CN207809356U - 更换电池机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的更换电池机器人包括主体、驱动轮组件、升降装置、运输链组件、桁架搬运装置、气动夹持装置和运输道装置；主体具有开口且主体在开口以内形成放置空间，升降装置设置在放置空间内；升降装置包括驱动装置、连接在驱动装置输出端的垂向运输带和连接在垂向运输带上的升降台；运输链组件设置在升降台上，运输链组件的运输链上设置有推动件；桁架搬运装置和运输道装置均设置在主体的上部，气动夹持装置设置在桁架搬运装置的末端，气动夹持装置可移动至运输道装置处或移动至主体以外。更换电池机器人对物料运输机器人进行电池更换的同时，实现对工件的装载和卸载，对物料运输机器人更换电池的时间进行合理利用，提高生产效率。

Description

更换电池机器人

技术领域

本发明涉及自动机器人领域，具体地涉及一种更换电池机器人。

背景技术

现有一种物料运输机器人包括主体、设置在主体底部的承重轮组件和驱动轮组件、设置在主体上的机械臂、连接在机械臂末端的机械手和运输道装置；机械臂的始端固定在主体上且位于两个运输道装置之间，机械手可在两个运输道装置之间移动，且机械手可移动至主体外。主体上设置有开口且在开口内设置有有放置空间，电池可拆卸地安装放置空间内，电池可从开口中取出。

现有的电池更换方式为，当物料运输机器人检测到其电池电量达到下限时，物料运输机器人则按设定程序，停止工作并行走至供电柜或充电点处将电池更换。

现有的物料运输机器人的电池更换方式存在的问题是，物料运输机器人在电池更换时停止工作，生产效率降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有装载卸载功能且适用性强的更换电池机器人。

本实用新型提供的更换电池机器人包括主体和设置在主体上的驱动轮组件、升降装置、运输链组件、桁架搬运装置、气动夹持装置和运输道装置；主体具有开口且主体在开口以内形成放置空间，升降装置设置在放置空间内；升降装置包括驱动装置、连接在驱动装置输出端的垂向运输带和连接在垂向运输带上的升降台；运输链组件设置在升降台上，运输链组件的运输链上设置有推动件；桁架搬运装置和运输道装置均设置在主体的上部，气动夹持装置设置在桁架搬运装置的末端，气动夹持装置可移动至运输道装置处或移动至主体以外。

由上述方案可见，在更换电池机器人的下部设置运输链组件和升降组件，实现了电池的推进和替换，同时实现了替换电池的水平高度以适应具有不同水平高度的电池放置位；更换电池机器人的上方设置有桁架搬运装置、气动夹持装置和运输道装置，在更换电池机器人对物料运输机器人进行电池更换的同时，可实现对物料运输机器人的运输道装置上的物料料盘进行整体回收，并将新的未加工工件料盘搬运至物料运输机器人上，实现对工件的装载和卸载，对物料运输机器人更换电池的时间进行合理利用，提高生产效率。

进一步的方案是，升降台上设置有放置面板，放置面板位于两组运输链组件之间，放置面板上设置有多个万向球。

由上可见，电池放置在放置面板上，当电池从放置面板上被运送而移动使，电池与万向球滚动配合，保证电池移动的流畅度且对电池进行保护。

进一步的方案是，多个万向球呈两列设置在放置面板的横向两侧。

由上可见，两列万向球对电池进行稳定支撑，进一步提高了电池移动的流畅度。

进一步的方案是，主体上设置有垂向导杆，升降台与垂向导杆滑动配合。

由上可见，设置垂向导杆与升降台配合可提高升降台的升降流畅度。

进一步的方案是，运输道装置包括固定座和运输滚轴组，固定座固定在主体上，固定座包括相对设置的两道侧壁，两道侧壁之间具有间隔，运输滚轴组设置在两道侧壁之间，在铅垂方向上，运输滚轴组的运输面低于侧壁。

更进一步的方案是，桁架搬运装置的末端可沿X轴、Y轴和Z轴方向平移。

由上可见，气动夹持装置具有三个方向的平移自由度，行走自由度更大，抓取性能更全面。

进一步的方案是，主体的横向两侧均设置有一道保护壁，运输道装置均位于两道保护壁之间；桁架搬运装置设置在两道保护壁的顶部之间。

由上可见，保护壁对运输道装置和放置在运输道装置上的工件、工件载体进行有效保护外，保护壁对桁架搬运装置进行有效支撑，机器人的结构更为紧凑。

进一步的方案是，运输链组件的运输链上设置有多个推动件。

由上可见，推动件抵接在电池上的配合凸起实现对电池的推送，运输链上设置多个推动件可缩短运输链的转动周期。

附图说明

图1为本实用新型物料运输系统实施例中物料运输机器人的结构图。

图2为本实用新型物料运输系统实施例中物料运输机器人其他视角的结构图。

图3为本实用新型物料运输系统实施例中物料运输机器人其他视角的结构图。

图4为图1中A处的放大图。

图5为图1中B处的放大图。

图6为图1中C处的放大图。

图7为图2中D处的放大图。

图8为图2中E处的放大图。

图9为图3中F处的放大图。

图10为本实用新型物料运输系统实施例中更换电池机器人的结构图。

图11为图10中G处的放大图。

图12为本实用新型物料运输系统实施例中更换电池机器人另一视角的结构图。

图13为本实用新型物料运输机器人的更换电池方法实施例第一状态的工作原理图。

图14为本实用新型物料运输机器人的更换电池方法实施例第二状态的工作原理图。

图15为本实用新型物料运输机器人的更换电池方法实施例第三状态的工作原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

物料运输系统实施例

参见图1和图2，图1和图2分别为物料运输机器人不同视角的结构图。物料运输系统包括物料运输机器人和用于对物料运输机器人进行电池更换和工件装卸载的更换电池机器人。本实用新型提供的物料运输机器人为一种AGV物料运输机器人，即具有自动导引功能的运输车。物料运输机器人1包括主体10，物料运输机器人1在主体10的工作面100上的机械臂2、运输道装置4和暂存位装置5，机械臂2的末端设置有机械手3；物料运输机器人在主体10的底部设置有承重轮组件、两组驱动轮组件6和四个定位支撑装置8，主体10中部具有驱动电路、负压产生装置12和电池组件7。物料运输机器人1在主体10的横向两侧均设置有一个保护壁11，机械臂2、机械手3和两个运输道装置4均位于两个保护壁11之间。

设置在主体10底部的驱动轮组件6包括转动座61、电机62和驱动轮63，转动座61转动连接在主体10的底部，两个电机62固定在转动座上，每个电机62的输出端连接有一个驱动轮63，为保持同一组驱动轮组件6上两个驱动轮63共轴相对设置，驱动轮63与电机62之间连接有传动链组件64。主体10整体呈长形，主体10的长度方向即物料运输机器人的横向，两组驱动轮组件6沿主体10的横向布置。

承重轮组件包括设置在主体10底部四个边角的四个承重轮69，承重轮69转动连接在主体10的底部。

结合图8，图8为图2中E处的放大图。主体10底部的四个边角均设置有一个定位支撑装置8，定位支撑装置8包括支撑柱83、支撑座84、支撑气缸80、第一连杆81和第二连杆82，支撑柱83的上端、第一连杆81的上端和支撑气缸83均摆动连接在主体10的底部，且第一连杆81位于支撑柱83与支撑气缸80之间；支撑座84球铰连接在支撑柱83的下端，支撑气缸80的输出端摆动连接在第一连杆81的下端，第二连杆82的上端连接在第一连杆81的下端，第二连杆82的下端连接在支撑柱83的中部。当支撑气缸80工作使其输出端伸出时，在第一连杆81和第二连杆82的联动下可驱动支撑柱83摆动，从而实现定位支撑装置8支撑状态和收纳状态之间的切换。

结合图4，图4为图1中A处的放大图。主体10的工作面100上设置有沿主体10横向布置的两个运输道装置4，且两个运输道装置4位于主体10的横向两侧。运输道装置4包括固定座40、运输滚轴组43和推板组件，固定座40固定在主体10上，固定座40包括相对设置的侧壁41和侧壁42，侧壁41和侧壁42之间具有间隔，运输滚轴组43设置在侧壁41和侧壁42之间，在铅垂方向上，运输滚轴组43的运输面低于侧壁41和侧壁42，放置在运输滚轴组43上的物料载体两侧被侧壁41和侧壁42所限位。

运输道装置4在固定座40上设置有两组推板组件，推板组件包括水平气缸45和连接在水平气缸45输出端的推板44，水平气缸45固定在侧壁42上，推板44面对固定座上的侧壁41，当然侧壁41上也设置一个结构相同的推板组件，同一固定座40上两个推板相对设置。两侧推板共同作用对工件载体进行稳固的夹紧定位，保证机器人行走时工件载体的稳固放置。

结合图5和图7，图5为图1中B处的放大图，图7为图2中D处的放大图。工作面100上的暂存位装置5包括L型的固定壁53、L型的活动壁54、定位气缸55、立柱51和垂向气缸52，立柱51竖立在工作面100上，垂向气缸52垂向固定在所述立柱51的上端，固定壁53连接在垂向气缸52的输出端；定位气缸55固定在固定壁53的下方，定位气缸55水平设置，活动壁54连接在定位气缸55的伸缩输出端，定位气缸55的输出端驱动活动壁54使固定壁53和活动壁54组成与工件轮廓相匹配的长方形的待取放置位50。

结合图6，图6为图1中C处的放大图。主体10的中部设置有开口130，且主体在开口130以内设置有用于放置电器部件和电池的放置空间13，物料运输机器人1包括设置在所述放置空间13中的运输链组件73和运输链组件74，运输链组件73和运输链组件74结构相同，运输链组件73和运输链组件74垂向布置在放置空间13中且运输链组件73位于运输链组件74上方；放置空间13包括垂向布置的两个电池放置位，运输链组件73和运输链组件74分别设置在一个电池放置位中。

以运输链组件74为例，运输链组件74包括设置在放置空间13的横向的两道运输链741，两道运输链741之间具有间隔形成电池放置位，两道运输链741的链节上均设置有多个推动件742，优选的是，多个推动件742等距地设置在所输链741上。

优选地，主体10在放置空间13内设置有垂向布置的两个放置面板75，每个放置面板75与一个电池放置位配合。每个放置面板75上设置有至少两列万向球751，万向球751安装在放置面板75上的通孔上，万向球751被支撑于放置面板75上且万向球751中的滚球件可相对于放置面板75沿任意方向转动。

物料运输机器人1还包括电池71和电池72，电池71和电池72结构相同，以电池72为例，电池72在其左右两侧均设置有横伸而出的配合凸起721，且电池72在延伸方向的前后两侧均设置有一对配合凸起721。具体地，配合凸起721为圆柱体。

当电池72被运送至电池放置位后，电池72则被支撑在放置面板75的多个万向球751上，电池72移动时，电池72与万向球751滚动配合，电池72在万向球751的转动下流畅地进入到放置空间13中。

以电池72与运输链组件74配合为例，当电池72准备放置到两组运输链741之间的电池放置位后，电池72延伸方向的前端进入到两组运输链741之间，此时电池72上横向两侧的配合凸起721则均位于一组运输链741的上方，当运输链741在电机驱动而运动后，运输链741上的推动件742则与电池72延伸方向前侧的两个配合凸起721抵接并推动配合凸起721使电池72滑动，直至电池72完全进入到两组运输链741之间的位置中。

物料运输机器人1在使用中仅需通过一块电池进行供电，图6中所示状态为更换电池过程中，先放入了后备电池，即电池72，而原来的电池71尚未取出的状态；待物料运输机器人1的供电电路切换到与电池72连接的状态后，方可将电池71拆卸而出，此后物料运输机器人1的供电源即为电池72。

结合图1和图9，图9为图3中F处的放大图。机械手3即为本实用新型提供的物料运输机械手，机械手3包括本体30、吸头组件31、吸头组件32、摄像装置33和吹气装置34，本体30连接在机械臂2的末端，本体30呈方块状，吸头组件31和吸头组件32相对地设置在本体30上相对的两个面上。由于机械臂2具有相互转动连接的六个转动关节，而机械手3的本体30连接在机械臂2的末端，故本体30可相对于机械臂2的末端转动，且吸头组件31和吸头组件32位于本体30转动的周向位置上。

摄像装置33和吹气装置34均设置在本体30的转动周向上；吸头组件31和吸头组件32结构相同，以吸头组件31为例，吸头组件31包括调节板310、三个负压吸头36、定位柱37和限位块38，调节板310上设置有三个第一直线槽311，每个负压吸头36穿过一个第一直线槽311并通过螺栓锁紧，从而实现负压吸头36相对于调节板310的可滑动调节。三个负压吸头36呈三角形阵列布置，定位柱37可拆卸地安装在调节板310上且位于三个负压吸头36的围绕区域中，定位柱36的延伸末端呈锥状。

调节板310上安装有连接板381，连接板381上设置有一个第二直线槽382，第二直线槽382垂直于第一直线槽311，限位块38安装在连接板381上，限位块38设置在三个负压吸头36之间，且限位块38的延伸方向与负压吸头36的伸出方向相同。螺栓穿过第二直线槽382后锁紧在限位块38上，实现限位块38与第二直线槽配382的可滑动调节配合。

本体30内设置有气流通道，且本体30上设置有一个与负压产生装置12（图3示）连接的气流入口392，本体30上还设置有与负压吸头36数量匹配的多个气流出口391，每个负压吸头36上均设置有一个气流连接口361，气流连接口361连通至负压吸头36的负压输出端。气流通道连通于气流入口392与多个气流出口391之间；每个气流出口391通过软管与一个气流连接口361连接。优选地，每个负压吸头36的负压输出端均设置有压缩缓冲圈362，压缩缓冲圈362为具有折叠状结构的弹性材料环体。

吸头组件31和吸头组件32结构相同，但吸头组件31与吸头组件32安装到本体30的方式不同。本体30上固定安装有一个转动驱动装置35，吸头组件31的调节板310连接在转动驱动装置35的转动输出端，即吸头组件31可相对于本体30转动；而吸头组件32的调节板则固定安装在本体30上。可选的是，转动驱动装置35为电机或摆动气缸。

摄像装置33除了内置在本体30中的高清摄像头外，还包括可摆动安装在本体30外的透光片331，本体30上安装有一个气缸330，气缸330的输出端与透光片331之间连接有一个摆杆组件332，气缸330联动摆杆组件332以实现透光片331的摆动。

机械手3可驱动机械臂2从第一个运输道装置4的载体中吸取出工件并移送至加工机器中进行加工，当工件加工完后，机械手3使用吹气装置34对已加工的工件进行吹拭或喷淋等，随后再将已加工工件取出并放置到暂存位装置5或另一个运输道装置4上的物料载体中。

参见图10、图11和图12，图10和图12为更换电池机器人不同视角的结构图，图11为图10中G处的放大图。更换电池机器人9包括主体91、设置在主体91底部的驱动轮组件97和承重轮98、设置在主体91中部的升降装置92和运输链组件94，以及设置在主体91上部的桁架搬运装置95、气动夹持装置959和运输道装置96。

主体91的底部设置有两组相对独立的驱动轮组件97，驱动轮组件97包括转动座971、电机972和驱动轮973，转动座971转动连接在主体91的底部，两个电机972固定在转动座971上，每个电机972的输出端连接有一个驱动轮973，为保持同一组驱动轮组件97上两个驱动轮973共轴相对设置，驱动轮973与电机972之间连接有传动链组件974。主体91整体呈长形，主体97的长度方向即更换电池机器人9的横向，两组驱动轮组件97沿主体91的横向布置。

主体91具有开口910且主体91在开口910以内形成放置空间911，升降装置92设置在放置空间911内；升降装置92包括驱动装置（图中未示出）、连接在驱动装置输出端的垂向运输带922和连接在垂向运输带922上的升降台921；升降台921上设置有放置面板93，运输链组件94也设置在升降台921上，两组运输链组件94相对地设置在放置面板93的横向两侧，放置面板93上设置有多个万向球931，多个万向球931呈两列设置在放置面板93的横向两侧。运输链组件94的运输链941上设置有多个推动件942，优选地，多个推动件942等距离等设置在运输链941上。另外，主体91上设置有垂向导杆929，升降台921与垂向导杆929滑动配合；升降台921在靠近开口910的横向两侧均设置有一个斜面导向件932。

主体91在放置空间911的上方设置有工作面，两个运输道装置96设置在工作面上，运输道装置96包括固定座961和运输滚轴组963，固定座961固定在主体91上，固定座961包括相对设置的两道侧壁962，两道侧壁962之间具有间隔，运输滚轴组963设置在两道侧壁962之间，在铅垂方向上，运输滚轴组963的运输面低于侧壁962，放置在运输滚轴组963上的物料载体两侧被两道侧壁962所限位。

主体91在其上方的横向两侧均设置有一道保护壁912，桁架搬运装置95设置在两道保护壁912的顶部之间。桁架搬运装置95包括与保护壁912沿X轴方向滑动配合的X轴移动件951、与X轴移动件951沿Y轴方向滑动配合的Y轴移动件952以及与Y轴移动件952沿Z轴方向滑动配合的Z轴移动件953，Z轴移动件953即为桁架搬运装置95的末端，气动夹持装置959安装在Z轴移动件953上，Z轴移动件953以及气动夹持装置959可沿X轴、Y轴和Z轴方向平移，气动夹持装置959可移动至运输道装置96处或移动至主体91以外。

物料运输机器人的更换电池方法实施例

结合图6、图11和图13，图13为物料运输机器人的更换电池方法实施例第一状态工作原理图。电池更换方法在上一实施例中的物料运输系统中进行，利用更换电池机器人9对物料运输机器人1中的电池进行不断电更换。在初始状态时，电池71作为电源安装于物料运输机器人1中。而当物料运输机器人1的系统监测到电池71中电量不足时，则通过无线通信系统发送控制信号至更换电池机器人9。更换电池机器人9接收到工作信号后则到充电站中取出作为备用电池的电池72并放置在放置空间911中（图10示），随后更换电池机器人9行走至物料运输机器人1所在处。在更换电池机器人9行走的途中或到达了与物料运输机器人1的对接位置后，更换电池机器人9根据已获取的关于物料运输机器人1的数据确认物料运输机器人1上闲置的电池放置位的水平高度，并启动升降装置92使运输链组件94移动至与该闲置的电池放置位上的运输链组件74相匹配的水平高度，以准备更换电池机器人9与物料运输机器人1之间的对接。

结合图6、图11和图14，图14为物料运输机器人的更换电池方法实施例第二状态工作原理图。更换电池机器人9到达对接位置后，运输链组件94启动，两条运输链941同步运行使推动件942发生线性移动并抵接到电池72移动方向第一侧上的一对配合凸起721，推动件942推动电池72移动，电池72从更换电池机器人9的开口910离开放置空间911并从物料运输机器人1的开口130进入放置空间13。随后运输链组件74启动，运输链741上的推动件742抵接在电池72上与第一侧相对的第二侧的配合凸起721上，且推动件742对推动方向配合凸起721的推动方向为电池72进入开口130的前进方向。第二工作状态为运输链组件94与运输链组件74之间的交接工作状态。电池72在运输链组件74的推动下继续进入放置空间13中，电池72最终脱离与运输链组件94之间的配合并完全进入至放置空间13中，此时原来的供电电池（电池71）和后备电池（电池72）均与物料运输机器人1中的供电电路物理连接，随后系统将供电电连接由电池71转换至电池72，不断电而完成电池更换。其中，电池72在移动的过程中保持与放置面板75的万向球751或放置面板93的万向球931滚动配合。

结合图6、图11和图15，图15为物料运输机器人的更换电池方法实施例第三状态工作原理图。完成电池72的安装后，升降装置92（图10）再次启动，使运输链组件94移动至与电池71所在的电池放置位上的运输链组件73相匹配的水平高度，随后启动运输链组件73，两道运输链731同步运行而推动件732抵接在电池71前进方向第一侧上的配合凸起711上，推动件932推动电池71移动，电池71从物料运输机器人1的开口130离开放置空间13并从更换电池机器人9的开口910进入放置空间911。随后运输链组件73启动，运输链731上的推动件732抵接在电池71上与第一侧相对的第二侧的配合凸起711上，且推动件732对推动方向配合凸起711的推动方向为电池71进入开口910的前进方向。第三工作状态为运输链组件73与运输链组件94之间的交接工作状态。电池71在运输链组件73的推动下继续进入放置空间911中，电池71最终脱离与运输链组件73之间的配合并完全进入至放置空间911中。其中，电池71在移动的过程中保持与放置面板76的万向球761或放置面板93的万向球931滚动配合。

结合图1和图10，在进行物料运输机器人1的电池更换过程中，可同时进行工件的装卸载。在推动件942与电池71的配合凸起抵接以推动电池71完全进入放置空间911前，桁架搬运装置95和气动夹持装置959启动，气动夹持装置959移动至物料运输机器人1的上方，并将物料运输机器人1上第一个运输道装置4上的已加工工件载体进行抓取，然后运送至更换电池机器人9上的第一个运输道装置96上，随后气动夹持装置959移动至第二个运输道装置96上并对未加工工件载体进行抓取并运送至物料运输机器人1上的第二个运输道装置4中。更换电池机器人对物料运输机器人进行电池更换的同时，桁架搬运装置95和气动夹持装置959对工件载体进行回收，并将新的未加工工件载体搬运至物料运输机器人上，实现对工件的装载和卸载。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，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变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (8)

1.更换电池机器人，其特征在于，包括：

主体和设置在所述主体底部的驱动轮组件；

升降装置、运输链组件、桁架搬运装置、气动夹持装置和运输道装置；

所述主体具有开口且所述主体在所述开口以内形成放置空间，所述升降装置设置在所述放置空间内；所述升降装置包括驱动装置、连接在所述驱动装置输出端的垂向运输带和连接在所述垂向运输带上的升降台；

所述运输链组件设置在所述升降台上，所述运输链组件的运输链上设置有推动件；

所述桁架搬运装置和所述运输道装置均设置在所述主体的上部，所述气动夹持装置设置在所述桁架搬运装置的末端，所述气动夹持装置可移动至所述运输道装置处或移动至所述主体以外。

2.根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述升降台上设置有放置面板，所述放置面板位于两组所述运输链组件之间，所述放置面板上设置有多个万向球。

3.根据权利要求2所述的更换电池机器人，其特征在于：

多个所述万向球呈两列设置在所述放置面板的横向两侧。

4.根据权利要求3所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述主体上设置有垂向导杆，所述升降台与所述垂向导杆滑动配合。

5.根据权利要求4所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述运输道装置包括固定座和运输滚轴组，所述固定座固定在所述主体上，所述固定座包括相对设置的两道侧壁，两道所述侧壁之间具有间隔，所述运输滚轴组设置在两道所述侧壁之间，在铅垂方向上，所述运输滚轴组的运输面低于所述侧壁。

6.根据权利要求5所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述桁架搬运装置的末端可沿X轴、Y轴和Z轴方向平移。

7.根据权利要求6所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述主体的横向两侧均设置有一道保护壁，所述运输道装置均位于两道所述保护壁之间；

所述桁架搬运装置设置在两道所述保护壁的顶部之间。

8.根据权利要求1至7任一项所述的更换电池机器人，其特征在于：

所述运输链组件的运输链上设置有多个所述推动件。