CN210363460U - 一种基于机器人的汽车换电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于机器人的汽车换电站，汽车换电站包括汽车导引定位平台、视觉检测系统、机器人、电池抓手、电池仓储库、电控系统，所述的汽车导引定位平台的中心向两侧依次设置有视觉检测系统、电控系统、机器人、至少一个电池仓储库，其中机器人的机械臂与电池抓手连接。本实用新型结构合理，提高了当前换电站的自动化程度，减少了换电时间，降低了维护和运营成本，同时通过运用多自由度机器人降低了对汽车停车位置的要求。

Description

一种基于机器人的汽车换电站

技术领域

本实用新型属于新能源汽车技术领域，特别涉及一种基于机器人的汽车换电站。

背景技术

随着全球各国对环境保护的关注度和重视度越来越高，电动汽车以其零污染低噪声的先天优势受到格外关注，在电动汽车普及的道路上电池是一大瓶颈。目前电动汽车的核心问题就是电池的续航里程和充电时间，在电池容量和充电时间方面没有技术突破的前提下，快捷方便的更换电池是首选，不需要等待较长的充电时间，只需要等待更换电池的时间。

目前，现有技术的换电站存在以下技术缺陷：换电站普及率不高，仅有的换电站自动化程度低，人工、维护和运营成本较高；换电站的操作运动机构采用较少自由度的传统机械结构，对停车位置要求较高，适应性和可扩展性较差，难以满足人们的需求。

如何设计一种基于机器人的汽车换电站，如何提高当前换电站的自动化程度，如何减少换电时间，如何降低对汽车停车位置的要求，成为急需解决的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于机器人的汽车换电站，用于解决现有技术中存在的换电站普及率不高，仅有的换电站自动化程度低，人工、维护和运营成本较高；换电站的操作运动机构采用较少自由度的传统机械结构，对停车位置要求较高，适应性和可扩展性较差，难以满足人们的需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于机器人的汽车换电站，汽车换电站包括汽车导引定位平台、视觉检测系统、机器人、电池抓手、电池仓储库、电控系统，所述的汽车导引定位平台的中心向两侧依次设置有视觉检测系统、电控系统、机器人、至少一个电池仓储库，其中机器人的机械臂与电池抓手连接。

于本实用新型的一实施例中，所述的汽车导引定位平台中部设置有钢平台，钢平台的前后两端均设置有导引斜坡道，导引斜坡道的另一端与地面接触；钢平台的中心设置有两个电池托架，电池托架位于钢平台的上方。

于本实用新型的一实施例中，两件所述的视觉检测系统对称布置在汽车导引定位平台的两侧，任意一件视觉检测系统均有视觉相机、线性导轨模组、电机、减速机；电机驱动减速机，减速机的输出端与线性导轨模组直连；视觉相机安装在线性导轨模组的滑块上，视觉相机的镜头朝向钢平台；线性导轨模组安装在地面，其行程大于汽车电池在汽车前后方向的安装长度。

于本实用新型的一实施例中，两台所述的机器人对称布置在汽车导引定位平台的两侧，任意一台机器人包括机器人本体、机器人底座，机器人底座与地面连接，

通过采用这种技术方案：机器人底座用于安装定位机器人本体；

机器人本体为6自由度机器人，其工作半径与机器人与电池仓储库之间的距离以及机器人与电池托架之间的距离相匹配。

于本实用新型的一实施例中，所述的电池抓手包括抓手支架，抓手支架的顶面设置有真空发生器，抓手支架的两侧设置有对称布置的电池滚动导轨，抓手支架的底面中心设置有对称布置一级气缸，两个一级气缸的两侧设置有对称布置的一级气缸导向杆，两个一级气缸的活塞端上设置有推板，两个一级气缸导向杆位于抓手支架及推板之间，推板的底面中心设置有二级气缸，二级气缸的两侧设置有对称布置的二级气缸导向杆，一级气缸和二级气缸的活塞端均朝向同一侧；

二级气缸的活塞端上设置有吸盘座，两个二级气缸导向杆位于吸盘座及推板之间，吸盘座上远离抓手支架的端面上设置有数个等距布置的真空吸盘，吸盘座上靠近抓手支架的端面两侧设置有行程开关，

通过采用这种技术方案：行程开关为检测装置，检测电池与真空吸盘脱离的贴合性；真空吸盘为执行机构，能直接从电池托架、电池仓储库中吸取电池；真空发生器为真空吸盘提供真空压力。

于本实用新型的一实施例中，任意一侧所述的电池仓储库均由三个电池仓储库组成一组，三个电池仓储库均沿着半圆的圆弧布置；

任意一个电池仓储库均包括仓储架本体、充电插座、电池滚动轨道；仓储架本体均向远离汽车导引定位平台中心的方向倾斜，倾斜的角度为锐角，

通过采用这种技术方案：能保证充电电池不会自然滑落；

仓储架本体内从上到下设置有数个电池仓位，任意一个电池仓位的进出仓方向均朝向机器人；每个电池仓位的两侧面均设置有电池滚动轨道，

通过采用这种技术方案：能减小摩擦力以方便电池进出仓；

每个电池仓位背面板上均设置有充电插座，电池到位后即可开始充电。

于本实用新型的一实施例中，所述的电控系统位于视觉检测系统的后方，电控系统包括电气控制柜、显示系统，

通过采用这种技术方案：电气控制柜能控制气缸、真空发生器、行程开关和相机的匹配动作；显示屏能显示当前的运行状态，为整个系统运行情况提供实时的数据和监控。

于本实用新型的一实施例中，所述的钢平台通过高度调整装置与地面预埋的膨胀螺栓连接。

本实用新型的有益效果：

1、全自动化汽车换电站，替代劳动力，解决招工用工难的问题，降低维护和运营成本；

2、采用多自由度机器人，适应性和柔性好，降低对汽车停车位置的要求；

3、采用视觉扫描技术定位汽车电池，可实现不同型号汽车的电池位置不一致问题；

4、机器人可以连续工作，在汽车进出车库时间间隙完成空满电池的进出仓，节约平均换电时间，提高生产效率；

5、布局合理紧凑，占地面积小。

如上所述，本实用新型的一种基于机器人的汽车换电站，结构合理，提高了当前换电站的自动化程度，减少了换电时间，降低了维护和运营成本，同时通过运用多自由度机器人降低了对汽车停车位置的要求，推广应用具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的安装结构俯视图。

图2为本实用新型的汽车导引定位平台俯视图。

图3为本实用新型的汽车导引定位平台左视图。

图4为本实用新型的视觉检测系统俯视图。

图5为本实用新型的机器人侧视图。

图6为本实用新型的电池抓手俯视图。

图7为本实用新型的电池抓手仰视三维图。

图8为本实用新型的电池仓储库立体图。

图中：1.汽车导引定位平台；2.视觉检测系统；3.机器人；4.电池抓手；5.电池仓储库； 6.电控系统；11.导引斜坡道；12.钢平台；13.电池托架；21.视觉相机；22.线性导轨模组；23. 电机；24.减速机；31.机器人底座；32.机器人本体；41.真空发生器；42.一级气缸；43.二级气缸；44.一级气缸导向杆；45.二级气缸导向杆；46.真空吸盘；47.行程开关；48.电池滚动导轨； 51.仓储架本体；52.充电插座；53.电池滚动轨道。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型提供一种基于机器人的汽车换电站，汽车换电站包括汽车导引定位平台1、视觉检测系统2、机器人3、电池抓手4、电池仓储库5、电控系统6，所述的汽车导引定位平台1的中心向两侧依次设置有视觉检测系统2、电控系统6、机器人3、至少一个电池仓储库5，其中机器人3的机械臂与电池抓手4连接；

如图2所示，所述的汽车导引定位平台1中部设置有钢平台12，钢平台12的前后两端均设置有导引斜坡道11，导引斜坡道11的另一端与地面接触；钢平台12的中心设置有两个电池托架13，

如图3所示，电池托架13位于钢平台12的上方；

如图4所示，两件所述的视觉检测系统2对称布置在汽车导引定位平台1的两侧，任意一件视觉检测系统2均有视觉相机21、线性导轨模组22、电机23、减速机24；电机23驱动减速机24，减速机24的输出端与线性导轨模组22直连；视觉相机21安装在线性导轨模组22的滑块上，视觉相机21的镜头朝向钢平台12；线性导轨模组22安装在地面，其行程大于汽车电池在汽车前后方向的安装长度；

两台所述的机器人3对称布置在汽车导引定位平台1的两侧，

如图5所示，任意一台机器人3包括机器人本体32、机器人底座31，机器人底座31与地面连接；通过采用这种技术方案：机器人底座用于安装定位机器人本体；

机器人本体32为6自由度机器人，其工作半径与机器人3与电池仓储库5之间的距离以及机器人3与电池托架13之间的距离相匹配；

如图6所示，所述的电池抓手4包括抓手支架，抓手支架的顶面设置有真空发生器41，抓手支架的两侧设置有对称布置的电池滚动导轨48，

如图7所示，抓手支架的底面中心设置有对称布置一级气缸42，两个一级气缸42的两侧设置有对称布置的一级气缸导向杆44，两个一级气缸42的活塞端上设置有推板，两个一级气缸导向杆44位于抓手支架及推板之间，推板的底面中心设置有二级气缸43，二级气缸43的两侧设置有对称布置的二级气缸导向杆45，一级气缸42和二级气缸43的活塞端均朝向同一侧；

二级气缸43的活塞端上设置有吸盘座，两个二级气缸导向杆45位于吸盘座及推板之间，吸盘座上远离抓手支架的端面上设置有数个等距布置的真空吸盘46，吸盘座上靠近抓手支架的端面两侧设置有行程开关47，

通过采用这种技术方案：行程开关47为检测装置，检测电池与真空吸盘46脱离的贴合性；真空吸盘46为执行机构，能直接从电池托架13、电池仓储库5中吸取电池；真空发生器41 为真空吸盘46提供真空压力；

任意一侧所述的电池仓储库5均由三个电池仓储库组成一组，三个电池仓储库均沿着半圆的圆弧布置；

如图8所示，任意一个电池仓储库5均包括仓储架本体51、充电插座52、电池滚动轨道53；仓储架本体51均向远离汽车导引定位平台1中心的方向倾斜，倾斜的角度为锐角，通过采用这种技术方案：能保证充电电池不会自然滑落；

仓储架本体51内从上到下设置有数个电池仓位，任意一个电池仓位的进出仓方向均朝向机器人3；每个电池仓位的两侧面均设置有电池滚动轨道53，通过采用这种技术方案：能减小摩擦力以方便电池进出仓；

每个电池仓位背面板上均设置有充电插座52，电池到位后即可开始充电；

充电插座52配有快换电源插头、适配器，能对电池插头插拔充电；

所述的电控系统6位于视觉检测系统2的后方，电控系统6包括电气控制柜、显示系统，通过采用这种技术方案：电气控制柜能控制气缸、真空发生器、行程开关和相机的匹配动作；显示屏能显示当前的运行状态，为整个系统运行情况提供实时的数据和监控；

所述的钢平台12通过高度调整装置与地面预埋的膨胀螺栓连接；

所述的电机23采用普通电机或伺服电机中的任意一种。

具体实施时，本实用新型包括汽车导引定位平台，视觉检测系统，机器人，电池抓手，电池仓储库和电控系统；所述汽车导引定位平台前后有导引斜坡道，上部有电池托架；所述视觉检测系统位于汽车导引定位平台两侧，由视觉相机，线性导轨模组，电机和减速机组成；所述机器人包括机器人本体和机器人底座；所述电池抓手包括真空吸盘、气缸、行程开关和真空发生器；所述电池仓储库配有快换电源插头和适配器，可对电池插头插拔充电；所述电控系统包括电气控制柜和显示系统，用于换电状态的实时监控；

所述汽车导引定位平台包括上下导引斜坡道，钢平台和电池托架；所述上下导引斜坡道由钢板焊接而成，直接支撑在地面上；所述钢平台有型材焊接而成，底部通过高度调整装置与地面用膨胀螺栓连接；所述电池托架安装在钢平台上方，用于存放从汽车底部降下来的可拆卸待换电池；

所述视觉检测系统包括视觉相机、线性导轨模组、电机和减速机；所述视觉相机安装在线性导轨模组的滑块上，镜头朝向钢平台方向；所述线性导轨模组安装在地面，其行程大于汽车电池在汽车前后方向可能的安装长度；所述电机驱动减速机，给线性导轨模组提供动力；所述减速机与线性导轨模组直连，传递动力和扭矩；

所述机器人包括机器人底座和机器人本体；所述机器人底座用于安装定位机器人本体，其与地面连接安装；所述机器人本体为6自由度机器人，具有很高的动作柔性和适应性，其工作半径与机器人和电池仓储库、电池托架之间的距离相匹配；

所述电池抓手包括真空吸盘、气缸、行程开关和真空发生器，其整体安装在机器人手臂上；所述真空吸盘为执行机构，直接从电池托架或者电池仓储库中吸取电池；所述行程开关为检测装置，检测电池与真空吸盘脱离的贴合性；所述真空发生器为真空吸盘提供真空压力；

所述电池仓储库包括仓储架本体、电池滚动轨道和充电插座；所述仓储架本体为小角度向后倾斜安装，保证存储架中的充电电池不会自然滑落，其进出仓方向面对机器人；所述滚动轨道布置在每个电池仓位的两侧面，减小摩擦力以方便电池进出仓；所述充电插座布置在每个电池仓位背部，电池到位后即可开始充电；

所述电控系统包括电气控制柜和显示屏；电气控制柜控制气缸、真空发生器、行程开关和相机的匹配动作；显示屏显示当前的运行状态，为整个系统运行情况提供实时的数据和监控；本实用新型采用视觉检测系统定位汽车电池位置，降低了目前换电站对汽车停止位置的严苛要求；

本实用新型采用机器人执行换电动作，具有极高的适应性和柔性，同时减少了人工成本和维护运营成本；

本实用新型采用真空吸盘抓取电池，减少了对电池本身的机械损坏；

本实用新型由于采用机器人，电池仓储库具有非常高的可扩展性；

本实用新型的结构布局紧凑，占地面积小。

实施例一、本系统主要包括汽车导引定位平台1，视觉检测系统2，机器人3，电池抓手4，电池仓储库5和电控系统6；所述视觉检测系统2共两套，对称分布在汽车引导定位平台1的两侧面；所述机器人3有两台，对称布置在汽车引导定位平台1的两侧面，视觉检测系统2位于汽车引导定位平台1和机器人3中间；所述电池抓手4安装在机器人3的手臂上；所述电池仓储库5共两套，分别圆周分布在两个机器人3的周围；所述电控系统6安装在汽车引导定位平台1的两侧面；

所述汽车导引定位平台1由前后的导引斜坡道11，中部的钢平台12和钢平台上部的电池托架13组成；所述视觉检测系统2位于汽车导引定位平台1两侧，由视觉相机21，线性导轨模组22，伺服电机23和减速机24组成；所述机器人3包括机器人底座31和机器人本体32；所述电池抓手4包括真空发生器41，一级气缸42，二级气缸43，一级气缸导向杆44，二级气缸导向杆45，真空吸盘46，行程开关47，电池滚动导轨48组成；所述电池仓储库5包括仓储架本体51，充电插座52和电池滚动轨道53；所述电控系统6包括电气控制柜和数控显示系统，用于换电状态的实时监控；

当汽车进入换电站换电时，首先将汽车通过导引斜坡道11驶入钢平台12，将汽车定位停在便于换电的电池托架13的上方；待换电汽车电池仓下降，把待换电电池平稳落在电池托架 13上；

启动自动换电程序后，驱动伺服电机23带动减速机24旋转，减速机24带动线性滑动模组22沿着直线导轨运动，安装在线性导轨模组22上的视觉相机21也随之运动，同时已经启动的视觉相机21在直线运动轨迹上连续扫描落在电池托架13上的待换电池，把视觉相机21拍摄的照片传送到处理器分析得到电池的实际位置，并把位置信息传送给机器人3作为电池的定位；汽车导引定位平台1两侧的两套视觉检测系统同时执行上述动作，提高工作效率；

机器人根据得到的电池定位信息，带动电池抓手4从电池托架13上取走待换电池，并把该电池放到电池仓储库5上充电；然后从电池仓储库5上取出满电电池，装入电池托架13的空位；连续执行上述操作，直到所有电池更换完毕；两台机器人3同时工作，各自负责汽车一侧电池的更换；

所述电池抓手4采用铝以降低抓手的整体重量，提高机器人运动的灵活性和平稳性；

当执行从电池仓储库5或电池托架13取电池时，机器人3带动电池抓手4定位完毕后，一级气缸42推动真空吸盘46和接近开关接近电池，一级气缸导向杆44提高气缸行进过程中的定位和运动稳定性；一级气缸42到达最大行程后，二级气缸43开始动作，推动真空吸盘46和接近开关继续接近电池，二级气缸导向杆45提高气缸行进过程中的定位和运动稳定性；行程开关47检测到电池后，二级气缸43停止动作并保持；真空发生器41动作，真空吸盘46内部出现真空，从而真空吸盘和电池紧紧吸合；二级气缸43和一级气缸42先后动作，在电池滚动导轨48的导引下，电池进入电池抓手4内部；

当执行向电池仓储库5或电池托架13放电池时，机器人3带动电池抓手4(电池在电池抓手 4内部)定位完毕后，一级气缸42推动真空吸盘46、接近开关和电池进入电池仓储库5或电池托架13，一级气缸导向杆44提高气缸行进过程中的定位和运动稳定性；一级气缸42到达最大行程后，二级气缸43开始动作，推动真空吸盘46、接近开关和电池继续前行，二级气缸导向杆45提高气缸行进过程中的定位和运动稳定性；直到二级气缸43到达最大行程，电池插与电池仓储库5或电池托架13中的快换电源插头连接；真空发生器41停止动作，真空吸盘46与电池脱离；二级气缸43和一级气缸42先后动作，真空吸盘46、一级气缸42和二级气缸43收回到电池抓手内部；

电池仓储库5由仓储架本体51构成了多个电池仓位，并且电池充电仓位可以根据需要扩充或减少；每个充电仓位都配有与待换电池匹配的快换电源插头，当待换电池通过电池滚轮轨道 53滚到适当位置后，电池的电源插头和快换电源插头连接，然后执行充电；待充电电池在进出电池仓位过程中，其与电池滚轮53为滚动摩擦，减少了电池进出仓所需的机械力，降低能耗；电池仓储库5采用小角度前后倾斜设计，防止电池在充电状态下滑落。

综上所述，本实用新型提供一种基于机器人的汽车换电站，结构合理，提高了当前换电站的自动化程度，减少了换电时间，降低了维护和运营成本，同时通过运用多自由度机器人降低了对汽车停车位置的要求。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：汽车换电站包括汽车导引定位平台(1)、视觉检测系统(2)、机器人(3)、电池抓手(4)、电池仓储库(5)、电控系统(6)，所述的汽车导引定位平台(1)的中心向两侧依次设置有视觉检测系统(2)、电控系统(6)、机器人(3)、至少一个电池仓储库(5)，其中机器人(3)的机械臂与电池抓手(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：所述的汽车导引定位平台(1)中部设置有钢平台(12)，钢平台(12)的前后两端均设置有导引斜坡道(11)，导引斜坡道(11)的另一端与地面接触；钢平台(12)的中心设置有两个电池托架(13)，电池托架(13)位于钢平台(12)的上方。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：两件所述的视觉检测系统(2)对称布置在汽车导引定位平台(1)的两侧，任意一件视觉检测系统(2)均有视觉相机(21)、线性导轨模组(22)、电机(23)、减速机(24)；电机(23)驱动减速机(24)，减速机(24)的输出端与线性导轨模组(22)直连；视觉相机(21)安装在线性导轨模组(22)的滑块上，视觉相机(21)的镜头朝向钢平台(12)；线性导轨模组(22)安装在地面，其行程大于汽车电池在汽车前后方向的安装长度。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：两台所述的机器人(3)对称布置在汽车导引定位平台(1)的两侧，任意一台机器人(3)包括机器人本体(32)、机器人底座(31)，机器人底座(31)与地面连接，用于安装定位机器人本体；机器人本体(32)为6自由度机器人，其工作半径与机器人(3)与电池仓储库(5)之间的距离以及机器人(3)与电池托架(13)之间的距离相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：所述的电池抓手(4)包括抓手支架，抓手支架的顶面设置有真空发生器(41)，抓手支架的两侧设置有对称布置的电池滚动导轨(48)，抓手支架的底面中心设置有对称布置一级气缸(42)，两个一级气缸(42)的两侧设置有对称布置的一级气缸导向杆(44)，两个一级气缸(42)的活塞端上设置有推板，两个一级气缸导向杆(44)位于抓手支架及推板之间，推板的底面中心设置有二级气缸(43)，二级气缸(43)的两侧设置有对称布置的二级气缸导向杆(45)，一级气缸(42)和二级气缸(43)的活塞端均朝向同一侧；

二级气缸(43)的活塞端上设置有吸盘座，两个二级气缸导向杆(45)位于吸盘座及推板之间，吸盘座上远离抓手支架的端面上设置有数个等距布置的真空吸盘(46)，吸盘座上靠近抓手支架的端面两侧设置有行程开关(47)。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：任意一侧所述的电池仓储库(5)均由三个电池仓储库组成一组，三个电池仓储库均沿着半圆的圆弧布置；

任意一个电池仓储库(5)均包括仓储架本体(51)、充电插座(52)、电池滚动轨道(53)；仓储架本体(51)均向远离汽车导引定位平台(1)中心的方向倾斜，倾斜的角度为锐角，仓储架本体(51)内从上到下设置有数个电池仓位，任意一个电池仓位的进出仓方向均朝向机器人(3)；每个电池仓位的两侧面均设置有电池滚动轨道(53)；每个电池仓位背面板上均设置有充电插座(52)，电池到位后即可开始充电。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：所述的电控系统(6)位于视觉检测系统(2)的后方，电控系统(6)包括电气控制柜、显示系统。

8.根据权利要求3所述的一种基于机器人的汽车换电站，其特征在于：所述的钢平台(12)通过高度调整装置与地面预埋的膨胀螺栓连接。

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