移动式换电设备的制作方法

1.本发明涉及换电设备技术领域，尤其涉及一种移动式换电设备。


背景技术：

2.随着电动化技术的发展，越来越多以燃油为动力源的机械设备被电动设备所取代。其中，工程机械也逐步采用电驱动。由于很多工程机械不能上路行驶，无法像车辆一样行驶到换电站换电。需要有一种换电设备能够上门提供换电服务。由于工程机械通常功率较大，且型号规格多样，为了便于统一换电，目前采用通用电池包。一个工程机械上装载多个通用电池包。相关技术中，通过移动式换电设备对用电设备进行换电，但存在换电效率低的问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种移动式换电设备，用以解决现有技术中的移动式换电设备的换电效率低的问题。
4.本发明提供一种移动式换电设备，包括行走底盘、行走梁、多个抓取装置和多个机械臂；多个所述机械臂安装于所述行走底盘并沿所述行走底盘的第一方向分布，所述行走底盘上位于多个所述机械臂之间设有多个电池仓位；
5.多个所述机械臂的移动端分别连接于所述行走梁，用于驱动所述行走梁往返于所述电池仓位的上方和所述行走底盘的外侧；所述抓取装置包括机架和吊具，多个所述抓取装置的所述机架分别连接于所述行走梁并可沿所述行走梁往复移动，所述吊具连接于所述机架。
6.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述机械臂包括大臂、中臂和前臂，所述大臂的第一端可转动连接于所述行走底盘，所述中臂的第一端与所述大臂的第二端可转动连接，所述中臂的第二端与所述前臂可转动连接，所述前臂与所述行走梁连接。
7.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述机械臂包括大臂、中臂和前臂，所述大臂的第一端可转动连接于所述行走底盘，所述中臂的第一端与所述大臂的第二端可转动连接，所述中臂的第二端与所述前臂可转动连接，所述前臂与所述行走梁连接。
8.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述行走梁上设有导轨，所述抓取装置还包括行走机构，所述行走机构包括第一行走轮和第一驱动件，所述第一行走轮可转动安装于所述机架并可滚动设置于所述导轨上，所述第一驱动件固定安装于所述机架并与所述第一行走轮驱动连接。
9.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述行走机构还包括链传动件，所述第一驱动件的驱动端与所述第一行走轮的转轴通过所述链传动件驱动连接。
10.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述行走梁包括上翼板、下翼板和腹板，所述腹板连接于所述上翼板与所述下翼板之间，所述上翼板连接于所述机械臂的移动端，所述行走机构包括两个所述第一行走轮，两个所述第一行走轮可滚动设置于所述下翼板上
并分别位于所述腹板两侧。
11.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述抓取装置还包括压紧机构，所述机架包括架板，所述架板位于所述下翼板的下方，所述压紧机构设置于所述架板与所述下翼板之间；
12.所述压紧机构包括支座、压紧轮和弹性复位件，所述压紧轮可转动安装于所述支座，所述弹性复位件设置于所述支座与所述架板之间，所述弹性复位件将所述压紧轮压紧于所述下翼板。
13.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述行走机构还包括第二行走轮，所述第二行走轮可转动安装于所述机架并可滚动设置于所述导轨上，所述第二行走轮与所述第一行走轮沿所述行走梁的长度方向排布。
14.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述抓取装置还包括卷扬机构，所述卷扬机构包括第二驱动件、卷筒和吊绳，所述第二驱动件固定安装于所述机架并与所述卷筒驱动连接，所述吊绳的一端绕设于所述卷筒上，所述吊具连接于所述吊绳的另一端。
15.根据本发明提供的一种移动式换电设备，所述吊具包括支架和多个夹爪，所述支架连接于所述机架，多个所述夹爪连接于所述支架，每一所述夹爪设有导向部，所述导向部用于在所述夹爪与电池包上的连接部相配合时提供导向。
16.根据本发明提供的一种移动式换电设备，还包括控制器，多个所述机械臂和多个所述抓取装置分别与所述控制器通信连接。
17.本发明提供的移动式换电设备，通过在行走底盘上设置行走梁和多个机械臂，并在行走梁上设置多个可移动的抓取装置。利用多个机械臂驱动行走梁往返于行走底盘的电池仓位上方和行走底盘的外侧的待换电设备的电池仓位上方之间，通过行走梁上的多个抓取装置对多个待换电池包和多个满电电池包进行抓取，配合抓取装置在行走梁上的移动，实现电池包的批量更换，提高了换电效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明提供的移动式换电设备的结构示意图；
20.图2是图1中移动式换电设备的俯视图；
21.图3是图1中移动式换电设备的侧视图；
22.图4是本发明提供的移动式换电设备中机械臂位于行走底盘外侧的结构示意图；
23.图5是本发明提供的移动式换电设备中行走机构的结构示意图；
24.图6是本发明提供的移动式换电设备中卷扬机构的结构示意图；
25.图7是本发明提供的移动式换电设备中压紧机构的结构示意图；
26.图8是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之一；
27.图9是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之二；
28.图10是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之三；
29.图11是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之四；
30.图12是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之五；
31.图13是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之六；
32.图14是本发明提供的移动式换电设备的换电状态示意图之七；
33.附图标记：
34.1、行走底盘；
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2、行走梁；
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21、上翼板；
35.22、下翼板；
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23、腹板；
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3、抓取装置；
36.31、机架；
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311、架板；
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312、连接板；
37.32、吊具；
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321、支架；
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322、夹爪；
38.3221、导向部；
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33、行走机构；
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331、第一行走轮；
39.332、第一旋转电机；
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333、第一减速机；
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334、链传动件；
40.335、第二行走轮；
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34、压紧机构；
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3411、固定件；
41.3412、连杆；
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342、压紧轮；
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343、弹性复位件；
42.35、卷扬机构；
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351、第二旋转电机；
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352、第二减速机；
43.353、卷筒；
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354、吊绳；
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4、机械臂；
44.41、大臂；
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42、中臂；
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43、前臂；
45.44、第一伸缩机构；
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45、第二伸缩机构；
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46、第三伸缩机构；
46.51、满电电池包；
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52、待换电池包；
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6、待换电设备。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.下面结合图1至图14描述本发明的移动式换电设备。
51.如图1-图3所示，本发明实施例提供的移动式换电设备包括行走底盘1、行走梁2、多个抓取装置3和多个机械臂4。多个机械臂4安装于行走底盘1并沿行走底盘1的第一方向分布。行走底盘1上位于多个机械臂4之间设有多个电池仓位。多个机械臂4的移动端分别连接于行走梁2，用于驱动行走梁2往返于所述电池仓位的上方和行走底盘1的外侧。抓取装置3包括机架31和吊具32。多个抓取装置3的机架31分别连接于行走梁2并可沿行走梁2往复移动。吊具32连接于机架31。
52.其中，行走底盘1用于为移动式换电设备提供动力，使其可自主行驶。吊具32用于抓取位于所述电池仓位上的电池包。行走底盘1的第一方向可以为行走底盘1的长度方向或宽度方向。这里的长度方向是指行走底盘1的中轴线方向，宽度方向为垂直于中轴线的方向。
53.机械臂4的数量至少为两个，可根据行走梁2的负载能力确定机械臂4的具体数量，以保证行走梁2具有足够的刚性。可选的，该移动式换电设备包括两个机械臂4，两个机械臂4分别设置于行走底盘1在其长度方向上的两端，如图1所示。或者包括三个机械臂4，三个机械臂4等间距设置。
54.利用该移动式换电设备对待换电设备进行换电时，可将该移动式换电设备移动至待换电设备的一侧，并使行走底盘1的第一方向上的一侧靠近待换电设备的待换电池包。或者，将待换电设备移动至该移动式换电设备的一侧，并使行走底盘1的第一方向上的一侧靠近待换电设备的待换电池包。然后通过多个机械臂4同时驱动行走梁2往返于行走底盘1上的电池仓位上方和待换电设备上的电池仓位上方，配合抓取装置3对行走底盘1上的满电电池包和待换电设备上的待换电池包的抓取和释放，完成换电操作。
55.具体地，在该移动式换电设备的行走底盘1上部不存在空置电池仓位时，可先将行走梁2移动至行走底盘1的电池仓位上方，通过抓取装置3抓取满电电池包。然后将行走梁2移动至待换电设备的电池仓位上方，利用空置的抓取装置3抓取待换电池包后，通过抓取装置3将满电电池包放置于待换电设备的电池仓位上。然后将行走梁2移动至行走底盘1的电池仓位的上方，通过抓取装置3将其抓取的待换电池包放置于行走底盘1上空出来的电池仓位上。
56.在该移动式换电设备的行走底盘1上存在空置电池仓位时，可先将行走梁2移动至待换电池包的电池档位的上方，通过抓取装置3抓取待换电池包。然后将行走梁2移动至行走底盘1的电池仓位的上方，通过抓取装置3将待换电池包放置于空置电池仓位上，并通过抓取装置3抓取满电电池包。然后将行走梁2移动至待换电设备的电池仓位上方，通过抓取装置3将其抓取的满电电池包放置于待换电设备的电池仓位上。
57.其中，在上述换电过程中，可通过多个抓取装置3同时一一对应抓取多个电池包进行电池包的批量更换操作，从而实现待换电设备的快速换电。可选地，行走底盘1可以为汽车底盘。汽车底盘的长度方向尺寸通常大于其宽度方向的尺寸。多个机械臂4沿汽车底盘的长度方向前后分布，可以增大行走梁2的设计长度，使得该移动式换电设备能够一次抓取更多个电池包进行批量换电。
58.本发明提供的移动式换电设备，在行走底盘1上设置行走梁2和多个机械臂4，并在行走梁2上设置多个可移动的抓取装置3。利用多个机械臂4驱动行走梁2往返于行走底盘1的电池仓位上方和行走底盘1的外侧的待换电设备的电池仓位上方之间，通过行走梁2上的多个抓取装置3对多个待换电池包和多个满电电池包进行抓取，配合抓取装置3在行走梁2上的移动，实现电池包的批量更换，提高了换电效率。
59.如图3和图4所示，本发明一些实施例中，机械臂4包括大臂41、中臂42和前臂43。大臂41的第一端可转动连接于行走底盘1，大臂41的第二端与中臂42的第一端可转动连接，中臂42的第二端与前臂43可转动连接，前臂43与行走梁2连接。可选地，行走梁2可固定于前臂43远离中臂42的一端的端面，或者固定于前臂43靠近行走底盘1的侧面。
60.其中，机械臂4还包括第一伸缩机构44、第二伸缩机构45和第三伸缩机构46，第一伸缩机构44连接于行走底盘1和大臂41之间，用于驱动大臂41相对行走底盘1转动；第二伸缩机构45连接于大臂41和中臂42之间，用于驱动中臂42相对大臂41转动；第三伸缩机构46连接于中臂42与前臂43之间，用于驱动前臂43相对中臂42转动。通过三个伸缩机构实现机械臂4的折叠和展开。在折叠状态下，行走梁2收纳于行走底盘1；在展开状态下，行走梁2伸出行走底盘1的外侧。可选地，三个伸缩机构为电缸或油缸。
61.具体地，大臂41的第一端与行走底盘1铰接，大臂41的第二端与中臂42的第一端铰接。第一伸缩机构44的固定端铰接于行走底盘1上，驱动端铰接于大臂41的中部。第二伸缩机构45的固定端铰接于大臂41的中部，驱动端铰接于中臂42的中部。中臂42的第二端与前臂43的中部铰接。第三伸缩机构的固定端铰接于中臂42，驱动端铰接于前臂43的第一端，前臂43的第二端与行走梁2连接。其中，大臂41、中臂42和前臂43的转动轴线相互平行。
62.可选地，大臂41、中臂42和前臂43的转动轴线垂直于行走底盘1的第一方向。大臂41与行走底盘1的连接点靠近行走底盘1在其第一方向上的一侧，即靠近行走底盘1边缘的位置，可使机械臂4的移动端伸出至行走底盘1外侧的更远处。
63.其中，行走底盘1上沿垂直于第一方向设有两排电池仓位，在第一方向行，机械臂4靠近其中一排电池仓位。在换电操作之前，可先将行走底盘1上的电池包移动至远离机械臂4的一排电池仓位上，利用电池包作为该移动式换电设备的配重，防止换电过程中发生侧翻事故。
64.需要说明的是，大臂41和前臂43之间可设置多个中臂，即该机械臂4可以设置三个以上的臂节，多个臂节依次可转动连接并分别在一伸缩机构的驱动作用下相对相邻臂节转动，以实现前臂43更灵活的移动。
65.本发明一些实施例中，行走梁2上设有导轨，抓取装置3还包括行走机构33。如图5所示，行走机构33包括第一行走轮331和第一驱动件。第一行走轮331可转动安装于机架31并可滚动设置于导轨上，第一驱动件固定安装于机架31并与第一行走轮331驱动连接。
66.其中，导轨沿行走梁2的长度方向延伸。第一行走轮331滚动设置于导轨上并承载机架31以及机架31上的第一驱动件的重量。
67.具体地，第一驱动件包括第一旋转电机332，第一旋转电机332的动力输出端与第一行走轮331的转轴驱动连接。在第一驱动件的驱动作用下，第一行走轮331可沿导轨行驶。进一步地，第一驱动件还包括第一减速机333，第一旋转电机332的动力输出端与第一减速机333的动力输入端连接，第一减速机333的动力输出端与第一行走轮331的转轴驱动连接。
68.进一步地，行走机构33还包括链传动件334。第一驱动件的驱动端与第一行走轮331的转轴通过链传动件334驱动连接。具体地，行走梁2上的轨道为悬空轨道，第一行走轮331位于轨道的上方，第一驱动件位于轨道的下方。第一驱动件的动力输出端固定有第一链轮，第一行走轮331的转轴上固定有第二链轮，第一链轮和第二链轮通过链条连接。当需要控制某一抓取装置3移动时，启动第一驱动件，通过链传动件334将第一驱动件的动力传递到第一行走轮331，驱动第一行走轮331转动。
69.在另一些实施例中，可将链传动件334替换为带传动件，第一驱动件的动力输出端固定有第一带轮，第一行走轮331的转轴上固定有第二带轮，第一带轮和第二带轮通过传动带连接。
70.如图5所示，本发明一些实施例中，行走梁2包括上翼板21、下翼板22和腹板23。腹板23连接于上翼板21与下翼板22之间，上翼板21连接于机械臂4的移动端。行走机构33包括两个第一行走轮331，两个第一行走轮331可滚动设置于下翼板22上并分别位于腹板23两侧。
71.具体地，上翼板21、下翼板22和腹板23形成为工字钢行走梁2或h型钢行走梁2。下翼板22位于腹板23的两侧形成所述轨道，或者，下翼板22位于腹板23的两侧分别设置有轨道。轨道包括分别位于腹板23两侧的第一轨道和第二轨道。第一轨道和第二轨道上分别滚动设置一个第一行走轮331。本实施例中行走梁2上的两个轨道为开放式轨道，可方便行走机构33的维修和更换。
72.机架31包括架板311和两个连接板312，架板311位于下翼板22的下方，两个连接板312相对设置于架板311并分别位于轨道的两侧。两个第一行走轮331的转轴一一对应可转动穿设于两个连接板312。第一驱动件固定与架板311并分别与两个第一行走轮331的转轴驱动连接。
73.进一步地，行走梁2可转动安装于机械臂4，行走梁2的转动轴线与行走梁2的长度方向平行。以使行走梁2上的轨道在机械臂4的移动过程中能够始终保持水平。
74.如图5-图7所示，本发明一些实施例中，抓取装置3还包括压紧机构34，机架31包括架板311，架板311位于下翼板22的下方，压紧机构34设置于架板311与下翼板22之间。压紧机构34包括支座、压紧轮342和弹性复位件343，压紧轮342可转动安装于支座，弹性复位件343设置于支座与架板311之间。弹性复位件343将压紧轮342压紧于下翼板22。
75.具体地，支座包括固定件3411和连杆3412，固定件3411固定于架板311，连杆3412的第一端可转动连接于固定件3411，压紧轮342可转动连接于连杆3412的中部，连杆3412的第二端与架板311通过弹性复位件343弹性连接。
76.其中，压紧轮342的旋转轴线与第一行走轮331的旋转轴线平行。弹性复位件343可以为复位弹簧或复位弹片。连杆3412在弹性复位件343的弹性回复力作用下向架板311靠近，从而将压紧轮342压紧于下翼板22，即将下翼板22夹设于第一行走轮331和压紧机构34之间，可防止第一行走轮跳动，并确保与轨道的行走面具有足够的摩擦力，以便于驱动抓取装置3移动。可选地，压紧机构34位于架板311对应于两个第一行走轮331之间。
77.如图6所示，本发明一些实施例中，行走机构33还包括第二行走轮335。第二行走轮335可转动安装于机架31并可滚动设置于所述导轨上。第二行走轮335与第一行走轮331沿行走梁2的长度方向排布。通过第一行走轮331和第二行走轮335共同承载机架31以及机架31上其他附件的重量，可提高行走机构33的可靠性。
78.架板311上还设有另外两个连接板312相对设置于架板311并分别位于轨道的两侧。两个第一行走轮331的转轴一一对应可转动穿设于两个连接板312。第一驱动件固定与架板311并分别与两个第一行走轮331的转轴驱动连接。
79.其中，在第一行走轮331的数量为两个的具体实施例中，第二行走轮335的数量也可对应设置为两个。架板311还设有另外两个相对设置于架板311并分别位于轨道两侧的连接板312。两个第二行走轮335的转轴一一对应可转动设置于这两个连接板312。进一步地，压紧机构34的数量为两个，其中一个压紧机构34设置于架板311对应于两个第一行走轮331之间，另一压紧机构34设置于架板311对应于两个第二行走轮335之间。
80.如图6所示，本发明一些实施例中，抓取装置3还包括卷扬机构35。卷扬机构35包括第二驱动件、卷筒353和吊绳354。第二驱动件固定安装于机架31并与卷筒353驱动连接，吊绳354的一端绕设于卷筒353上，吊具32连接于吊绳354的另一端。
81.具体地，通过第二驱动件驱动卷筒353转动以调节吊具32的高度。其中，第二驱动件包括第二旋转电机351和第二减速机352，第二旋转电机351的动力输出端与第二减速机352的动力输入端连接，第二减速机352的动力输出端与卷筒353驱动连接。吊绳354可采用钢丝绳。
82.进一步地，第一驱动件和第二驱动件在机架31上的安装位置与第一行走轮331和第二行走轮335一一对应。卷筒353的第一端与第二驱动件的动力输出端连接，第二端可转动连接于第一驱动件的外壳上。如此可使抓取装置3的中心位于第一行走轮331和第二行走轮335之间，使其运动更平稳。
83.如图6所示，吊具32包括支架321和多个夹爪322。支架321连接于机架31，多个夹爪322连接于支架321，夹爪322设有导向部3221，导向部3221用于在夹爪322与电池包上的连接部相配合时提供导向。
84.具体地，支架321上设有驱动机构，驱动机构与夹爪322驱动连接。导向部3221可以为设置于夹爪322上的导向平面或导线弧面。例如，多个夹爪322对称设置于支架321上。相对的两个夹爪322相互背离的一侧设有导向部3221。电池包上设有连接部，例如设置于电池包上的扣位槽。在吊具32下落过程中，将夹爪322插入至扣位槽时，在导向部3221的作用下，可修正吊具32与电池包的相对位置，确保夹爪322能够准确吊起电池包。
85.本发明一些实施例提供的移动式换电设备还包括控制器，多个机械臂4和多个抓取装置3分别与控制器通信连接。可通过控制器实现对多个机械臂4和多个抓取装置3的自动控制。例如，控制器根据行走梁2上抓取装置3的数量、行走底盘1上空置的电池仓位数量、满电电池包51数量以及待换电设备上的待换电池包52数量来制定换电策略，即行走梁2每一轮往复移动所抓取的电池包数量。
86.作为一具体示例，待换电设备6上的待换电池包52为4个，抓取装置3为5个，行走底盘1上无空置的电池仓位，满电电池包51大于或等于4个。如图8-图10所示，换电步骤包括：s1，控制机械臂4将行走梁2移动至行走底盘1的电池仓位上方，控制5个抓取装置中的4个分别抓取一块满电电池包51。s2，控制机械臂4将行走梁2移动至待换电池包52的上方，利用空置的一个抓取装置3抓取一个待换电池包52并移动到行走梁2远离满电电池包51的一端。再控制相邻的1个抓有满电电池包51的抓取装置3将该满电电池包51放置于待换电设备6的电池仓位上。如此即完成一个待换电池包52的更换。重复步骤s2完成四个待换电池包52的更换。s3，控制机械臂4将行走梁移动至行走底盘1上空置出来的4个电池仓位上方，将4个待换电池包52放置于这4个电池仓位上，完成换电。
87.作为另一具体示例，待换电设备6上的待换电池包52为4个，抓取装置3为4个，行走底盘1上空置的电池仓位为4个，满电电池包51大于或等于4个。如图11-图14所示，换电步骤包括：s1，控制机械臂4将行走梁2移动至待换电设备6的电池仓位的上方，控制4个抓取装置分别抓取一块待换电池包52。s2，控制机械臂4将行走梁2移动至行走底盘1上空置的4个电池仓位上方。控制4个抓取装置3将4个待换电池包52放置于行走底盘1上后，控制该4个抓取装置3抓取4个满电电池包51。s3，控制机械臂4将行走梁2移动至待换电设备6的电池仓位上
方，将4个满电电池包51放置于待换电设备6空置的电池仓位上，控制机械臂4收回到行走底盘1内，完成换电。
88.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。