱离出第二滑轨。

在一些实施例中，如图3与图4所示，所述龙门架22的矩形框体221上设置有龙门架驱动电机223，以及减速传动机构224，所述龙门架驱动电机223与所述减速传动机构224传动连接，所述减速传动机构224与所述龙门架22传动连接，使得所述龙门架22整体沿着第一轨道141往复移动。

在本实施例中，龙门架驱动电机223固定设置于矩形框体221上，具体靠近其中一个滚轮连接座225设置，减速传动机构224固定设置于矩形框体221上，且位于龙门架驱动电机223的侧边，并且与驱动电机的输出轴实现传动连接。减速传动机构224具体包括减速器及传动带，减速器的输入端实现与驱动电机的输出轴传动连接，即通过齿轮啮合实现传动连接，减速器的输出端通过转动带实现与滚轮连接座225上的第一滚轮2254传动连接，具体为与第一滚轮2254侧边联动设置的传动装置传动连接，转动装置优选为齿轮。本申请中，优选为设置两个龙门架驱动电机223，两个龙门架驱动电机223各设置在其中一个矩形框体221上，均用于驱动各自矩形框体221下的第一滚轮2254移动，以实现用较小的驱动力驱使龙门悬臂机器人02移动。

综上所述，本发明提供的车辆换电站可以被方便的打包成一个标准集装箱，降低了整个换电站的整体高度，降低了建造成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述龙门悬臂机器人被设置在所述换电站的箱体的内部，所述龙门悬臂机器人具有朝向所述换电站箱体的第一侧伸出的悬臂，所述龙门悬臂机器人的顶部到所述换电站箱体的底部之间的高度H的范围为：

H2+H3+H4+ΔH≤H＜H1，

其中，H1为标准集装箱的内部高度；

H2为当吊具上升到最高点时，从悬臂顶部到吊具的吊钩底部的高度；

H3为电池箱的高度；

H4为换电站内的电池箱底托的导向装置的顶部到换电站箱体的底部的高度；

ΔH为一预设值；

所述龙门悬臂机器人包括龙门架，所述龙门架在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的第一侧的开口处；所述第二位置位于所述换电站的内部，靠近所述换电站的相对于第一侧的第二侧；当所述龙门架位于第一位置时，所述吊具位于车架上的电池箱的顶部上方，当所述龙门架位于第二位置时，所述吊具位于换电站最内侧的充电位置上方；

还包括第一轨道组件，所述第一轨道组件沿换电站的长度方向设置在换电站箱体底部两侧；龙门架和第一轨道组件滑动连接；

所述龙门架的底部设置滚轮连接座，所述滚轮连接座的左侧向下延伸出第一支板，右侧向下延伸出第二支板，第一支板和第二支板的中心各设有一个第一通孔，第一滚轮轴的两端分别穿过这两个第一通孔，第一滚轮转动地设置在第一滚轮轴上，第一滚轮的底部与所述第一轨道组件的轨道的顶面抵接；

所述滚轮连接座上还设置有防倾翻装置，包括：固定设置在第一支板左侧的第一支架，固定设置在第二支板右侧的第二支架，所述第一支架具有固定部和支撑部，所述固定部为一凹形平板，与所述第一支板固定连接；所述支撑部从所述固定部的底部朝向第一轨道组件下方倾斜延伸，所述支撑部的中心设置有第二通孔，所述第二通孔内设置第二滚轮轴，所述第二滚轮可转动地设置于第二滚轮轴上，所述第二滚轮位于所述第一轨道组件的下方，且所述第二滚轮的顶部与所述第一轨道组件的下表面抵接；所述第二支架与所述第一支架结构相同，彼此镜面对称设置；

所述第一轨道组件的轨道的横截面为工字型，其顶部两侧的下表面分别为第三下表面和第四下表面，所述第三下表面和第四下表面均与水平面之间有一夹角，所述轨道的两侧的第二滚轮的轴线分别与所述第三下表面和第四下表面平行；所述轨道的底部横向部分与竖直部分连接处左侧设置有第一凹槽，右侧设置有第二凹槽，所述轨道左侧的所述第二滚轮的端部卡入所述第一凹槽内，所述轨道右侧的所述第二滚轮的端部卡入所述第二凹槽内。

2.如权利要求1所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，当所述龙门架位于第一位置时，所述悬臂的顶部距离地面的高度h的范围为：H2+H3+h4+ΔH≤h，其中，h4为车架上的电池箱底托的导向装置的顶部到地面的高度。

3.如权利要求1所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述第一位置位于第一轨道组件靠近换电站的第一侧的端部，所述第二位置位于第一轨道组件的靠近换电站的第二侧的端部。

4.如权利要求2所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述悬臂具有工作端和非工作端，其中，所述悬臂的非工作端与龙门架顶部的横梁滑动连接，带动整个悬臂沿所述龙门架的横梁的长度方向滑动；所述悬臂的工作端为所述悬臂靠近所述换电站箱体的第一侧的端部，其下方设置有吊具。

5.如权利要求4所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述悬臂的非工作端的顶部设置有升降驱动机构，所述升降驱动机构通过钢丝绳驱动吊具升降。

6.如权利要求2所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述悬臂由两根矩形钢管以及多块连接板组成，两根所述矩形钢管平行间隔设置，沿所述悬臂的长度方向延伸，多块所述连接板均具有第一端和第二端，所述连接板的第一端与所述两根矩形钢管中的一根固定连接，所述连接板的第二端与所述两根矩形钢管中的另一根固定连接，多块所述连接板沿着所述两根矩形钢管的长度向方向均布。

7.如权利要求6所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，两根所述矩形钢管与所述龙门架顶部连接的位置附近设置有加强板，所述加强板具有互相垂直的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分附接在所述矩形钢管的底部，所述第二部分附接在所述矩形钢管的侧面。

8.如权利要求6所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述龙门架的两侧均为由钢柱组成的矩形框体，该矩形框体沿所述第一轨道组件长度方向上的尺寸L1与悬臂长度L2之间的关系为：L1/L2≥1/3。

9.如权利要求8所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，沿龙门架的宽度方向，所述龙门架上位于横梁的两端分别设置有一个限位装置。

10.如权利要求8所述的一种用于新能源车辆换电站的龙门悬臂机器人，其特征在于，所述龙门架的矩形框体上设置有龙门架驱动电机，以及减速传动机构，所述龙门架驱动电机与所述减速传动机构传动连接，所述减速传动机构与所述龙门架传动连接，使得所述龙门架整体沿着第一轨道往复移动。