CN203305214U - 平面多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种平面多关节机器人，平面多关节机器人包括：转台机构；提升机构，设置在转台机构上，提升机构的提升方向垂直于转台机构的转动平面；旋转机构，与提升机构枢转连接，旋转机构的转动平面垂直于提升机构的提升方向；推拉机构，与旋转机构相连接，推拉机构具有容纳汽车电池的空间。装卸汽车电池的推拉机构能够通过转台机构的旋转和旋转机构的旋转实现多重旋转，而且通过提升机构在转台机构上的提升，使得推拉机构能够上下移动，实现推拉机构在空间多个维度的移动。本实用新型的平面多关节机器人增加了换电的灵活性，能够适应汽车电池换电的需要，使得汽车在不同的位置能够准确的更换电池。

Description

平面多关节机器人

技术领域

本实用新型涉及自动控制领域，具体而言，涉及一种平面多关节机器人。

背景技术

电动汽车综合效益的核心在于“以电代油”，在充电环节实现电动汽车的能源供给，是电动汽车产业综合效益发挥的关键环节。要想充分发挥电动汽车的综合效益，应高度重视电动汽车充电服务模式的选择。目前主要由整车充电和电池更换两种方式实现。

电池更换按电动汽车电池位置的不同分为：侧面换电、底盘换电、尾端换电。本实用新型是针对电动汽车尾端换电方式。目前，电动汽车驶到换电位置不可能每次停止的位置都一致，汽车行驶方向和车横向位置的不同，现有的设备不能针对汽车在不同的位置准确的更换电池，换电精度低。进而，电池抽拉过程中车身有上下浮动、左右和前后倾斜现象，手动助力机械手没有柔性适应，可能出现卡滞、位置对不准等现象。 更换电池精准度低，工作效率难以提高。

现有的平面多关节机器人的机器手臂旋转不够灵活，也不能在多个维度移动。特别地，不能实现前端工作装置的左右倾斜和前后倾斜，不能实现与电动汽车的电池的不同姿态的对接。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种平面多关节机器人，以解决现有技术中不能针对汽车在不同的位置准确的更换电池的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型提供了一种平面多关节机器人，平面多关节机器人包括：转台机构；提升机构，设置在转台机构上，提升机构的提升方向垂直于转台机构的转动平面；旋转机构，与提升机构枢转连接，旋转机构的转动平面垂直于提升机构的提升方向；推拉机构，与旋转机构相连接，推拉机构具有容纳汽车电池的空间。

进一步地，旋转机构通过第一回转支承与提升机构枢转连接。

进一步地，推拉机构具有锁紧和解锁汽车电池的锁定机构。

进一步地，锁定机构包括：第一安装板，与旋转机构相连接；解锁头，设置在第一安装板上，解锁头包括第一解锁头和第二解锁头；第一驱动单元，设置在第一安装板上，与解锁头相连接。

进一步地，第一驱动单元包括：驱动减速电机，与第一安装板相连接；齿轮副，齿轮副包括互相啮合地驱动齿轮和从动齿轮，其中，驱动齿轮与驱动减速电机的输出轴相连接，从动齿轮与第二解锁头固定连接；连杆，连杆的第一端与第一解锁头相铰接，连杆的第二端与驱动齿轮相连接。

进一步地，，锁定机构还包括：两个电池托盘锁柄，每个电池托盘锁柄能够旋转地设置在第一解锁头和第二解锁头里。

进一步地，推拉机构通过第三回转支承与旋转机构枢转连接。

进一步地，平面多关节机器人还包括：调整机构，用于调整推拉机构与旋转机构的转动平面的相对位置关系，第三回转支承通过调整机构与推拉机构相连接。

进一步地，调整机构包括：第二安装板，与推拉机构相连接；十字轴，安装在第二安装板上；第二驱动单元，与十字轴相连接。

进一步地，第二驱动单元包括：前后倾斜伺服减速电机，与第二安装板相连接；前后倾斜驱动齿轮，与前后倾斜伺服减速电机的输出轴相连接；前后倾斜从动齿轮，与前后倾斜驱动齿轮啮合，前后倾斜从动齿轮和十字轴相连接；左右倾斜伺服减速电机，与第二安装板相连接；左右倾斜驱动齿轮，与左右倾斜伺服减速电机的输出轴相连接；左右倾斜从动齿轮，与左右倾斜驱动齿轮啮合，左右倾斜从动齿轮与十字轴相连接。

进一步地，提升机构包括：立柱，固定在转台机构上；驱动装置，设置在立柱上；传送系统，设置在立柱上并与驱动装置相连接；提升机械臂，与传送系统连接。

进一步地，传送系统包括链条传送系统。

进一步地，旋转机构的转动平面位于提升机械臂所在平面的下方。

进一步地，转台机构包括：第二回转支承；驱动装置，驱动第二回转支承转动。

进一步地，推拉机构所在的平面位于旋转机构的下方。

进一步地，提升机械臂上设置有直线导轨滑块。

根据本实用新型的平面多关节机器人，平面多关节机器人包括转台机构、提升机构、旋转机构和推拉机构。装卸汽车电池的推拉机构能够通过转台机构的旋转和旋转机构的旋转实现多重旋转，而且通过提升机构在转台机构上的提升，使得推拉机构能够上下移动，实现推拉机构在空间多个维度的移动。本实用新型的平面多关节机器人增加了换电的灵活性，能够适应汽车电池换电的需要，使得汽车在不同的位置能够准确的更换电池。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的平面多关节机器人的立体结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的平面多关节机器人的主视结构的剖面图；

图3示出了根据本实用新型的平面多关节机器人的左视结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的平面多关节机器人的右视结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的平面多关节机器人的俯视结构示意图；

图6示出了根据本实用新型的传送系统的结构示意图；

图7示出了根据本实用新型的提升机械臂的结构示意图；

图8示出了根据本实用新型的同步带的结构；

图9示出了根据本实用新型的电池托盘锁柄锁定解锁头的结构示意图；

图10示出了根据本实用新型的电池托盘锁柄解锁解锁头的结构示意图；

图11示出了根据本实用新型的解锁头的结构示意图；

图12示出了根据本实用新型的锁定机构的俯视图；

图13示出了根据本实用新型的锁定机构的后视图；

图14示出了根据本实用新型的调整机构的俯视图；以及

图15示出了根据本实用新型的调整机构的立体图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至图6所示，本实用新型采用平面多关节机器人来完成汽车电池换电。

平面多关节机器人，也称SCARA-Selective Copmliance Assembly Robot Arm，中文译名：选择顺应性装配机器手臂。根据本实用新型实施例的平面多关节机器人包括：转台机构1、提升机构2、旋转机构32和推拉机构6。

其中，提升机构2设置在转台机构1上，提升机构2的提升方向垂直于转台机构1的转动平面。旋转机构32与提升机构2枢转连接，旋转机构32的转动平面垂直于提升机构2的提升方向。推拉机构6与旋转机构32相连接，推拉机构6具有容纳汽车电池的空间。

装卸汽车电池的推拉机构6能够通过转台机构1的旋转和旋转机构32的旋转实现多重旋转，而且通过提升机构2在转台机构1上的提升，使得推拉机构6能够上下移动，实现推拉机构6在空间多个维度的移动。本实用新型的平面多关节机器人增加了换电的灵活性，能够适应汽车电池换电的需要，使得汽车在不同的位置能够准确的更换电池。

进而地，该换电设备实现与输送系统自动对接，自动取放电池。与电动汽车对接实现人为少量干预，自动化程度相对要高，提高了换电的效率。该设备基本实现自动，减少了操作人员定位的不准确性，定位精度更高，换电更可靠。该设备与电动汽车对接时，操作人员通过操作按钮或手柄，观察与车体的相对位置实现对接，操作方便简单。

具体地，如图1、图2和图5所示，转台机构1为提升机构2、旋转机构32和推拉机构6提供旋转平台，转台机构1的转动带动提升机构2、旋转机构32和推拉机构6都转动。转台机构1可以在水平面或工作面内360度转动。

如图1和图2所示，提升机构2设置在转台机构1上，提升机构2的提升方向垂直转台机构1的转动平面。通常，转台机构1的转动平面为水平方向，提升机构2的提升方向为竖直方向。

如图1、图2和图5所示，旋转机构32与提升机构2枢转连接，旋转机构32的转动平面，例如为水平方向，垂直提升机构2的提升方向，使得推拉机构6可以在转台机构1不转动的情况下进行旋转，增加转动的灵活性。

如图1和图2所示，装卸汽车电池的推拉机构6与旋转机构32相连接，可以是直接相连接，也可以是间接相连接。其中，推拉机构6具有容纳汽车电池的空间。

旋转机构32通过第一回转支承35与提升机构2枢转连接。第一回转支承35仍然可以采用现有的各种合适结构，例如采用齿轮组结构，第一回转支承35可以通过第一驱动电机33驱动。

推拉机构6具有锁紧和解锁汽车电池的锁定机构。推拉机构6是终端的执行单元，最终通过解锁和抽取动作把电池7从电动汽车中取出，到指定位置后，将电池推到入库的输送机上，并输送入库实现电池的换装工作。

如图11至图13所示，锁定机构包括：第一安装板61、解锁头、检测开关、两个电池托盘锁柄68和第一驱动单元。第一驱动单元包括驱动减速电机62、齿轮副和连杆67。

具体地，第一安装板61与推拉机构6的推拉滑板（图中未示出）连接；检测开关与第一安装板61相连接；驱动减速电机62与第一安装板61相连接；解锁头为两个，分别为第一解锁头63和第二解锁头64，第一解锁头63和第二解锁头64均与第一安装板61相连接；齿轮副包括驱动齿轮65和从动齿轮66，驱动齿轮65与驱动减速电机62的输出轴相连接，从动齿轮66与第二解锁头64固定连接，其中，驱动齿轮65和从动齿轮66相啮合；连杆67的第一端与第一解锁头63相铰接，连杆67的第二端与驱动齿轮65相连接；电池托盘锁柄为两个，第一解锁头63和第二解锁头64里分别有一个电池托盘锁柄68，电池托盘锁柄68能够旋转地设置在解锁头中。

如图9至图13所示，动作过程包括解锁过程和锁定过程，具体如下：

其中解锁过程为：电池的托盘正常自然状态为锁定状态，机器人去取电池的托盘时，锁定机构应该先进行解锁。锁定机构处于锁定状态，通过推拉动作与电池托盘锁柄68对接，到位后检测开关触发，驱动减速电机62启动，旋转，电池托盘锁柄68卡在解锁头内，继续旋转，电池托盘锁柄68与解锁头一起旋转，检测开关检测到位，实现解锁。解锁头通过连杆67实现同步动作，旋转方向相反。

解锁完成后，由于电池托盘锁柄68卡在解锁头内，然后进行抽拉动作，把电池的托盘完全拉到机器人推拉机构6内。

其中锁定过程为：锁定过程是机器人把已经解锁的电池送到乘用车内或输送系统中进行锁定。机器人的推拉机构6中有已经处于解锁状态的电池托盘，且锁定机构也处于解锁状态。推拉机构6对接到位后，进行推的动作，推到指定位置后，锁定机构旋转实现锁定动作，锁销进入锁孔，锁定机构回到锁定状态，检测开关69检测到位，完成锁定。

如图1所示，转台机构1包括第二回转支承15和驱动第二回转支承15转动的驱动装置13。如图3所示，第二回转支承15可以设置在底座10上。第二回转支承15可以采用现有技术的各种合适结构，例如采用齿轮组结构，转台机构驱动装置13可以为驱动电机。

如图1和图2所示，平面多关节机器人还包括第三回转支承45，第三回转支承45连接在旋转机构32与推拉机构6之间，推拉机构6通过第三回转支承45与旋转机构32枢转连接。这样，可以使得推拉机构6进行优选的旋转，增加旋转的灵活性，其中，第三回转支承45可以采用现有的各种合适结构。第三回转支承45可以通过第三驱动电机43驱动。

如图1和图2所示，平面多关节机器人还包括调整机构5。调整机构5用于调整推拉机构6与旋转机构32的转动平面的相对位置关系。第三回转支承45通过调整机构5分别与旋转机构32和推拉机构6相连接。调整机构5连接在推拉机构6上，第三回转支承45通过调整机构5与推拉机构6相连接。调整机构5可以通过对两个相互垂直的轴的调整，调整水平方向的前后角度和左右角度，调整机构5可以通过齿轮组完成对两个相互垂直的轴的调整。

如图14和图15所示，调整机构5包括第二安装板、十字轴57和第二驱动单元。其中，第二驱动单元包括前后倾斜伺服减速电机53、前后倾斜驱动齿轮55、前后倾斜从动齿轮59、左右倾斜伺服减速电机54、左右倾斜驱动齿轮56、左右倾斜从动齿轮58。

如图14和图15所示，具体地，第二安装板与推拉机构6相连接，第二安装板包括上安装板51和下安装板52，其中，下安装板52通过螺钉与推拉机构6相连接；十字轴57安装在第二安装板上；第二驱动单元与十字轴57相连接。其中，前后倾斜伺服减速电机53与第二安装板相连接；前后倾斜驱动齿轮55与前后倾斜伺服减速电机53的输出轴相连接；前后倾斜从动齿轮59与前后倾斜驱动齿轮55啮合，前后倾斜从动齿轮59和十字轴57相连接；左右倾斜伺服减速电机54与第二安装板相连接；左右倾斜驱动齿轮56与左右倾斜伺服减速电机54的输出轴相连接；左右倾斜从动齿轮58与左右倾斜驱动齿轮56啮合，左右倾斜从动齿轮58与十字轴57相连接。

另外，调整机构5还包括轴承支座和极限保护开关。

具体地，轴承支座共四个，其中两个与上安装板51螺钉固定，另两个与下安装板52螺钉固定。四个轴承支座固定十字轴57，十字轴57能够绕着轴承支座左后和前后倾斜。左右倾斜从动齿轮58固定在十字轴57上，同时与左右倾斜驱动齿轮56啮合，左右倾斜伺服减速电机54旋转带动啮合齿轮，以实现十字轴57的左右调整。前后倾斜从动齿轮59固定在十字轴57上，同时与前后倾斜驱动齿轮55啮合，前后倾斜伺服减速电机53旋转带动啮合齿轮，以实现十字轴57的前后调整。该设备具有多轴联动，以及对水平方向前后和左右的倾斜调整，可以轻松地调整姿态，对接柔性好。

四个极限保护开关，其中两个固定在上安装板51上，另外两个固定在下安装板52。作用在于实现对左右和前后倾斜的极限保护。

上安装板51与第三回转支承45螺钉连接，以实现调整机构5的整体回转。

如图1、图2所示，提升机构2包括立柱20、驱动装置23、传送系统和提升机械臂28。

立柱20固定在转台机构1上，相对地面可以转动；提升机构的驱动装置23，例如为电机，设置在立柱20上；传送系统设置在立柱20上并与提升机构的驱动装置23连接，传送系统的传送方向与提升方向相同，传送系统的传送方向为上下方向；提升机械臂28向立柱20的侧向伸出，与传送系统连接，以便更换与立柱20有一定距离的电池7。

优选地，如图1、图2、图4和6所示，传送系统为链条传送系统，这样传送稳定。

如图1、图2、图4和6所示，链条传送系统设置在传送系统的上部。传送系统还包括设置在传送系统的下部的配重24和同步带26。链条传送系统包括链条21和链轮210，链轮210设置在立柱20上，链条21和链轮210相互配合。同步带26和链条21分别形成半环状，同步带26形成下半环，链条21形成上半环，同步带位于链条的下方，同步带和链条连接形成整环状。

如图7和图8所示，提升机械臂28的上端通过提升机械臂28上的连接板280连接在链条21的端部，如图2所示，配重24的上端连接在半环状链条21的另外一端，如图8所示，提升机械臂28的下端连接在半环状同步带26的一端，如图2所示，配重24的下端连接在同步带26的另一端，同步带26与提升机构的驱动装置23连接，例如，如图6，驱动装置23可以为电机，驱动装置23包括同步带轮231，同步带26为同步齿形带，同步带轮231带动同步齿形带移动。这种结构，通过配重平衡一部分起重重量，同时又降低了驱动装置23的功率。

优选地，如图6和图7所示，提升机械臂28上还设有直线导轨滑块284，直线导轨滑块284位于连接板280的边缘，以便对提升机械臂28在立柱20上的移动进行导向。

如图1、图2和6所示，旋转机构32的转动平面位于提升机械臂28所在平面的下方，使得旋转机构32充分的旋转。如图7所示，提升机械臂28的端部设有轴套282，轴套282也就是旋转机构32的安装基座，且能容纳第一回转支承35，以和旋转机构32连接。

如图1、图2和6所示，推拉机构6所在的平面位于旋转机构32的下方，推拉机构6所在的平面可以与旋转机构32的转动平面平行，也可以与旋转机构32的转动平面相对倾斜。这样，可以发挥平面多关节机器人的多关节、多平面转动的特点。

本实用新型还可以具有电气控制系统控制上述结构的运动。电气控制系统可以通过前端的位置传感器、距离传感器控制推拉机构的姿态，以便于与电动汽车和输送系统对接，再控制解锁单元和推拉机构实现电池的更换，最终实现与电动汽车对接半自动，与输送系统对接全自动。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1、自动化程度高

该换电设备实现与输送系统自动对接，自动取放电池；与电动汽车对接实现人为少量干预，自动化程度相对要高；

2、效率高

该设备除了与电动汽车对接的人为干预，其它已实现自动，人员操作减少，提高了换电的效率；

3、运行可靠

该设备基本实现自动，减少了操作人员定位的不准确性，定位精度更高，换电更可靠；

4、操作简单

该设备与电动汽车对接时，操作人员通过操作按钮或手柄，观察与车体的相对位置实现对接，操作方便简单；

5、对接柔性好

该设备具有多轴联动，以及对水平方向前后和左右的倾斜调整，可以轻松地调整姿态，对接柔性好；

6、劳动强度低

操作人员通过按按钮或手柄操作设备，没有体力劳作，劳动强度很低。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种平面多关节机器人，其特征在于，所述平面多关节机器人包括：

转台机构（1）；

提升机构（2），设置在所述转台机构（1）上，所述提升机构（2）的提升方向垂直于所述转台机构（1）的转动平面；

旋转机构（32），与所述提升机构（2）枢转连接，所述旋转机构（32）的转动平面垂直于所述提升机构（2）的提升方向；

推拉机构（6），与所述旋转机构（32）相连接，所述推拉机构（6）具有容纳汽车电池的空间。

2.根据权利要求1所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述旋转机构（32）通过第一回转支承（35）与所述提升机构（2）枢转连接。

3.根据权利要求1所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述推拉机构（6）具有锁紧和解锁所述汽车电池的锁定机构。

4.根据权利要求3所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述锁定机构包括：

第一安装板（61），与所述旋转机构（32）相连接；

解锁头，设置在所述第一安装板（61）上，所述解锁头包括第一解锁头（63）和第二解锁头（64）；

第一驱动单元，设置在所述第一安装板（61）上，与所述解锁头相连接。

5.根据权利要求4所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述第一驱动单元包括：

驱动减速电机（62），与所述第一安装板（61）相连接；

齿轮副，所述齿轮副包括互相啮合的驱动齿轮（65）和从动齿轮（66），其中，所述驱动齿轮（65）与所述驱动减速电机（62）的输出轴相连接，所述从动齿轮（66）与所述第二解锁头（64）固定连接；

连杆（67），所述连杆（67）的第一端与所述第一解锁头（63）相铰接，所述连杆（67）的第二端与所述驱动齿轮（65）相连接。

6.根据权利要求4所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述锁定机构还包括：

两个电池托盘锁柄（68），每个所述电池托盘锁柄（68）能够旋转地设置在所述第一解锁头（63）和所述第二解锁头（64）里。

7.根据权利要求1所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述推拉机构（6）通过第三回转支承（45）与所述旋转机构（32）枢转连接。

8.根据权利要求7所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述平面多关节机器人还包括：

调整机构（5），用于调整所述推拉机构（6）相对于所述旋转机构（32）的转动平面的相对位置关系，所述第三回转支承（45）通过所述调整机构（5）与所述推拉机构（6）相连接。

9.根据权利要求8所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述调整机构（5）包括：

第二安装板，与所述推拉机构（6）相连接；

十字轴（57），安装在所述第二安装板上；

第二驱动单元，与所述十字轴（57）相连接。

10.根据权利要求9所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述第二驱动单元包括：

前后倾斜伺服减速电机（53），与所述第二安装板相连接；

前后倾斜驱动齿轮（55），与所述前后倾斜伺服减速电机（53）的输出轴相连接；

前后倾斜从动齿轮（59），与所述前后倾斜驱动齿轮（55）啮合，所述前后倾斜从动齿轮（59）和所述十字轴（57）相连接；

左右倾斜伺服减速电机（54），与所述第二安装板相连接；

左右倾斜驱动齿轮（56），与所述左右倾斜伺服减速电机（54）的输出轴相连接；

左右倾斜从动齿轮（58），与所述左右倾斜驱动齿轮（56）啮合，所述左右倾斜从动齿轮（58）与所述十字轴（57）相连接。

11.根据权利要求1所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述提升机构（2）包括：

立柱（20），固定在所述转台机构（1）上；

驱动装置（23），设置在所述立柱（20）上；

传送系统，设置在所述立柱（20）上并与所述驱动装置（23）相连接；

提升机械臂（28），与所述传送系统连接。

12.根据权利要求11所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述传送系统包括链条传送系统。

13.根据权利要求11所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述旋转机构（32）的转动平面位于所述提升机械臂（28）所在平面的下方。

14.根据权利要求1所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述转台机构（1）包括：

第二回转支承（15）；

驱动装置（13），驱动所述第二回转支承（15）转动。

15.根据权利要求11所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述推拉机构（6）所在的平面位于所述旋转机构（32）的下方。

16.根据权利要求11所述的平面多关节机器人，其特征在于，所述提升机械臂（28）上设置有直线导轨滑块（284）。

Images