CN207209130U - 一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，包括底板、电池支撑架、二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部、控制装置，用于给电池充电及储存电池的电池支撑架安装在底板上，二级滑台、电池中转台、一级滑台依次安装在底板上，且二级滑台安装在电池支撑架的前侧，一级滑台和二级滑台上均安装有用于抓取电池的抓取部，控制装置控制二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部。本实用新型结构简单、系统占地较小等优点，且缩短了取放电池所需移动的距离，减少了能耗，置换电池更快。本实用新型属于电动汽车充换电技术领域。

Description

一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统

技术领域

本实用新型属于电动汽车充换电技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统。

背景技术

面对能源的短缺和紧迫的环境压力，新能源汽车的发展越来越重要，甚至已经上升到国家发展的重要战略。而阻碍到新能源汽车发展的一大颈瓶，是目前新能源电池的容量满足不了汽车的远距离行驶的需求。快速充电桩是一个解决充电电池问题的比较成熟的实施手段，但由于充电时间长，效率低下，也很难满足日益增长的电动汽车的充电需要。为了解决使用充电桩所带来充电时间长、效率低下等缺陷，目前更好的解决方案是更换电池，即通过充换电站系统给电动汽车更换电池来增加汽车的持航能力。目前充换电站系统处于探索阶段，在全国多地也新建了不少实验性充换电站系统。现有的充换电站系统采用轨道和小车，通过小车在轨道上滑动将电池运送于充电柜和电动汽车之间，即空置的小车先滑动到电动汽车旁取下待充电电池并将待充电电池运送到充电柜，而另一小车从充电柜取下已充电电池再置入电动汽车，从而完成电池充换过程。这样操作，由于轨道需要占据一定的场地，因此占地面积较大；其次，需要两个小车在轨道上运动一周才能完成一次电池置换，电池输送路径较长，置换时间较长，动力损耗较大、成本较高。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种能结构简单、置换电池更快、能耗较小的机器视觉的快速自动充换电站系统，它还具有占地较小、输送电池路径较短的优点。

一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，包括底板、电池支撑架、二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部、控制装置，用于给电池充电及储存电池的电池支撑架安装在底板上，二级滑台、电池中转台、一级滑台依次安装在底板上，且二级滑台安装在电池支撑架的前侧，一级滑台和二级滑台上均安装有用于抓取电池的抓取部，控制装置控制二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部。采用此结构，结构简单、系统占地较小，同时通过一级滑台、二级滑台的移动将电池取出或放置，取放电池所需移动的距离减小，且减少了能耗；同时通过电池中转台的设计，能将已充电电池和待充电电池临时放置在电池中转台，因此置换电池更快。

进一步的，抓取部包括舵机、电池限位板盒、拉钩、丝杆步进电机、摄像头，舵机安装在一级滑台或二级滑台上，电池限位板盒安装在舵机上，丝杆步进电机安装电池限位板盒的顶面下方，拉钩安装在丝杆步进电机上并随着丝杆步进电机前后移动，摄像头安装在电池限位板盒的顶端。采用此结构，通过舵机的转向就能改变拉钩的方向，方便调整拉钩的方位；丝杆步进电机能驱动拉钩前后移动，从而可以更稳准地抓取住电池；通过摄像头对电池摄像，并通过控制装置的分析、反馈，从而更精准地对要抓取的电池进行定位。

进一步的，二级滑台包括X轴滑台部、Z轴滑台部，X轴滑台部安装在底板上，Z轴滑台部安装在X轴滑台部上，抓取部安装在Z轴滑台部上。采用此结构，通过X轴滑台部和Z轴滑台部的移动，就可以调节抓取部在X方向和Z 方向的移动，因此方便抓取部更抓取电池的路径和时间更短。

进一步的，X轴滑台部包括丝杆传动机构和X轴移动板；丝杆传动机构包括伺服电机、联轴器、电机座、滚珠丝杆、丝杆螺母、光轴、固定座；电机座和固定座分别固定在底板的两端，滚珠丝杆两端分别安装在电机座和固定座，滚珠丝杆在电机座一端通过联轴器和伺服电机连接，在滚珠丝杆两侧安装平行的光轴，丝杆螺母套装在滚珠丝杆上，X轴移动板安装在丝杆螺母上并通过光轴导向。采用此结构，通过丝杆传动机构驱动抓取部在X轴方向移动，并通过光轴导向，因此驱动抓取部稳定、精准地移动，从而确保抓取部在运动电池过程中行进稳定，减少颠簸，进而减少对电池的损伤。

进一步的，Z轴滑台部包括丝杆传动机构、Z轴底板和Z轴移动板；Z轴移动板安装在丝杆传动机构上，Z轴移动板上安装有抓取部；丝杆传动机构安装在 Z轴底板，丝杆传动机构的固定座固定在X轴移动板上，丝杆传动机构随着X 轴移动板在X轴滑台部上移动。采用此结构，通过丝杆传动机构驱动抓取部在 Z轴方向移动，并通过光轴导向，运动稳定、方向平稳，确保抓取部在运动电池过程中行进稳定；同时将丝杆传动机构固定在X轴移动板上，保证了抓取部在 X轴方向的移动稳定。

进一步的，电池中转台包括舵机、支撑柱、电池盒，支撑柱固定在底板上，电池盒包括左电池盒和右电池盒，左电池盒和右电池盒分别通过舵机安装在支撑柱的左右两侧。采用此结构，能通过舵机完成电池盒的转向，方便将电池和拉钩配合的一端转向到拉钩处，方便电池抓取；设置左电池盒和右电池盒，一个空置用于放取出的待充电电池，另一个储放好已充电电池，方便系统取出待充电电池后能立即取走已充电电池置入电动汽车内，不但节约时间，且不增加能耗。

进一步的，一级滑台包括丝杆传动机构、滑块、限位板、支撑板、电动推杆电机，丝杆传动机构安装在底板上，滑块安装在丝杆传动机构上且随着丝杆传动机构运动而移动，限位板固定在滑块上，支撑板安装在限位板上，电动推杆电机安装在限位板和支撑板之间并驱动支撑板运动，抓取部安装在支撑板上。采用此结构，能通过丝杆传动机构稳定驱动抓取部在X轴方向的移动，同时能通过电动推杆电机驱动抓取部在Z轴方向的移动，从而走过较短的路径就能实现抓取部对电池的抓取。

进一步的，限位板的四个顶角处为长凸块，支撑板的四个顶角处为四个凹槽，限位板的长凸块伸入支撑板的凹槽中，随着电动推杆电机的驱动，支撑板沿着长凸块上下移动。采用此结构，通过支撑板和限位板的配合，对支撑板的上下移动较好地限制，使得支撑板只能沿着长凸块方向上下移动，从而确保了支撑板、抓取部在Z轴方向移动的稳定性和准确度，进而确保了抓取电池的精准性。

进一步的，电池支撑架包括电池盒支架和电池充电盒，电池盒支架固定在底板上，电池充电盒安装在电池盒支架上，电池充电盒内设有若干个用于电池充电及储放的电池充电小盒。采用此结构，将电池充电盒置于适当的高度，方便维护、管理；设有多个电池充电小盒，能储放较多电池，满足换电站的工作需求。

进一步的，还包括手柄，手柄安装在一级滑台和二级滑台的侧面。

本实用新型的优点：

1、通过一级滑台、电池中转台、二级平台的运动配合，将电动汽车内的待充电电池置换为电池充电盒中的已充电电池，结构简单、系统占地较小；同时通过一级滑台、二级滑台的移动将电池取出或放置，取放电池所需移动的距离减小，减少了能耗；通过电池中转台的设置，换电池时，可利用电池中转台先储放已充电电池和待充电电池，减少了换电池时的路径，节约了换电池的时间，且不增加能耗。

2、采用舵机安装电池限位板盒，舵机转动从而带动抓取部转动，因而通过舵机的转向就能改变拉钩的方向，方便调整拉钩的方位；丝杆步进电机能驱动拉钩前后移动，从而可以驱动拉钩至更准的位置更稳准地抓取住电池；通过摄像头对电池摄像，并通过控制装置的分析、反馈，从而更精准地对要抓取的电池进行定位。

3、一级滑台和二级滑台均采用丝杆传动机构，并通过丝杆传动机构来移动抓取部，由于丝杆传动机构运动稳定，因而使得抓取部移动至准确、合适的位置抓取电池；同时丝杆传动机构采用光轴导向，运动方向更稳定，抓取部移动至定位位置更偏差更小，抓取更准确。

4、通过电池盒支架安装电池充电盒，因此能将电池充电盒置于适当的高度，方便维护、管理；设有多个电池充电小盒，能储放较多电池，满足换电站的工作需求。

5、电池盒包括左电池盒和右电池盒，在更换电池时，可以先将取出的待充电电池放在一个电池盒中，再从另一个电池盒取出已充电电池，放入电动汽车，因此换电池过程更方便，更省时。

附图说明

图1是本实用新型实施例的轴测图。

图2是本实用新型实施例的前视图。

图3是本实用新型实施例的左视图。

图4是本实用新型实施例的俯视图。

其中，1-电池充电盒、2-伺服驱动器、3-Z轴底板、4-电机座、5-伺服电机、 6-联轴器、7-电机座、8-滚珠丝杆、9-光轴、10-摄像头、11-丝杆步进电机、12- 拉钩、13-电池限位盒、14-Z轴移动板、15-舵机、16-电池支撑架、17-丝杆螺母、 18-直线轴承、19-轴承座、20-固定座、21-X轴移动板、22-右电池盒、23-支撑柱、24-左电池盒、25-支撑板。26-电动推杆电机、27-限位板、28-底板、29-手柄。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的具体说明。

一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，它包括底板、电池支撑架、一级滑台、二级滑台、电池中转台、抓取部、控制系统；电池支撑架包括电池盒支架和电池充电盒，电池盒支架安装在底板上，电池充电盒安装在电池盒支架上；二级滑台、电池中转台、一级滑台依次安装在底板上且二级滑台安装在电池支撑架的前侧；在一级滑台和二级滑台上均安装用于抓取电池的抓取部，控制装置控制二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部。

在本实施例中，电池充电盒包括若干电池充电小盒，每个电池小盒可放入一块电池充电，电池满电后自动断开电源。

二级滑台包括X轴滑台部和Z轴滑台部。Z轴滑台部包括Z轴底板、固定座、丝杆传动机构。丝杆传动机构包括滚珠丝杆、光轴、伺服电机、联轴器、电机座、丝杆螺母、Z轴移动板、直线轴承。固定座和电机座分别固定于Z轴底板的两端。伺服驱动器安装在Z轴底板的另一侧，伺服驱动器和伺服电机电连接。滚珠丝杆一端通过轴承安装在固定座上，滚珠丝杆另一端穿过电机座和联轴器相连；伺服电机也安装于电机座上，伺服电机和滚珠丝杆通过联轴器相连，以将动力通过联轴器传给滚珠丝杆。在滚珠丝杆的两侧平行安装两根光轴，光轴也和滚珠丝杆平行。丝杆螺母套装于滚珠丝杆，丝杆螺母随着滚珠丝杆的转动而在滚珠丝杆上移动。Z轴移动板的中部套装在丝杆螺母上，Z轴移动板的两侧通过直线轴承安装于光轴上；从而Z轴移动板随着丝杆螺母在滚珠丝杆方向移动，光轴对Z轴移动板的运动起到导向作用。在Z轴移动板上安装有抓取部。

所述抓取部包括舵机、电池限位板盒、拉钩、丝杆步进电机、摄像头。舵机安装在Z轴移动板上，电池限位板盒安装在舵机上，电池限位板盒可随着舵机转动而转动。在电池限位板盒的顶面下侧安装丝杆步进电机，丝杆步进电机上固定安装拉钩，拉钩可在丝杆步进电机的驱动下前后移动。在电池限位板盒的顶端(顶面之上)安装摄像头，摄像头用于拍摄电池充电盒上各电池充电小盒的图像，以识别电池位置、定位拉钩位置，确保拉钩抓取电池的准确度。

X轴滑台部和Z轴滑台部类似。X轴滑台部包括丝杆传动机构、X轴移动板。丝杆传动机构包括伺服电机、联轴器、电机座、滚珠丝杆、丝杆螺母、光轴、固定座。电机座和固定座分别固定在底板的两端，且位于电池支撑架的前面。滚珠丝杆两端分别安装在电机座和固定座，滚珠丝杆在电机座一端通过联轴器和伺服电机连接，滚珠丝杆另一端通过轴承安装在固定座上。丝杆螺母套装在滚珠丝杆上，X轴移动板的中部安装在丝杆螺母上，X轴移动板两侧通过直线轴承安装在光轴上，X轴移动板随着滚珠丝杆的转动而随着丝杆螺母在滚珠丝杆方向移动。

Z轴滑台部的固定座固定在X轴移动板的顶端，从而整个Z轴滑台部随着 X轴移动板的移动而在X轴方向移动。也因此实现了抓取部在X轴和Z轴两个维度方向上的移动。

电池中转台包括支撑柱、电池盒、舵机。支撑柱固定在底板上，且支撑柱安装在X轴滑台部的前面。电池盒包括左电池和右电池盒，左电池和右电池盒分别通过一个舵机安装在支撑柱的左右两侧。两电池盒随着舵机的转动而转动，从而实现电池的中转。

一级滑台包括丝杆传动机构、滑块、限位板、电动推杆电机、支撑板。此处的丝杆传动机构和二级滑台的丝杆传动机构相同。一级滑台安装于电池中转台的前面。滑块固定在一级滑台的X轴移动板上，限位板固定在滑块上，在限位板的四个顶角处为四个长凸台，支撑板的四个顶角处为四个通孔，限位板的四个长凸台分别穿过支撑板的四个通孔，长凸台穿过通孔上。在限位板上安装电动推杆电机，在电动推杆电机驱动下，支撑板可沿着限位板的长凸台运动。在支撑板上安装抓取部。

本实施例中，在底板上还安装有手柄，手柄安装在一级滑台和二级滑台的侧面。

本实用新型的工作过程和工作原理：当需要更换电池的电动汽车停在指定位置时，一级滑台的摄像头对电动汽车更换电池部位进行实时跟踪拍摄，并将图像传送给控制装置，通过控制装置计算分析后得到电池的精确位置，控制装置把位置偏差反馈给伺服电机，使伺服电机驱动丝杆螺母沿X轴方向的微小运动，丝杆螺母带动一级X轴移动板微小移动，使拉钩在X轴方向定位；控制装置把位置偏差反馈给丝杆步进电机，丝杆步进电机工作，丝杆步进电机带动拉钩在Y轴方向的移动，使拉钩完成在Y方向的定位；控制装置把位置偏差反馈给电动推杆电机，电动推杆电机工作，通过电动推杆电机的伸缩运动，带动抓取部上下移动，使拉钩完成在Z轴方向的定位。最终，拉钩准确地将待充电电池从电动车上卸下。

之后，抓取部旋转180度，将卸下的待充电电池先放到电池中转台上的右电池盒中，并将左电池盒中已充电电池拖到电池限位盒中；抓取部再次旋转180 度，将已充电电池送到电动汽车的电池储备箱里，完成换电池的工作。同时，电池中转台上的右电池盒旋转180度，二级滑台的摄像头对电池中转台上的右电池盒中的电池进行实时跟踪拍摄，并将图像传给控制装置，控制装置计算分析后，能准确定位出右电池盒中的待充电电池的位置；抓取部在收到控制装置的反馈后，抓取部将待充电电池抓取出来；再之后，跟前述步骤相同，摄像头进行实时跟踪拍摄，经控制装置工作、做出指令，把待充电电池搬运放置到电池充电盒中空闲的电池充电小盒里进行充电，之后把电池充电盒中充满电的电池取下；抓取部旋转180度，抓取部开始定位并运动到电池中转台上的左电池盒的位置，拉钩把已充电的电池推到左电池盒中，最后，左电池盒旋转180度。至此，完成了给一辆电动汽车更换电池并将取下来的电池进行充电的全过程。这时，系统处于待机状态，等待下一辆换电池的电动汽车出现。

上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型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实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：包括底板、电池支撑架、二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部、控制装置，用于给电池充电及储存电池的电池支撑架安装在底板上，二级滑台、电池中转台、一级滑台依次安装在底板上，且二级滑台安装在电池支撑架的前侧，一级滑台和二级滑台上均安装有用于抓取电池的抓取部，控制装置控制二级滑台、电池中转台、一级滑台、抓取部。

2.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：抓取部包括舵机、电池限位板盒、拉钩、丝杆步进电机、摄像头，舵机安装在一级滑台或二级滑台上，电池限位板盒安装在舵机上，丝杆步进电机安装电池限位板盒的顶面下方，拉钩安装在丝杆步进电机上并随着丝杆步进电机前后移动，摄像头安装在电池限位板盒的顶端。

3.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：二级滑台包括X轴滑台部、Z轴滑台部，X轴滑台部安装在底板上，Z轴滑台部安装在X轴滑台部上，抓取部安装在Z轴滑台部上。

4.根据权利要求3所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：X轴滑台部包括丝杆传动机构和X轴移动板；丝杆传动机构包括伺服电机、联轴器、电机座、滚珠丝杆、丝杆螺母、光轴、固定座；电机座和固定座分别固定在底板的两端，滚珠丝杆两端分别安装在电机座和固定座，滚珠丝杆在电机座一端通过联轴器和伺服电机连接，在滚珠丝杆两侧安装平行的光轴，丝杆螺母套装在滚珠丝杆上，X轴移动板安装在丝杆螺母上并通过光轴导向。

5.根据权利要求4所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：Z轴滑台部包括丝杆传动机构、Z轴底板和Z轴移动板；Z轴移动板安装在丝杆传动机构上，Z轴移动板上安装有抓取部；丝杆传动机构安装在Z轴底板，丝杆传动机构的固定座固定在X轴移动板上，丝杆传动机构随着X轴移动板在X轴滑台部上移动。

6.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：电池中转台包括舵机、支撑柱、电池盒，支撑柱固定在底板上，电池盒包括左电池盒和右电池盒，左电池盒和右电池盒分别通过舵机安装在支撑柱的左右两侧。

7.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：一级滑台包括丝杆传动机构、滑块、限位板、支撑板、电动推杆电机，丝杆传动机构安装在底板上，滑块安装在丝杆传动机构上且随着丝杆传动机构运动而移动，限位板固定在滑块上，支撑板安装在限位板上，电动推杆电机安装在限位板和支撑板之间并驱动支撑板运动，抓取部安装在支撑板上。

8.根据权利要求7所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：限位板的四个顶角处为长凸块，支撑板的四个顶角处为四个凹槽，限位板的长凸块伸入支撑板的凹槽中，随着电动推杆电机的驱动，支撑板沿着长凸块上下移动。

9.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：电池支撑架包括电池盒支架和电池充电盒，电池盒支架固定在底板上，电池充电盒安装在电池盒支架上，电池充电盒内设有若干个用于电池充电及储放的电池充电小盒。

10.根据权利要求1所述一种基于机器视觉的快速自动充换电站系统，其特征在于：还包括手柄，手柄安装在一级滑台和二级滑台的侧面。