WO2018210014A1 - 用于螺栓锁紧及拆卸的工具和换电机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于螺栓锁紧及拆卸的工具和换电机器人，旨在解决电动汽车动力电池更换过程中螺栓锁紧及拆卸的问题，工具包括套筒（1），套筒（1）能够在动力源的驱动下移动和/或转动，套筒（1）的一端设置有第一配合孔（11），用于驱动待锁紧或拆卸的螺栓（4）转动，并且第一配合孔（11）的底端设置有锥形孔（12），用于容纳和支撑螺栓（4）的端部。工具能够使电动汽车在更换电池时，尤其是锁紧螺栓（4）时，能够为螺栓（4）提供可靠的支撑，同时能显著减小螺栓（4）与锥形孔（12）内壁之间的磨损，延长了螺栓（4）与套筒（1）的使用寿命。

Description

用于螺栓锁紧及拆卸的工具和换电机器人 技术领域

本发明属于智能工具领域，具体提供一种用于螺栓锁紧及拆卸的工具和换电机器人。

背景技术

动力电池通常采用多个螺栓固定在电动汽车上，换电时需要借助换电机器人将动力电池安装到电动汽车上或从电动汽车上拆下，为此在动力电池上设有多个可活动的螺栓，螺栓的下部设有螺栓套筒，在动力电池未安装到电动汽车的情况下，螺栓的下端部伸出螺栓套筒，并且螺栓锁紧及拆卸工具需经由该螺栓套筒来旋拧螺栓。现有的螺栓锁紧及拆卸工具无法满足这种螺栓的锁紧及拆卸要求。

相应地，本领域需要一种新的用于螺栓锁紧和拆除工具来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决上述动力电池更换过程中螺栓锁紧及拆卸的问题，本发明提供了一种用于螺栓锁紧及拆卸的工具，所述工具包括套筒，所述套筒能够在动力源的驱动下移动和/或转动，所述套筒的一端设置有第一配合孔，用于实现所述套筒和螺栓的抗扭转连接，所述第一配合孔的底端设置有孔状结构，所述孔状结构与所述第一配合孔衔接处的端面暴露于所述第一配合孔，使得所述第一配合孔和所述孔状结构形成阶梯孔，所述孔状结构用于支撑所述螺栓的端部。

在上述工具的优选技术方案中，所述第一配合孔在和所述孔状结构衔接的端面处设置有垫圈。

在上述工具的优选技术方案中，所述垫圈采用聚氨酯材料制成。

在上述工具的优选技术方案中，所述第一配合孔是多边形孔；并且/或者所述孔状结构是锥形孔。

在上述工具的优选技术方案中，所述工具还包括动力源，所述动力源的一端设置有用于连接所述套筒的配合柱。

在上述工具的优选技术方案中，所述套筒的另一端设置有第二配合孔，所述第二配合孔与所述配合柱匹配连接。

在上述工具的优选技术方案中，所述动力源上设置有用于控制所述动力源扭矩输出的联动开关。

在另一方面，本发明提供了一种换电机器人，其特征在于，所述机器人具有多个上述优选技术方案中任一项所述的工具。

在上述换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人还包括控制器，所述控制器用于同步控制多个所述工具。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，在套筒的一端设置用于容纳螺栓并与之抗扭转连接的第一配合孔，在该第一配合孔的底端设置用于容纳和支撑螺栓端部的锥形孔，使得锥形孔与圆柱形的螺栓端部为线接触，因此在旋拧螺栓的过程中，该锥形孔在容纳和支撑螺栓端部的同时使得螺栓与套筒之间的摩擦力最小，显著地减小了螺栓与锥形孔内壁之间的磨损，延长了螺栓与套筒的使用寿命。进一步，通过在套筒的另一端设置第二配合孔，使得套筒能够通过第二配合孔被动力源驱动旋转，进而旋转的套筒能够自动地对螺栓进行旋拧。尤其是套筒和动力源的组合被设置到电动汽车的换电机器人上时，能够使换电机器人对电动汽车的动力电池进行自动更换。

附图说明

图1是本发明实施例的用于螺栓锁紧及拆卸的工具的套筒的剖视图；

图2是本发明实施例的用于螺栓锁紧及拆卸的工具的动力源的示意图；

图3是本发明实施例的螺栓的示意图；

图4是本发明实施例的扭矩传动结构的示意图。

附图标记列表：

1、套筒；11、第一配合孔；12、锥形孔；13、第二配合孔；2、垫圈；3、动力源；31、矩形柱；32、联动开关；4、螺栓；41、凸缘 结构；5、复位弹簧；6、衬筒；61、上限位结构；62、下限位结构；7、扭矩传动结构；71、多边形柱；72、第三配合孔。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。例如，虽然附图中的各部件之间是按一定比例关系绘制的，但是这种比例关系并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，调整后的技术方案仍将落入本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明的用于螺栓锁紧及拆卸的工具主要包括套筒1和动力源3。其中，套筒1的上端设置有第一配合孔11，用于匹配螺栓并实现套筒1和螺栓之间的抗扭转连接。该第一配合孔11的下端设置有与其连通的锥形孔12，用于容纳和支撑螺栓的端部，并且锥形孔12与第一配合孔11衔接处的端面暴露于第一配合孔11中，即第一配合孔11外接圆的直径大于锥形孔12上端的直径，使得第一配合孔11和锥形孔12能够共同形成阶梯孔(图中未标示)。并且，在第一配合孔11和锥形孔12衔接的端面处设置有垫圈2，该垫圈2在空间上位于第一配合孔11内。用于防止螺栓的端部撞击套筒1。优选地该垫圈2由聚 氨酯材料制成，或者本领域技术人员也可以根据需要采用其他具有弹性且耐磨的材料制作垫圈2。进一步，套筒1的下端还设置有第二配合孔13，用于连接匹配动力源3。

如图2所示，动力源3的上端设置有矩形柱31，动力源3通过该矩形柱31与第二配合孔13匹配连接。因此，与矩形柱31相对应的第二配合孔13是矩形孔。此外本领域技术人员还可以根据需要，将矩形柱31设置成截面为其他非圆形的配合柱，并将第二配合孔13的结构作出适当的调整，以便第二配合孔13能够与该配合柱相配合，并因此对套筒1进行周向固定，以便动力源3通过该矩形柱31能够驱动套筒1绕轴线转动。进一步，动力源3上还设置有联动开关32，通过切换联动开关32的状态能够控制动力源3的扭矩输出，即通过切换联动开关32的状态能够使动力源3的矩形柱31带动套筒1绕轴线开始转动或停止转动。能够理解的是，在动力源3驱动套筒1转动时，通过调整动力源3的电流输入，能够调整动力源3的扭矩输出的大小以及矩形柱31的转速。

示例性地，动力源3包括电源输入端、与该电源输入端电连接的电机和与该电机的输出轴同轴固定的矩形柱31。

进一步，虽然图中未示出，但是本发明的工具还包括电源和控制器。电源与动力源3的电源输入端电连接，用于为动力源3的电机提供动力以便动力源3能够通过与第二配合孔13配合的矩形柱31驱动套筒1旋转。控制器用于控制联动开关32的通断，进而控制动力源3与电源是否接通。

本领域技术人员能够理解的是，由于本发明的工具是用于对电动汽车的动力电池上的螺栓进行拆卸和锁紧的，所以本发明的工具可以被设置在电动汽车的换电机器人上，使机器人通过本发明的工具对电动汽车的动力电池上的螺栓进行拆卸和锁紧。优选地换电机器人上包括与动力电池上螺栓数量相等的多个套筒1和与该套筒1相配合的动力源3。

示例性地，在图3和图4中，螺栓4和扭矩传动结构7通过衬筒6连接到动力电池(图中未示出)上。具体地，螺栓4和扭矩传动结构7设置到衬筒6内，并且螺栓4和扭矩传动结构7在衬筒6内都能够沿轴向滑动。更具体地，衬筒6的上下两端分别设置有上限位结构61和下限位结构62，螺栓4和扭矩传动结构7被设置到上、下限位结构62 之间，用以防止螺栓4从衬筒6的上端滑出，扭矩传动结构7从衬筒6的下端滑出。

继续参阅图3，螺栓4的下段(图中未示出)是非圆形柱，如正六边形。扭矩传动结构7沿螺栓4的轴线方向可滑动地设置在螺栓4的下段上，即扭矩传动结构7和螺栓4抗扭转地连接到一起。进一步，螺栓4沿周向设置有凸缘结构41，该凸缘结构41的下端能够与扭矩传动结构7的上端相抵，进而沿轴向对螺栓4进行限位，防止螺栓4穿出扭矩传动结构7从动力电池上掉落。

进一步参阅图3，扭矩传动结构7的上端还通过复位弹簧5与衬筒6的上限位结构61相抵，并且在任何状态下复位弹簧5都具有一定的压缩量。因此，在复位弹簧5弹性力的作用下螺栓4能够始终压紧扭矩传动结构7，使扭矩传动结构7能够被压紧到下限位结构62上，防止电动汽车行驶过程中扭矩传动结构7晃动。

如图3和图4所示，扭矩传动结构7是外圆周为多边形柱71，该多边形柱71能够被插进第一配合孔11中并与之相匹配，从而使扭矩传动结构7和套筒1被同轴固定。进一步，扭矩传动结构7还设置有第三配合孔72，其能够与螺栓4下端的非圆形柱相匹配，进而使得螺栓4和扭矩传动结构7被抗扭转地连接到一起。

下面以动力电池的安装和拆卸为例来对本发明的用于螺栓锁紧及拆卸的工具的工作原理进行详细说明。

动力电池被安装到电动汽车上时，首先，换电机器人沿水平方向将动力电池运送至电动汽车上的安装位。然后，换电机器人将动力电池、动力源3和套筒1进行举升，直至动力电池进入到电动汽车上的安装位，扭矩传动结构7被插入第一配合孔11且扭矩传动结构7的下端面与垫圈2相抵触。此时螺栓4在重力的作用下落入锥形孔12内，使螺栓4下端面的外缘或下端面的倒角部分与锥形孔12的内壁接触。换电机器人继续举升动力源3和套筒1，直至螺栓4的上端抵触到电动汽车上的螺纹孔时，控制器使所有的联动开关32全部闭合并在检测到闭合信号时，使动力源3输出扭矩，驱动套筒1带动扭矩传动结构7转动，进而通过扭矩传动结构7驱动螺栓4朝被拧紧的方向旋转。随着转动，螺栓4沿轴线逐渐上升，直至螺栓4被拧紧，动力源3输出的扭矩达到预定值时，动力电池被安装固定到电动汽车上。此时换电机器人驱动动力源3下降 至原来的位置，扭矩传动结构7在复位弹簧5的作用下回到原来的位置并与衬筒6的下限位结构62相抵。

动力电池被从电动汽车上拆卸时，首先，换电机器人沿水平方向移动至与电动汽车上动力电池相对应的位置。然后，换电机器人对动力源3和套筒1进行举升，在扭矩传动结构7被插入第一配合孔11且扭矩传动结构7的下端面与垫圈2相抵触时，套筒1被继续举升，直至螺栓4的下端面的外缘或下端面的倒角部分与锥形孔12的内壁接触。控制器使所有的联动开关32全部闭合并在检测到闭合信号时，使动力源3输出扭矩，驱动套筒1带动扭矩传动结构7转动，进而通过扭矩传动结构7驱动螺栓4朝被松开的方向旋转。随着转动，螺栓4沿轴线逐渐下降，直至螺栓4与电动汽车上的螺纹孔完全脱离，动力源3停止扭矩输出，动力电池被从电动汽车上取下。

本领域技术人员能够理解是，由于锥形孔12具有向下逐渐收缩的锥形面，所以螺栓4与锥形孔12接触时，实际上是螺栓4的下端面的外缘或倒角结构与该锥形面之间的线接触，相对于将锥形孔12设置成圆孔且该圆孔能够与螺栓4接触时，减少了螺栓4的旋转上升的过程中螺栓4与锥形孔12内壁的摩擦。此外，本领域技术人员还可以根据需要，将锥形孔12设置成其他的孔型结构，例如将锥形孔12设置成孔径大于螺栓4直径的圆孔，只是此种结构虽然能够容纳螺栓4但是不能够将螺栓4快速顶出。

本领域技术人员能够理解的是，上文所述的配合孔(11、13、72)和配合柱均是横截面非圆的结构，本领域技术人员可根据需要将对其进行适当调整，例如将上述配合孔设置成梅花状孔、椭圆孔、正方形孔等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种用于螺栓锁紧及拆卸的工具，所述工具包括套筒，所述套筒能够在动力源的驱动下移动和/或转动，

   其特征在于，所述套筒的一端设置有第一配合孔，用于实现所述套筒和螺栓的抗扭转连接，

   所述第一配合孔的底端设置有孔状结构，所述孔状结构与所述第一配合孔衔接处的端面暴露于所述第一配合孔，使得所述第一配合孔和所述孔状结构形成阶梯孔，所述孔状结构用于支撑所述螺栓的端部。
2. 根据权利要求1所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述第一配合孔在和所述孔状结构衔接的端面处设置有垫圈。
3. 根据权利要求2所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述垫圈采用聚氨酯材料制成。
4. 根据权利要求1所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述第一配合孔是多边形孔；并且/或者所述孔状结构是锥形孔。
5. 根据权利要求1所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述工具还包括动力源，所述动力源的一端设置有用于连接所述套筒的配合柱。
6. 根据权利要求5所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述套筒的另一端设置有第二配合孔，所述第二配合孔与所述配合柱匹配连接。
7. 根据权利要求6所述的用于螺栓锁紧及拆卸的工具，其特征在于，所述动力源上设置有用于控制所述动力源扭矩输出的联动开关。
8. 一种换电机器人，其特征在于，所述机器人具有多个权利要求1至8中任一项所述的工具。
9. 根据权利要求8所述的换电机器人，其特征在于，所述换电机器人还包括控制器，所述控制器用于同步控制多个所述工具。

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