CN202541496U - 电动公交车电池快换机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动公交车电池快换机器人控制系统；主要包括主控制机构，数据采集模块，执行机构，I/O模块，所述数据采集模块、执行机构分别与主控制机构经I/O模块电联接，所述主控制机构包括主控计算机、PLC控制器，所述数据采集模块包括电机编码器、超声传感器、色标传感器、光电传感器、DMP传感器，所述执行机构包括6自由度的直线运行单元驱动电机，6个电机的伺服驱动器及控制柜，限位开关，I/O模块包括与PLC控制器电联接的急停开关；电动公交车电池快换机器人控制系统，可以在6个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动公交车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。

Description

电动公交车电池快换机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及新能源的技术应用领域，尤其涉及一种电动公交车电池快换机器人控制系统。 

背景技术

随着世界能源及环境问题的日益严重，电能作为一种清洁能源广泛应用于汽车领域，为电动汽车提供了广阔的应用空间。然而，由于受到当前电池能量密度的限制，电动汽车的续航里程一般在一百公里至两百公里之间，远不如传统汽车的续航里程。因此，能否快速为汽车提供能量补给，直接影响到电动汽车的推广应用。对电池慢速充电需要几个小时才能完成，快速充电会对电池的寿命产生影响，而且单箱电池比较笨重，不利于人工更换。针对这一难题，研究能够快速更换电池的机器人代替人工更换是解决电动汽车能量快速补给的有效办法之一。 

电动公交车由于其运营特点，其需要电池容量比较大，受单箱电池容量的限制，因而需要的电池组数较多，占用的空间往往较大，电动公交车的电池通常有上吨的重量。根据目前的电池容量现状，一组电池最多运行4小时就要更换，每次要更换六到八块，如用人工更换，至少要一到二小时，这对运营商来讲，是不容许的，因此，快速更换电池获取能量补给成了电动公交车应用推广的主要障碍。 

目前，国内相关企业机构对电动公交车的电池更换系统有一定的研究。国家知识产权局2010年9月30日公布的申请号：201020561469.X的实用新型专利，提出了一种电动商用车电池更换装置及换电系统。该系统提出了一种电动公交车电池更换方案，本方案提出了一种利用换电机构旋转180°的方式，解决电池插接件在载物台上与车体方向的一致性问题，但该方案存在的缺陷是：控制系统复杂，控制精度不高，容易出现电池箱更换时卡住或者停滞的现象。因此非常有必要设计一套新型的电动公交车电池快换机器人控制系统。 

实用新型内容

本实用新型的研究目的就是为了克服现有技术控制系统复杂，控制精度不高的问题；提供一种电动公交车电池快换机器人控制系统；该系统能在6个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，其控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动公交车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。 

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案： 

一种电动公交车电池快换机器人控制系统，包括主控计算机系统，数据采集模块，执行机构，所述主控计算机系统包括主控计算机、PLC控制器，PLC控制器通过工业以太网与主控计算机进行通信；所述数据采集模块包括电机编码器、超声传感器、色标传感器、光电传感器、DMP传感器，所述电机编码器、超声传感器、色标传感器、光电传感器、DMP传感器分别与PLC控制器连接，所述超声传感器、色标传感器、DMP传感器安装在电池推拉手上，光电传感器安装在机器人上横梁和立柱上充电电池两侧位置；所述执行机构包括6自由度的直线运行单元驱动电机、6个电机的伺服驱动器及控制柜、限位开关，直线运行单元驱动电机通过限位开关与PLC控制器连接，伺服驱动器与PLC控制器连接，伺服驱动器与电机编码器双向电连接。 

所述PLC控制器与急停开关电连接。 

本实用新型的工作原理和工作过程：控制系统的主控计算机负责充换电站的监控、换电流程的管理、换电平台的状态和故障处理等功能。PLC控制器是整个控制系统的核心，通过对外部传感器的信号进行判断，对机器人的6个自由度的驱动电机进行位置控制来满足整个换电流程的要求。超声波传感器，一是检测电池抓手与电池之间的距离，PLC依据距离信号判断抓手是否成功抓取电池，如果脱手则重新返回抓取；二是判断两端安装超声波传感器的电池托盘与电池箱的距离，调整电池托盘的水平角度，使电池托盘端部与电池箱平行。DMP定位传感器对安装在电池充电工位上的反光板标识点进行搜索捕捉，进而调整电池托盘相对车体或电池充电架的姿态，提高抓取电池的成功率，具体就是所述的控制系统所控制的机器人上装有两个DMP传感器，在相对电池充电工位进行取电池和放电池时，首先根据示教存储的坐标值进行初步定位，然后，两个DMP传感器对安装在电池充电工位的反光装置进行定位，进行二次确认，只有两次的确认无误，机械手才对电池进行取放。光电传感器，在机器人的X轴上对应电池充电架的每一列的电池两侧位置安装光电传感器，用于机器人对电池充电架在X轴方向的定位检测。色标传感器，用于对电池箱在充电架或电动公交车上锁止状态的检测，判断电池箱是否锁止或解锁成功。 

本实用新型的有益效果：电动公交车电池快换机器人控制系统，可以在6个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动公交车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。 

附图说明

图1：电动公交车电池快换机器人控制系统示意图； 

图2：快换机器人机械结构图； 

图中，101、主控计算机，102、PLC控制器，103、限位开关，104、直线运行单元驱动电机，105、伺服驱动器，106、电机编码器，107、急停开关，108、超声传感器，109、色标传感器，110、光电传感器，111、DMP传感器，201、Z轴驱动单元，202、X轴驱动单元，203、R1轴驱动单元，204、Y轴伸缩单元，205、俯仰驱动单元。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明： 

一种电动公交车电池快换机器人控制系统，如图1和图2所示，包括主控计算机系统，数据采集模块，执行机构，所述主控计算机系统包括主控计算机101、PLC控制器102，PLC控制器102通过工业以太网与主控计算机101进行通信，通过对超声传感器108、色标传感器109、光电传感器110、DMP传感器111信号的综合判断对相应驱动电机进行控制。主控计算机101包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；数据采集模块包括电机编码器106、超声传感器108、色标传感器109、光电传感器110、DMP传感器111。所述电机编码器106、超声传感器108、色标传感器109、光电传感器110、DMP传感器111分别与PLC控制器102连接；超声传感器108、色标传感器109、DMP区域位置传感器111安装在电池推拉手上，光电传感器110安装在机器人上横梁和立柱上充电电池两侧位置，用于对机器人X轴202和Z轴201方向的定位，DMP区域位置传感器111与快换机器人托盘上安装的DMP区域定位传感器配合使用。执行机构包括6自由度的直线运行单元驱动电机104，6个电机的伺服驱动器105及控制柜，限位开关103。直线运行单元驱动电机104通过限位开关103与PLC控制器102连接，伺服驱动器105与PLC控制器102连接，伺服驱动器105与电机编码器106双向电连接。PLC控制器与急停开关107电连接。控制系统所控制的机器人的自由度包括Z轴驱动单元201、X轴驱动单元202、R1轴驱动单元203、Y轴伸缩单元204、俯仰驱动单元205其中，Z轴驱动单元201、X轴驱动单元202、Y轴伸缩单元204驱动机器人沿直角方向移动，其行程两端安装限位开关，R1轴驱动单元203和俯仰驱动单元205分别为电池托盘的水平调整和俯仰调整驱动单元，调整电池托盘的水平和俯仰姿态，使电池能够精确放入车体，其复位标志开关在中间，方便实现电池相对车体的姿态调整。 

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (2)

1.一种电动公交车电池快换机器人控制系统，其特征是，包括主控计算机系统，数据采集模块，执行机构，所述主控计算机系统包括主控计算机、PLC控制器，PLC控制器通过工业以太网与主控计算机进行通信；所述数据采集模块包括电机编码器、超声传感器、色标传感器、光电传感器、DMP传感器，所述电机编码器、超声传感器、色标传感器、光电传感器、DMP传感器分别与PLC控制器连接，所述超声传感器、色标传感器、DMP传感器安装在电池推拉手上，光电传感器安装在机器人上横梁和立柱上充电电池两侧位置；所述执行机构包括6自由度的直线运行单元驱动电机、6个电机的伺服驱动器及控制柜、限位开关，直线运行单元驱动电机通过限位开关与PLC控制器连接，伺服驱动器与PLC控制器连接，伺服驱动器与电机编码器双向电连接。

2.如权利要求1所述的电动公交车电池快换机器人控制系统，其特征是，所述PLC控制器与急停开关电连接。 

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