CN213920735U - 一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，包括集装箱本体，汽车导引定位平台，机器人，电池抓手，电池上下料系统，电池仓储库和控制监控系统。所述集装箱本体包括框架，波纹板，隔音保温层和导水槽设计；所述汽车导引定位平台前后有导引斜面，上部有电池托架，侧面由导正滚轮组，前端有V型定位滚轮；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和监控系统，用于换电状态的实时远程监控。本实用新型采用集装箱载体，减低了选址难度，降低运营成本，提高了站体运输和更换场址的灵活性。

Description

一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站。

背景技术

电动汽车以其零污染和低噪声的优势，同时在国家的大力推广下，其保有量呈逐年递增形势。作为电动汽车的配套设施，越来越多的电动汽车换电站拔地而起。同时考虑到我国的劳动力成本逐年上涨，智能制造和装备、机器换人也已经提上了国家的战略层面，我司前期研发了一种基于机器人的自动换电站，该电动汽车换电站以房屋结构为主体，换电设备安装在房体内，经过投入运营发现，存在寻址选址难，场地租赁费用高并且搬迁移动受限等问题。另外该换电站里采用的视觉检测系统运行时间占总体换电池时间比重较大。最后电池抓手的电气稳定性偏低。

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和集装箱的电动汽车换电站，采用集装箱形式，降低寻址选址难度，降低维护和运营成本，增加换电站的位置灵活性，同时通过改变视觉检测系统的安装位置，减少换电总体时间，提高设备的利用率，最后通过更改信号检测方式，提高电池抓手的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，包括集装箱本体，以及设置于集装箱本体内的汽车导引定位校正平台，机器人，电池抓手，电池上下料系统，电池仓储库、电控及监控系统；

其中所述汽车导引定位校正平台前后有导引斜面，上部有电池托架，前后和侧面有导正滚轮，前端有限位装置；

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，真空发生器和视觉检测系统；

所述电池上下料系统有上下料框架，气缸定位装置和导向滚轮；

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；

所述电控及监控系统包括电控系统和监控系统，其中

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；

所述监控系统采用监控摄像头，并存储监控录像，用于汽车换电站内运营情况的实时远程监控。

进一步的，所述集装箱本体采用钢结构主体，四周采用波纹板封装，波纹板内部镶嵌隔噪保温层，顶部设计有导水槽，所述集装箱本体的尺寸根据内部设备占地大小和设备运行空间设定；

所述钢结构主体采用钢型材焊接而成，底部设计有支撑脚，并在设备落位处根据设备所需承重设计有加强筋；

所述波纹板为集装箱本体常用钢波纹板；所述隔噪保温层，采用多孔岩棉材料；所述导水槽，为倾斜式设计并配置下水管道，用于雨水的导流。

优选的，所述汽车导引定位校正平台包括上下导引斜坡道，钢平台，电池托架，导正滚轮组和限位装置；

所述上下导引斜坡道由钢板焊接而成，一端支撑在地面上，一端和集装箱本体对接；所述钢平台由型材焊接而成，并与集装箱本体焊接在一起；

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；

所述导正滚轮安装在钢平台上，用于测量左右方向的导正；

所述限位装置在钢平台前方，用于车辆前后方向的限位。

优选的，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，其与集装箱本体连接在一起；所述机器人本体为六自由度机器人，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。

优选的，所述电池抓手包括真空吸盘、气缸装置、行程开关、真空发生器、电池滚动导轨和视觉检测系统，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；所述气缸装置包括一级气缸、二级气缸、一级气缸导向杆和二级气缸导向杆，

所述行程开关为检测装置，检测电池在电池抓手内部的到位与否；所述真空发生器为真空吸盘提供真空压力；

所述视觉检测系统有3D视觉相机和3D视觉相机防撞装置，3D视觉相机用于对电池扫描并经过上位机后处理，获取电池在电动汽车上的实际位置，3D视觉相机防撞装置用于保护视觉相机。

优选的，所述电池上下料系统包含上下料框架，气缸定位装置、导向滚轮组和定位阻挡块；所述上下料框架采用钢型材焊接而成，用于电池的承重；所述气缸定位装置为电池上料口和下料口的定位，便于机器人抓取；所述导向滚轮组包括侧面导向滚轮组和底部导向滚轮组，用于电池框架内的滚动导向和限位，用于电池在自重作用下滚动。

优选的，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；

所述仓储架本体为预设角度向后倾斜安装，所述预设角度在5°-15°之间，保证仓储架本体中的充电电池不会自然滑落，其进仓、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侧面，减小摩擦力以方便电池进仓、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。

优选的，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。

优选的，所述监控系统包括监控摄像头和存储媒介；所述摄像头采用一组或多组，实现站体内全景无死角监控，并存储监控录像到存储媒介，用于站体内运营情况的实时远程监控，并存档保存。

如上所述，本实用新型所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，具有以下有益效果：

1、采用集装箱式的换电站，降低了换电站选址的难度，整体方便搬迁到需求量大的场合，降低运营成本，同时提高了换电站的灵活性。

2、换电平台采用滚轮组导正机构和前端的V型定位机构，汽车停止位置更加准确。

3、全自动化机器人汽车换电站，替代繁重体力劳动，解决招工、用工难问题，降低维护和运营成本。

4、采用六自由度机器人，适应性和柔性好，降低对汽车停车位置的要求。

5、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。

6、视觉相机安装在机器人抓手上，减少了视觉相机的辅助时间，提高了换电效率。

7、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。

附图说明

图1为换电站立体图(隐藏集装箱顶部)。

图2为换电站俯视图(隐藏集装箱顶部)。

图3为集装箱立体图。

图4为汽车导引定位校正平台俯视图。

图5为汽车导引定位校正平台左视图。

图6为机器人侧视图。

图7为电池抓手立体图。

图8为电池抓手俯视图。

图9为电池抓手侧视图。

图10为电池上下料立体图。

图11为电池仓储库立体图。

图中：1、集装箱本体，2、汽车导引定位校正平台，3、机器人，4、电池抓手，5、电池上下料系统，6、电池仓储库，7、电控及监控系统，11、钢结构主体，12、波纹板，13、隔噪保温层，14、支撑脚，15、导水槽，16、加强筋，21、上下导引斜坡道，22、钢平台，23、电池托架，24、导正滚轮组，25、限位装置，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，49、3D视觉相机，410、3D视觉相机防撞装置，51、上下料框架，52、气缸定位装置，53、侧面导向滚轮组，54、底部导向滚轮组，55、定位阻挡块，61、仓储架本体，62、充电插座，63、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1-11。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。

实施例：

一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，包括集装箱本体1，汽车导引定位校正平台2，机器人3，电池抓手4，电池上下料系统5，电池仓储库6，电控及监控系统7。所述集装箱本体1采用拼接形式，由集装箱A和集装箱B拼接而成；所述汽车导引定位校正平台2安装在集装箱中部位置；所述机器人3有两台，对称布置在汽车导引定位校正平台2的两侧面；所述电池抓手4安装在机器人3的手臂上，视觉检测系统安装在电池抓手4上；所述电池上下料系统5共两套，分别布置在两台机器人3的背部，相对于汽车导引定位校正平台2对称布置；所述电池仓储库6共两套，分别圆周分布在两台机器人3的周围；所述电控及监控系统包括电控系统和监控系统，安装在集装箱本体1左前部的操作房间内。

所述集装箱本体1由钢结构主体11，波纹板12，隔噪保温层13，支撑脚14，设置于集装箱本体1顶部的导水槽15和加强筋16组成；

所述汽车导引定位校正平台2包括两侧的上下导引斜坡道21，位于上下导引斜坡道21中部的钢平台22，钢平台上部设置有电池托架23，导正滚轮组24和限位装置25，所述限位装置25为前端V型定位；

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包括与机器人本体32相连的连接件，所述连接件上设置有一级气缸42，一级气缸42的输出轴上连接有所述抓手本体，且连接件与抓手本体之间还连接有能够伸缩的一级气缸导向杆44，所述抓手本体上设置有二级气缸42，二级气缸42与真空吸盘连接件相连，真空吸盘连接件上设置有多个真空吸盘46，且真空吸盘连接件与抓手本体之间设置有二级气缸导向杆45，所述抓手本体上设置有与真空吸盘连接件管路连接的真空发生器41，

所述抓手本体的内侧面还设置有电池滚动轨道48，所述真空吸盘连接件设置于所述电池滚动轨道48内并能够沿着所述电池滚动轨道48进行水平方向的运动，所述抓手本体上还设置有行程开关47，3D视觉相机49和设置于3D视觉相机49上的3D视觉相机防撞装置410；

所述上下料系统5包括上下料框架51，气缸定位装置52，侧面导向滚轮组53，底部导向滚轮组54和定位阻挡块55；

上下料框架51通过隔板构成上、下两个格位，所述上格位和下格位均包括底板和侧板，所述底板上设置有底部导向滚轮组54，所述侧板上设置有侧面导向滚轮组53，

所述上格位和下格位的侧板上还设置有气缸定位装置52，所述气缸定位装置的输出轴上设置有定位阻挡块55。

所述电池仓储库6包括仓储架本体61，充电插座62和电池滚动轨道63；

所述电控及监控系统7包括电控系统和监控系统，用于换电流程的逻辑控制和站体内换电状态的实时远程监控。

当汽车进入换电站换电时，首先将汽车通过一侧的上下导引斜坡道驶入钢平台22，将汽车定位停在便于换电的电池托架23的上方；在汽车行进过程中，导正滚轮组24一方面提供给驾驶员左右方向的限制警示，一方面自动左右导正汽车，一旦汽车往一侧偏移过大，轮胎欲超出导正滚轮组24开距时，导正滚轮组24会在汽车自重作用下往钢平台22内部滚动，让汽车往钢平台22中间靠拢，钢平台22底部滚轮作用为减小摩擦力，便于汽车往钢平台22中间靠拢，起到校正作用；限位装置25为汽车前后方向的定位，当汽车前轮到限位装置25的底部时即可停车；待换电汽车电池仓下降，把待换电电池平稳落在电池托架23上。

启动自动换电流程后，钢平台2两侧机器人3带动电池抓手4移动到汽车侧面，然后气动电池抓手上的3D视觉相机49扫描电动汽车电池，把视觉相机49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2两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3根据得到的电池定位信息，带动电池抓手4从电池托架23上取走待换电池，并把该电池放到电池仓储库6上充电；然后从电池仓储库6上取出满电电池，装入电池托架23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采用铝材质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6或电池托架23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接近电池，一级气缸导向杆44提高一级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继续接近电池，二级气缸导向杆45提高二级气缸行进过程中的定位和运动稳定性；真空吸盘46触碰到电池后，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；在电池行进过程中会触发行程开关47，说明电池已经被拉近电池抓手内部。

当执行向电池仓储库6或电池托架23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和电池进入电池仓储库6或电池托架23，一级气缸导向杆44提高一级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和电池继续前行，二级气缸导向杆45提高二级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，电池与电池仓储库6或电池托架23中的快换电源插头连接；在电池前进过程中，行程开关47会断开，说明电池已经被推出电池抓手内部；接着真空发生器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6由仓储架本体61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62，当待换电池通过电池滚轮轨道63滚到适当位置后，电池的电源插头和快换电源插头62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63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6采用预设角度前后倾斜设计，防止电池在充电状态下滑落。

电池上下料系统5有上下料框架51构成上、下两个格位，并且可以根据需要扩展格位数量。上格位预设为电池从集装箱本体1外部往内运送，下格位预设为电池从集装箱本体1内部往外运送。当电池从集装箱本体1外部装到上格位的底部导向滚轮组54上时，上格位的底部导向滚轮组54为向集装箱本体1内部倾斜设计，电池在自重作用下格位的侧面导向滚轮组53限位下往集装箱本体1内部滚动，同时上格位中的气缸定位装置52动作带动定位阻挡块55下移，电池触碰到定位阻挡块55后停止，机器人3此时运动到此格位前方抓取电池，上格位中的气缸定位装置动作带动定位阻挡块55上移，然后搬运到电池仓储库6的指定仓储位充电。

当需要电池从集装箱本体1内部搬运到集装箱本体1外部时，机器人3从电池仓储库6指定仓储位抓取电池并搬运到下格位前方，同时下格位气缸定位装置52动作带动定位阻挡块55下移，当机器人3把电池装到下格位底部导向滚轮组54上时，下格位底部导向滚轮组54为向集装箱本体1外部倾斜设计，电池在自重作用下和下格位的侧面导向滚轮组53限位下往集装箱本体1外部滚动，同时下格位气缸定位装置52动作带动定位阻挡块55下移，电池触碰到定位阻挡块53后停止，此时操作人员可以手动操作按钮让下格位气缸定位装置52动作带动定位阻挡块55上移，从而可在集装箱本体1外部取走电池。

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 (9)

1.一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：包括集装箱本体(1)，以及设置于集装箱本体(1)内的汽车导引定位校正平台(2)，机器人(3)，电池抓手(4)，电池上下料系统(5)，电池仓储库(6)、电控及监控系统(7)；

其中所述汽车导引定位校正平台(2)前后有导引斜面，上部有电池托架(23)，前后和侧面有导正滚轮，前端有限位装置(25)；

所述机器人(3)包括机器人本体(32)和机器人底座(31)；

所述电池抓手(4)包括真空吸盘、气缸、行程开关，真空发生器(41)和视觉检测系统；

所述电池上下料系统(5)有上下料框架，气缸定位装置和导向滚轮；

所述电池仓储库(6)配有快换电源插头和适配器，可对电池插头插拔充电；

所述电控及监控系统(7)包括电控系统和监控系统，其中，

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；

所述监控系统采用监控摄像头，并存储监控录像，用于汽车换电站内运营情况的实时远程监控。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述集装箱本体(1)采用钢结构主体(11)，四周采用波纹板(12)封装，波纹板(12)内部镶嵌隔噪保温层(13)，顶部设计有导水槽(15)，所述集装箱本体(1)的尺寸根据内部设备占地大小和设备运行空间设定；

所述钢结构主体(11)采用钢型材焊接而成，底部设计有支撑脚(14)，并在设备落位处根据设备所需承重设计有加强筋(16)；

所述波纹板(12)为集装箱本体(1)常用钢波纹板；所述隔噪保温层(13)，采用多孔岩棉材料；所述导水槽(15)，为倾斜式设计并配置下水管道，用于雨水的导流。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述汽车导引定位校正平台(2)包括上下导引斜坡道(21)，钢平台(22)，电池托架(23)，导正滚轮组(24)和限位装置(25)；

所述上下导引斜坡道(21)由钢板焊接而成，一端支撑在地面上，一端和集装箱本体(1)对接；所述钢平台(22)由型材焊接而成，并与集装箱本体(1)焊接在一起；

所述电池托架(23)安装在钢平台(22)上方，用于存放从汽车底部降下来的可拆卸待换电池；

所述导正滚轮安装在钢平台(22)上，用于测量左右方向的导正；

所述限位装置(25)在钢平台(22)前方，用于车辆前后方向的限位。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述机器人(3)包括机器人底座(31)和机器人本体(32)；所述机器人底座(31)用于安装定位机器人本体(32)，其与集装箱本体(1)连接在一起；所述机器人本体(32)为六自由度机器人(3)，具有很高的动作柔性和适应性，其工作半径与机器人(3)和电池仓储库(6)、电池托架(23)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和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述电池抓手(4)包括真空吸盘(46)、气缸装置、行程开关(47)、真空发生器(41)、电池滚动导轨(48)和视觉检测系统，其整体安装在机器人(3)手臂上；

所述真空吸盘(46)为执行机构，直接从电池托架(23)或者电池仓储库(6)中吸取电池；所述气缸装置包括一级气缸(42)、二级气缸(43)、一级气缸导向杆(44)和二级气缸导向杆(45)，

所述行程开关(47)为检测装置，检测电池在电池抓手(4)内部的到位与否；所述真空发生器(41)为真空吸盘(46)提供真空压力；

所述视觉检测系统有3D视觉相机(49)和3D视觉相机防撞装置(410)，3D视觉相机(49)用于对电池扫描并经过上位机后处理，获取电池在电动汽车上的实际位置，3D视觉相机防撞装置(410)用于保护视觉相机。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述电池上下料系统(5)包含上下料框架(51)，气缸定位装置(52)、导向滚轮组和定位阻挡块(55)；所述上下料框架(51)采用钢型材焊接而成，用于电池的承重；所述气缸定位装置(52)为电池上料口和下料口的定位，便于机器人(3)抓取；所述导向滚轮组包括侧面导向滚轮组(53)和底部导向滚轮组(54)，用于电池框架内的滚动导向和限位，用于电池在自重作用下滚动。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述电池仓储库(6)包括仓储架本体(61)、电池滚动轨道(63)和充电插座(62)；

所述仓储架本体(61)为预设角度向后倾斜安装，保证仓储架本体(61)中的充电电池不会自然滑落，其进仓、出仓方向面对机器人(3)；所述滚动轨道布置在每个电池仓位的侧面，减小摩擦力以方便电池进仓、出仓；所述充电插座(62)布置在每个电池仓位背部，电池到位后即可开始充电。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述电控系统包括电气控制柜和显示屏。

9.根据权利要求1所述的一种基于机器人和集装箱的电动汽车换电站，其特征在于：所述监控系统包括监控摄像头和存储媒介；所述摄像头采用一组或多组。

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