CN220639790U - 一种换电站及其多自由度顶吊式侧换换电机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换电站，公开了一种换电站及其多自由度顶吊式侧换换电机器人。其包括机器人本体，机器人本体包括设置于换电仓上方的行走小车，行走小车上连接有能够在水平面内沿垂直于行走小车行走方向朝向或背向行走小车运动的一级行走机构，一级行走机构上连接有能够沿一级行走机构运动方向进一步运动的二级行走机构，二级行走机构的下部连接有升降机构，升降机构上安装有回转机构，回转机构上连接有用于抓取和放置电池包的吊具，吊具能够在回转机构的驱动作用下在水平面内做回转运动。本实用新型不仅能够大幅度减少重卡换电站的占地面积，同时能够在不增加换电机器人或其他换电设备的前提下实现电池仓的模块化扩容，有利于换电站的推广应用。

Description

一种换电站及其多自由度顶吊式侧换换电机器人

技术领域

本实用新型涉及一种换电站，尤其涉及了一种换电机器人。

背景技术

2020年9月我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的双碳目标。然而截至2022年底，我国国内重卡保有量达到839万辆，虽然相较于3.2亿辆的汽车保有量，重卡保有量仅占3％左右，但实际上重卡能耗高、使用时间长，二氧化碳排放量约占整体汽车领域的47％，是名副其实的“污染大户”。为了实现双碳目标，重卡电动化势在必行，换电重卡也就成为一个重要的选项。

现有侧换重卡换电站中的侧换吊装换电机器人一般设置于卡车行走道与电池仓之间，换电机器人需要单独占用一个仓室，因而导致整个换电站占地面积大。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中侧换重卡换电站存在的问题，提供了一种换电站及其多自由度顶吊式侧换换电机器人。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，包括机器人本体，机器人本体包括设置于换电仓上方的行走小车，行走小车上连接有能够在水平面内沿垂直于行走小车行走方向朝向或背向行走小车运动的一级行走机构，一级行走机构上连接有能够沿一级行走机构运动方向进一步运动的二级行走机构，二级行走机构的下部连接有升降机构，升降机构上安装有回转机构，回转机构上连接有用于抓取和放置电池包的吊具，吊具能够在回转机构的驱动作用下在水平面内做回转运动。

换电机器人在Y轴方向上增加了二级行走机构，同时配合XY平面上增加的旋转自由度，使得重卡电池包可以在X方向上多列排布；在双向伸缩货叉的加持下重卡换电站又可以在Y轴方向上模块化扩容电池包数量，继而有效减少重卡换电站的占地面积，同时又能模块化扩容电池包数量。

作为优选，一级行走机构包括固定在行走小车上的一级导轨和能够沿一级导轨长度方向滑动的一级导板，一级导轨水平设置且长度方向垂直于行走小车行走方向，一级导板上设有与一级导轨配合的一级导槽，一级导板外还设有能够相对一级导板沿一级导板运动方向进一步滑动的伸缩货叉。一级导板沿一级导轨在y轴方向运动，实现y轴方向的一级行走。

作为优选，二级行走机构包括固定在伸缩货叉下端面上的二级固定板，二级固定板下端面上设有二级导轨，二级行走机构还包括能够沿二级导轨长度方向滑动的二级导板，二级导轨长度方向与一级导轨长度方向平行设置，二级导板上设有与二级导轨配合的二级导槽。二级导板沿二级导轨在y轴方向上进一步运动，实现y轴方向上的二级行走。

作为优选，升降机构包括固定在二级导板下端面上的升降固定板，升降固定板下端面上设有升降驱动安装架，升降驱动安装架上安装有卷筒以及带动卷筒转动的升降电机，卷筒上卷绕有一端部固定在升降固定板上的钢丝绳，回转机构上设有供钢丝绳穿过的动滑轮。通过升降机构实现吊具在z轴方向上的运动。

作为优选，回转机构包括回转机构安装板，动滑轮安装在回转机构安装板的上端面上，回转机构安装板的下端面上安装有旋转齿轮，吊具连接在旋转齿轮上且旋转齿轮驱动吊具回转。回转机构的设置能够增加换电机器人在电池仓和车端取放电池包的自由度，实现吊具在水平面内的自由旋转，同时能够有效避免回转机构承受较大弯矩，继而本申请中的该种设置方式能够充分减小回转机构尺寸，增加使用寿命。

一种换电站，其包括一种多自由度顶吊式侧换换电机器人。

作为优选，还包括换电站本体和设置于换电站本体一侧的行车道，换电站本体内构成换电仓，换电仓内设有沿行走道行车方向设置的行走导轨，行走小车设置于行走导轨上且沿行走导轨长度方向行走。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本实用新型不仅能够大幅度减少重卡换电站的占地面积，同时能够在不增加换电机器人或其他换电设备的前提下实现电池仓的模块化扩容，有利于换电站的推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中换电站的平面布置图。

图2是图1的正视图。

图3是本实用新型实施例1中换电机器人抓取电池包的结构示意图。

图4是图3的正视图。

图5是图3中换电机器人一级行走机构伸出状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

本实施例中提供了一种换电站，如图1-图5所示，其具体为一种具有扩容性的模块化集装箱换电站，包括换电站本体1和设置于换电站本体1内的换电机器人2，换电站机器人具体为一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，其用于运送电池包3经电池包换电区103进行换电，为了便于具体详细说明，设定行车道101行车方向为x轴方向，在同一水平面内垂直于行车道101行车方向为y轴方向，卡车高度方向为z轴方向。

本实施例中换电站还包括设置于换电站本体1一侧的行车道101，换电站本体1包括沿行车道101行车方向相邻且连通设置的电池包放置区102和电池包换电区103，电池包放置区102和电池包换电区103以及行车道101之间的布置方式，使得卡车在换电时停靠在电池包放置区102一侧且能够沿着电池包放置区102行驶，换电过程中通过换电机器人2将电池包3夹持住，经电池包换电区103实现对卡车上亏电电池与电池包放置区102内满电电池之间的更换。

换电机器人2设置于电池包换电区103上方，电池包换电区103与电池包放置区102在x轴方向上相邻设置，因而换电机器人2与电池包放置区102属于同一个舱室，尽可能的减小换电站整体占地面积，降低建站成本，利于换电站的推广。

电池包放置区102用于放置电池包3并对电池包3进行充电，电池包放置区102下部设有用于对电池包3进行充电的充电机舱106，充电机舱106的设置使得电池包放置区102的下底面高于卡车上的电池包3安装面，因而使得换电机器人2在对电池包3夹持时无需过多的将电池包3抬升即可轻松实现换电，能够更方便实现电池包放置区102与卡车电池包3安装位之间电池包3的更换，也为整个换电站在高度方向上节约空间。

本实施例中还包括换电站扩容模块4，换电站扩容模块4包括电池包扩容区401，电池包扩容区401设置于沿垂直于行车道101行车方向且与电池包换电区103相邻且连通的位置处。由于电池包扩容区401与电池包换电区103在y轴方向上相邻设置，因而电池包换电区103的换电机器人2能够将对电池包扩容区401内的电池包3进行夹持，实现电池包扩容区401内电池包3与卡车上电池包3之间的更换。

因而本实施例中换电站的布置形式不仅能够行车方向与电池包3布置方向一致，使得车辆整个换电过程中无需转向，对司机的停车要求降低，增加司机的体验感；同时能够有效减小换电站占地面积，能灵活的适用于不同尺寸、大小的场地。

该种布置方式还能够在不增加换电机器人或其他换电设备的前提下实现电池仓的模块化扩容，继而实现电池包数量的增加。

同时在加大换电站宽度和长度的情况下，还能够实现在行车方向以及垂直于行车方向两个方向的扩容。

本实施例中换电站本体1包括两个电池包放置区102和设置于两个电池包放置区102之间的电池包换电区103，每个电池包放置区102内设有一个或多个沿垂直于行车道101行车方向依次设置的电池包3。

换电站扩容模块4内至少设置一个电池包扩容区401，电池包扩容区401内设有一个或多个沿行车道101行车方向依次设置的电池包3。

卡车的电池包3一般为长方体状，其在电池包放置区102以及电池包扩容区401内布置时沿宽度方向的侧面均朝向电池包换电区103，相邻电池包3中沿长度方向的侧面均平行设置，相邻电池包3之间留有间隙以便吊具206抓取。

如图1所示，其换电站本体1包括两个电池包放置区102，一共包含6个工位，可以根据项目要求选择电池包3的数量，通过增加换电站扩容模块4可以增加换电站电池包3工位，至少能增加3个工位，使得换电站总工位达到9工位，若进一步加长换电站本体1的长度，同时也加长扩容模块的长度，即可实现电池包扩容区401内电池包3数量的增加，若加宽换电站本体1的宽度，即可实现电池包放置区102内电池包3数量的增加，可以根据实际需要以及场地布置合理选择。

本实施例中换电站本体1与换电站扩容模块4均为矩形箱体，所述矩形箱体包括下端面开口的上箱体104和上端面开口的下箱体105，上箱体104与下箱体105拼接形成所述矩形箱体，上箱体104和下箱体105均工厂集成的集装箱，运输到现场进行拼装，在克服换电站过高难以吊装问题的同时实现换电站的快速搭建。

本实施例中换电机器人2设置于矩形箱体的上箱体104内，换电站本体1与换电站扩容模块4的下箱体105内均设有分别用于对电池包放置区102内电池和电池包扩容区401内电池包3进行充电的充电机舱106，换电站本体1的靠近行车道101的端面上开设有电池包进出口107。换电站扩容模块4的朝向电池包换电区103的端面未设置侧壁，因而可以实现扩容后的换电站也只需要一个电池包进出口107即可实现电池包3放置与电池包扩容区401内电池包3的更换。

本实施例中一种多自由度顶吊式侧换换电机器人包括用于吊装电池包3的吊具206，吊具206能够沿行车道101行车方向、垂直于行车道101行车方向以及卡车高度方向运动。

具体包括机器人本体，机器人本体包括设置于换电仓上方的行走小车201，换电站本体1内构成换电仓，换电仓内设有沿行走道行车方向设置的行走导轨108，行走小车201设置于行走导轨108上且沿行走导轨108长度方向行走，即行走小车201能够在x轴方向上行走。

本实施例中行走小车201上固定有行走电机224，行走导过上安装有行走链条，行走电机224通过行走链条实现对行走小车201的驱动，使得行走小车201能够在行走导轨108上运行，也可以通过其他现有的驱动方式实现行走小车201在行走导轨108上的行走。

行走小车201上连接有能够在水平面内沿垂直于行走小车201行走方向朝向或背向行走小车201运动的一级行走机构202，一级行走机构202实现行走小车201y轴方向上的一级行走，

一级行走机构202上连接有能够沿一级行走机构202运动方向进一步运动的二级行走机构203，二级行走机构203实现行走小车201y轴方向上的二级行走，二级行走机构203的下部连接有吊具206在z轴方向上运动的升降机构204，升降机构204上安装有实现吊具206做旋转转动的回转机构205，回转机构205上连接有用于抓取和放置电池包3的吊具206，吊具206能够在回转机构205的驱动作用下在水平面内做回转运动。

通过该种换电机器人2在Y轴方向上增加了二级行走机构203，同时配合XY平面上增加的旋转自由度，使得重卡电池包3可以在X方向上多列排布；在双向伸缩货叉的加持下重卡换电站又可以在Y轴方向上模块化扩容电池包3数量，继而有效减少重卡换电站的占地面积，同时又能模块化扩容电池包3数量。

本实施例中一级行走机构202包括固定在行走小车201上的一级导轨207和能够沿一级导轨207长度方向滑动的一级导板208，一级导轨207水平设置且长度方向垂直于行走小车201行走方向，一级导板208上设有与一级导轨207配合的一级导槽209，一级导板208外还设有能够相对一级导板208沿一级导板208运动方向进一步滑动的伸缩货叉223，伸缩货叉223呈U形槽钢状且套设在一级导板208外部，以实现一级导板208的长度延伸。

二级行走机构203包括固定在伸缩货叉223下端面上的二级固定板210，二级固定板210下端面上设有二级导轨211，二级行走机构203还包括能够沿二级导轨211长度方向滑动的二级导板212，二级导轨211长度方向与一级导轨207长度方向平行设置，二级导板212上设有与二级导轨211配合的二级导槽213。

升降机构204包括固定在二级导板212下端面上的升降固定板214，升降固定板214下端面上设有升降驱动安装架215，升降驱动安装架215上安装有卷筒216以及带动卷筒216转动的升降电机218，卷筒216上卷绕有一端部固定在升降固定板214上的钢丝绳219，回转机构205上设有供钢丝绳219穿过的动滑轮220。

回转机构205包括回转机构安装板221，动滑轮220安装在回转机构安装板221的上端面上，回转机构安装板221的下端面上安装有旋转齿轮222，吊具206连接在旋转齿轮222上且旋转齿轮222驱动吊具206回转。

本实施例中y轴方向上的一级行走和二级行走均通过电机和链条传动，z轴方向上的升降运动通过升降电机218带动卷筒216转动，卷筒216带动钢丝绳219卷曲，实现钢丝绳219提升或下降动滑轮220，继而实现回转机构205以及回转机构205上的吊具206的上下运动。回转机构205主要依靠回转电机以及旋转齿轮222驱动，旋转齿轮222在回转电机的作用下转动，继而带动吊具206转动，已实现对夹持在吊具206上的电池包3进行换向，便于后续放置卡车电池包3安装位或放置电池包放置区102或电池包扩容区401内。

本实施例中通过设计换电机器人2不仅能够实现x轴、y轴和z轴正交三个自由度6个方向上的运行，还能够实现y轴方向上的二级行走，使得吊具206行走范围覆盖了两侧电池包3之间的中心距，能够充分对电池包扩容区401内的电池包3进行抓取或放置。

本实施例中的回转机构205属于换电机器人2在XY平面上的转动机构，上部与升降机构204固定，下部与吊具206上平面固定，回转角度大于180度，增加了换电机器人2在电池仓和车端取放电池包3的自由度，能够实现吊具206在水平面内的自由旋转。

同时该种在换电机器人2的吊具206上部集成回转机构205，而非现有技术中的将回转机构205设置在伸缩货叉机构根部，能够有效避免回转机构205承受较大弯矩，继而本申请中的该种设置方式能够充分减小回转机构205尺寸，增加使用寿命。

换电机器人2工作过程中，先将行走小车201在x轴方向上运行到所需抓取的满电电池包3位置处，然后保持Y轴方向上的一级行走机构202不动，Y轴方向上的二级行走机构203沿Y轴移动，然后配合升降机构204即可抓取到X轴方向上并列排布的所有重卡电池包3；抓取到重卡电池包3后多自由度顶吊换电机器人2回到换电站的中心原点，然后其再根据重卡的停放状态，通过回转机构205旋转适当的角度，使得电池包3与车辆垂直，然后通过一级行走机构202伸出悬臂，将电池包3送到X轴向行驶的卡车上部。

另外需要对电池包扩容区401的电池包3进行抓取时，仅需要y轴方向的一级行走机构202反方向伸出悬臂时就可以取到Y轴方向扩容电池包3，然后回收悬臂，再正向伸出悬臂就可以将电池包3送到X轴向行驶的卡车上部。

容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的一个或几个实施例基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，包括机器人本体，其特征在于：机器人本体包括设置于换电仓上方的行走小车(201)，行走小车(201)上连接有能够在水平面内沿垂直于行走小车(201)行走方向朝向或背向行走小车(201)运动的一级行走机构(202)，一级行走机构(202)上连接有能够沿一级行走机构(202)运动方向进一步运动的二级行走机构(203)，二级行走机构(203)的下部连接有升降机构(204)，升降机构(204)上安装有回转机构(205)，回转机构(205)上连接有用于抓取和放置电池包(3)的吊具(206)，吊具(206)能够在回转机构(205)的驱动作用下在水平面内做回转运动。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，其特征在于：一级行走机构(202)包括固定在行走小车(201)上的一级导轨(207)和能够沿一级导轨(207)长度方向滑动的一级导板(208)，一级导轨(207)水平设置且长度方向垂直于行走小车(201)行走方向，一级导板(208)上设有与一级导轨(207)配合的一级导槽(209)；一级导板(208)外还设有能够相对一级导板(208)沿一级导板(208)运动方向进一步滑动的伸缩货叉(223)。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，其特征在于：二级行走机构(203)包括固定在伸缩货叉(223)下端面上的二级固定板(210)，二级固定板(210)下端面上设有二级导轨(211)，二级行走机构(203)还包括能够沿二级导轨(211)长度方向滑动的二级导板(212)，二级导轨(211)长度方向与一级导轨(207)长度方向平行设置，二级导板(212)上设有与二级导轨(211)配合的二级导槽(213)。

4.根据权利要求3所述的一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，其特征在于：升降机构(204)包括固定在二级导板(212)下端面上的升降固定板(214)，升降固定板(214)下端面上设有升降驱动安装架(215)，升降驱动安装架(215)上安装有卷筒(216)以及带动卷筒(216)转动的升降电机(218)，卷筒(216)上卷绕有一端部固定在升降固定板(214)上的钢丝绳(219)，回转机构(205)上设有供钢丝绳(219)穿过的动滑轮(220)。

5.根据权利要求4所述的一种多自由度顶吊式侧换换电机器人，其特征在于：回转机构(205)包括回转机构安装板(221)，动滑轮(220)安装在回转机构安装板(221)的上端面上，回转机构安装板(221)的下端面上安装有旋转齿轮(222)，吊具(206)连接在旋转齿轮(222)上且旋转齿轮(222)驱动吊具(206)回转。

6.一种换电站，其特征在于：其包括权利要求1-5任意一项所述的一种多自由度顶吊式侧换换电机器人。

7.根据权利要求6所述的一种换电站，其特征在于，还包括换电站本体(1)和设置于换电站本体(1)一侧的行车道(101)，换电站本体(1)内构成换电仓，换电仓内设有沿行走道行车方向设置的行走导轨(108)，行走小车(201)设置于行走导轨(108)上且沿行走导轨(108)长度方向行走。