专利名称：一种更换车载电池的机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及车载电池的配套设备，具体地说是一种更换车载电池的机械手。
背景技术：
在全球低碳经济浪潮的推动下，电动汽车作为新一轮经济增长的突破口和实现交通能源转型的根本途径，已经成为世界各国共同的战略选择。由于电池 容量的有限，汽车体积和空间限制，电动汽车的续航问题成为其进入实际应用的关键。一种利用谷电充电、快速与车载电池交换的概念引起了人们的重视。但是，用从实际应用的效果来看，尚存在诸多缺陷或不尽人意之处。例如1.占地面积大，建设投资高；2.工作效率低，费时长；3.对车型及车辆停放位置要求过严。如何克服上述诸多缺陷，使车载电池能够得到及时、快速的更换，进而增加电动汽车的使用，已成为人们亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种更换车载电池的机械手。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明包括举升机构、平移机构、货叉机构、推手机构、解锁机构及支撑框架，其中平移机构安装在举升机构上，在平移机构上设有沿垂直于电池箱取放方向往复移动的货叉机构；所述货叉机构上安装有推手机构，该推手机构既随货叉机构移动，又沿电池取放方向移动；在推手机构上安装有随其移动的解锁机构，电池箱通过解锁机构被吸住；所述支撑框架对称安装在货叉机构的两侧、随货叉机构移动，电池箱通过支撑框架支撑和横向限位。其中所述平移机构包括第一滑轨、第一齿条及第一滑块，其中第一滑轨及第一齿条相互平行地安装在举升机构上，所述货叉机构通过第一滑块与第一滑轨连接、在第一滑轨上往复移动；所述货叉机构包括滑块连接板、下叉、中叉、上叉、第二齿条、第一电机及第二电机，其中滑块连接板的下表面连接有第一滑块，上表面安装有下叉，所述上叉位于下叉的上方，中叉分别与下叉、上叉连接、并沿电池箱的取放方向往复移动，中叉上沿其长度方向设有第二齿条；在下叉上分别安装有第一电机及第二电机，第一电机的输出轴朝下，连接有与所述第一齿条相啮合、驱动整个货叉机构沿垂直于电池箱取放方向往复移动的第一齿轮，第二电机的输出轴朝上，连接有与所述第二齿条相啮合、驱动中叉沿电池箱取放方向往复移动的第二齿轮；中叉位于下叉和上叉之间，分别通过第一滑轮与下叉和上叉内侧的滑槽相连接；在中叉的两端各设有一链轮，第一链条的一端固接在下叉的一端，第一链条的另一端由中叉一端的链轮绕过、固接在上叉的一端，第二链条的一端固接在下叉的另一端，第二链条的另一端由中叉另一端的链轮绕过、固接在上叉的另一端；所述推手机构包括解锁推手座、皮带、推手货叉连接板、第三电机、第二滑轨及皮带轮，其中推手货叉连接板安装在货叉机构上，在推手货叉连接板上沿电池箱取放方向设有第二滑轨，在第二滑轨的两端分别设有安装在推手货叉连接板上的皮带轮，两皮带轮之间通过皮带相连，其中远离电池箱一端的皮带轮连接有安装在推手货叉连接板上的第三电机；所述解锁推手座通过夹板夹紧在皮带上，在解锁推手座的两侧各设有与第二滑轨连接的第二滑块；推手货叉连接板上、靠近电池箱一端的皮带轮的两侧分别设有一排第一万向滚珠；所述解锁机构包括电磁铁、解锁器、传动机构、驱动机构及解锁安装板，其中解锁安装板与推手机构相连，电磁铁及驱动机构分别安装在解锁安装板上、随解锁安装板共同移动，解锁器可相对转动地连接于电磁铁的外部，驱动机构的输出轴通过传动机构与解锁器连接、带动解锁器旋转；所述解锁安装板包括解锁立板及解锁底板，其 中解锁底板固接在推手机构上，解锁立板垂直安装于解锁底板的一端，在解锁立板上开有通孔，并在其朝向解锁器的一侧设有圆形槽；所述电磁铁通过电磁铁连接座安装在该圆形槽内，解锁器通过轴承连接于电磁铁连接座的外部；所述传动机构包括大齿轮及小齿轮，驱动机构包括第四电机及减速机，其中减速机安装在解锁立板上，减速机的输出轴由所述通孔穿出，第四电机与减速机相连；所述大齿轮与解锁器固接，小齿轮键连接于减速机的输出轴、并与大齿轮相啮合；所述解锁器一端为中空的锥台、与大齿轮固接，另一端设有两个解锁部，该两个解锁部以解锁器中心轴线对称设置，解锁器的中间部位为中空的圆柱体，所述电磁铁位于解锁器中间。所述货叉机构的两侧分别设有结构相同的支撑框架，每一组支撑框架均包括依次设置的一排第二万向滚珠、一排横向定位框架及两组支撑架，两组支撑框架中的横向定位框架之间通过横担及立板相连；所述第二万向滚珠靠近电池箱的一端设有浮动定位轮，该浮动定位轮的轮轴上连接有定位轮连接板一端，该定位轮连接板的另一端与固接在支撑框架上的轮架铰接。本发明的优点与积极效果为I.本发明采用三级直线差动式货叉结构，有效地提高了更换效率。2.本发明解锁机构第四电机和减速机的正常工作，由输出端的小齿轮带动大齿轮及与其固接的解锁器实现顺、逆时针两个方向的任意角度转动，即实现锁被打开或锁紧的两个功能，有效地提高了精准性和装卸效率；小齿轮、轴承均有轴向定位，运行平稳，适应能力强，使用寿命长。3.本发明具有多自由度，可进行高层电池箱的存取，有效地节省了建站占地面积，可缩减建设投资。4.本发明更换速度快，适应能力强。
图I为本发明的立体结构示意图；图2为本发明的主视图；图3为本发明的俯视图；图4为本发明的左视图；图5为本发明货叉机构的立体结构示意图；图6为图5的左视图；图7为图6中的A-A剖视图8为本发明货叉机构的结构示意图之一；图9为本发明货叉机构的结构示意图之二 ；图10为本发明推手机构的俯视图；图11为本发明解锁机构的立体结构示意图；图12为本发明解锁机构的俯视图；图13为本发明解锁机构的左视图；
图14为图13中的B-B剖视图；图15为本发明支撑框架的结构示意图；其中1为举升机构，101为剪式升降台，102为液压缸；2为平移机构,201为第一滑轨,202为第一齿条,203为第一滑块；3为货叉机构，301为滑块连接板，302为下叉，303为中叉，304为上叉，305为第二齿条,306为第一电机,307为第二电机,308为第一链条。309为第二链条,310为第一齿轮，311为第二齿轮，312为第一滑轮，313为链轮；4为推手机构，401为万向滚珠，402为解锁推手座，403为皮带，404为推手货叉连接板，405为第三电机，406为第二滑轨，407为皮带轮；5为解锁机构，501为电磁铁，502为解锁器，503为解锁立板，504为解锁底板，505为第四电机，506为挡圈，507为大隔套，508为小隔套，509为轴承，510为大齿轮，511为电磁铁连接座，512为轴端压盖，513为小齿轮，514为减速机隔套，515为减速机；6为支撑框架,601为浮动定位轮,602为万向滚珠,603为横向定位框架,604为支撑架，605为横担，606为立板，607为轮架，608为销轴，609为定位轮连接板。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图I 4所示，本发明包括举升机构I、平移机构2、货叉机构3、推手机构4、解锁机构5及支撑框架6，其中平移机构2安装在举升机构I上，在平移机构2上设有沿垂直于电池箱取放方向往复移动的货叉机构3 ;所述货叉机构3上安装有推手机构4，该推手机构4既随货叉机构3移动，又沿电池取放方向移动；在推手机构4上安装有随其移动的解锁机构5，电池箱通过解锁机构5被吸住，进而实现取放更换；所述支撑框架6对称安装在货叉机构3的两侧、随货叉机构3移动，电池箱通过支撑框架6支撑和横向限位，防止电池箱横向窜动。具体为举升机构I包括剪式升降台101和液压缸102，剪式升降台101通过液压缸102驱动，可上下升降；液压缸102为两个，对称分布在剪式支架的两侧。平移机构2包括第一滑轨201、第一齿条202及第一滑块203，其中第一滑轨201为两根，平行地安装在剪式升降台101的台面上，第一齿条202为一根，位于两根第一滑轨201之间，且与两根第一滑轨201平行。如图5 9所示，货叉机构3包括滑块连接板301、下叉302、中叉303、上叉304、第二齿条305、第一电机306、第二电机307、第一链条308、第二链条309、第一齿轮310、第二齿轮311、第一滑轮312及链轮313，其中滑块连接板301的下表面固接有四个第一滑块203，整个货叉机构3通过第一滑块203可沿第一滑轨201的长度方向(即垂直于电池箱取放的方向)往复移动，滑块连接板301的上表面固定有下叉302。上叉304位于下叉302的上方，在上叉304与下叉302两侧的内壁均设有滑槽；中叉303位于下叉302和上叉304之间，中叉303横梁上设有第二齿条305，中叉303的两侧分别设有第一滑轮312，中叉303通过第一滑轮312分别与下叉302和上叉304内侧的滑槽相连接。在下叉302上分别安装有第一电机306及第二电机307，其中第一电机306的输出轴朝下，键连接有第一齿轮310，该第一齿轮310与所述第一齿条202相啮合、驱动整个货叉机构3沿第一滑轨201的长度方向往复移动；第二电机307的输出轴朝上，连接有第二齿轮311，该第二齿轮311与所述第二齿条305相啮合、驱动中叉303沿其长度方向往复移动。在中叉303的两端各设有一链轮313，第一链条308的一端固接在下叉302的一端，第一链条308的另一端由中叉303一端的链轮313绕过后、固接在上叉304的一端，第二链条309的一端固接在下叉302的另一端，第二链条309的另一端由中叉303另一端的链轮313绕过后、固接在上叉304的另一端。当第二电机307正常工作时，通过第二电机307输出轴上的第二齿轮311与第二齿条305的啮合，使中叉303相对下叉302沿一个方向移动，并通过第一、二链条308、309和链313轮的连接，同时也使上叉304相对中叉303沿同一个方向移动，反之亦然。 如图10所示，推手机构4固定在上叉304的上连接板上，包括第一万向滚珠401、解锁推手座402、皮带403、推手货叉连接板404、第三电机405、第二滑轨406及皮带轮407，其中推手货叉连接板404固接在上叉304的上连接板上，在推手货叉连接板404的长度方向上(即沿电池箱取放方向)设有两根第二滑轨406，在两根第二滑轨406的两端分别设有安装在推手货叉连接板404上的皮带轮407，两皮带轮之间通过皮带403相连，其中一端(靠近电池箱一端)皮带轮407的两侧(即推手货叉连接板该端宽度方向的两侧)分别设有一排第一万向滚珠401，可供电磁铁吸附的电池箱在上面往复移动；另一端(远离电池箱一端)的皮带轮407连接有安装在推手货叉连接板404上的第三电机405。所述解锁推手座402通过夹板夹紧固定在皮带403上，在解锁推手座402的两侧各设有与第二滑轨406连接的第二滑块，解锁机构5固定在解锁推手座402上并能沿第二滑轨406滑动。当第三电机405正常工作时，第三电机405的输出扭矩传递给与其相连接的皮带轮407，使皮带403绕两个皮带轮转动，同时使解锁推手座402沿第二滑轨406做直线往复运动。如图11 14所示，解锁机构5包括包括电磁铁501、解锁器502、电磁铁连接座511、传动机构、驱动机构及解锁安装板，其中解锁安装板包括解锁立板503、解锁底板504，传动机构包括大齿轮510、小齿轮513，驱动机构包括减速机515、第四电机505。解锁立板503垂直安装于解锁底板504的一端(该端为解锁底板504前进时的前端)，解锁立板503与解锁底板504安装在一起后，解锁底板504再固定在解锁推手座402上，以实现解锁立板503与解锁底板504整体随解锁推手座402沿第二滑轨406长度方向的往复移动。在解锁立板503上开有一个通孔，解锁立板503朝向电池箱的一侧面上设有一圆形槽，并且通孔和圆形槽的中心在同一水平线上。减速机515固定在解锁立板503上，第四电机505与减速机515相连，减速机515的输出轴由解锁立板503上的通孔穿过，通过减速机隔套514及键与小齿轮513连接，并在输出轴的轴端固接有轴端压盖512，小齿轮513轮齿端开有槽，使轴端压盖512放入槽内，以减少空间，避免轴端压盖512和其它部件干涉；利用减速机隔套514及轴端压盖512将小齿轮513轴向定位，以防止小齿轮513长时间转动而脱落。解锁器502 —端为中空的锥台，另一端设有两个解锁部，该两个解锁部以解锁器中心轴线对称设置，解锁器502的中间部位为中空的圆柱体。大齿轮510上开有槽，轴承509为两个，在解锁器502的中空锥台端先放入一个轴承509，再放入大隔套507和小隔套508，然后放入第二个轴承509，最后把大齿轮510的开槽端扣在解锁器502的中空锥台端，用螺栓固定。电磁铁连接座511的一端穿过轴承509，与电磁铁501固接；在电磁铁501与放入的第一个轴承509之间设有挡圈506，轴承509通过挡圈506、解锁器502内壁上的止口以及大齿轮510上的槽轴向定位。电磁铁501、解锁器502、大齿轮510和电磁铁连接座511通过挡圈506、轴承509、大隔套507和小隔套508安装在一起后，电磁铁连接座511的另一端容置于解锁立板503上的圆形槽内，由螺栓固定，并使大齿轮510与小齿轮513完全啮合，且大齿轮510与小齿轮513的中心在同一水平线上，以实现它们转动自由灵活。电磁铁501位于解锁器502中间，解锁器502相对电磁铁501可转动。 如图15所示，货叉机构3的两侧分别设有结构相同的支撑框架6，每一组支撑框架6均包括依次设置的一排可供电磁铁吸附的电池箱在上面往复移动的第二万向滚珠602、一排横向定位框架603及两组支撑架604,两组支撑框架6中的横向定位框架603之间通过横担605及立板606相连。在第二万向滚珠602靠近电池箱的一端设有浮动定位轮601,该浮动定位轮601的轮轴上连接有定位轮连接板609 —端，该定位轮连接板609的另一端与固接在支撑框架6上的轮架607通过销轴608铰接。当解锁机构5中的电磁铁501吸住电池箱进行更换时，电池箱有时不会完全准确地落在第二万向滚珠602上；当电池箱与浮动定位轮601接触时，由于定位轮连接板609可绕销轴608转动，这样即可使电池箱准确地落在第二万向滚珠602上。本发明的工作原理为当载有电池箱的电动汽车停在机械手前时，由液压缸102驱动剪式升降台101上升或下降到指定高度，第一电机306工作，通过第一齿轮310与第一齿条202啮合，使平移机构2及其上面的机构平移到指定位置；第二电机307工作，通过第二齿轮311与第二齿条305啮合，使中叉303向车体方向移动，安装在中叉303两端的链轮313随中叉303移动，通过第一、二链条308、309推动上叉304移动。由于中叉303两端的链轮3133及第一、二链条308、309相当于一组动滑轮机构，实现了行程和速度的倍增。中叉303、上叉304向车体方向移动到指定位置时停止移动，第三电机405工作，通过皮带403和皮带轮407使固定在解锁推手座402上的解锁机构5沿第二滑轨406向车体方向移动，移动到电磁铁501前表面和车体电池箱的锁表面重合时，停止移动，电磁铁501上电，吸住电池箱；第四电机505和减速机515工作，通过小、大齿轮510、513啮合，使解锁器502按解锁方向旋转，利用解锁器2上的两个解锁部打开电池箱上的锁；第三电机405工作，通过皮带403和皮带轮407使固定在解锁推手座402上的解锁机构5沿第二滑轨406向远离车体方向移动；同时，推手机构4上的第一万向滚珠401支撑住电池箱，当解锁机构5移动一定距离后，第二 307电机同时工作，使中叉303和上叉304向远离车体方向移动，直到电池箱全部落在支撑框架6的第二万向滚珠602和支撑架604上，并且上叉304、中叉303、下叉302回到初始位置时，第二、三电机306、307停止工作，此时横向定位框架603起到防止电池箱横向窜动的作用；液压缸101和第一电机306同时或分别工作，使电池箱移动到其他指定位置。以上整个过程为从电动汽车中取出电池的过程，放入电池或转移电池的过程与上述过程原理相同。 ·
权利要求
1.一种更换车载电池的机械手，其特征在于包括举升机构(I)、平移机构(2)、货叉机构(3)、推手机构(4)、解锁机构(5)及支撑框架(6)，其中平移机构(2)安装在举升机构(I)上，在平移机构(2)上设有沿垂直于电池箱取放方向往复移动的货叉机构(3);所述货叉机构(3)上安装有推手机构(4)，该推手机构(4)既随货叉机构(3)移动，又沿电池取放方向移动；在推手机构(4)上安装有随其移动的解锁机构(5)，电池箱通过解锁机构(5)被吸住；所述支撑框架(6)对称安装在货叉机构(3)的两侧、随货叉机构(3)移动，电池箱通过支撑框架(6)支撑和横向限位。
2.按权利要求I所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述平移机构(2)包括第一滑轨(201)、第一齿条(202)及第一滑块(203)，其中第一滑轨(201)及第一齿条(202)相互平行地安装在举升机构(I)上，所述货叉机构(3)通过第一滑块(203)与第一滑轨(201)连接、在第一滑轨(201)上往复移动。
3.按权利要求2所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述货叉机构(3)包括滑块连接板(301)、下叉(302)、中叉(303)、上叉(304)、第二齿条(305)、第一电机(306)及第二电机(307)，其中滑块连接板(301)的下表面连接有第一滑块(203)，上表面安装有下叉(302)，所述上叉(304)位于下叉(302)的上方，中叉(303)分别与下叉(302)、上叉(304)连接、并沿电池箱的取放方向往复移动，中叉(303)上沿其长度方向设有第二齿条(305)；在下叉(302)上分别安装有第一电机(306)及第二电机(307),第一电机(306)的输出轴朝下，连接有与所述第一齿条(202)相啮合、驱动整个货叉机构(3)沿垂直于电池箱取放方向往复移动的第一齿轮(310)，第二电机(307)的输出轴朝上，连接有与所述第二齿条(305)相啮合、驱动中叉(303)沿电池箱取放方向往复移动的第二齿轮(311)。
4.按权利要求3所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述中叉(303)位于下叉(302)和上叉(304)之间，分别通过第一滑轮(312)与下叉(302)和上叉(304)内侧的滑槽相连接；在中叉(303)的两端各设有一链轮(313)，第一链条(308)的一端固接在下叉(302)的一端，第一链条(308)的另一端由中叉(303) —端的链轮(313)绕过、固接在上叉(304)的一端，第二链条(309)的一端固接在下叉(302)的另一端，第二链条(309)的另一端由中叉(303)另一端的链轮(313)绕过、固接在上叉(304)的另一端。
5.按权利要求I所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述推手机构(4)包括解锁推手座(402)、皮带(403)、推手货叉连接板(404)、第三电机(405)、第二滑轨(406)及皮带轮(407)，其中推手货叉连接板(404)安装在货叉机构(3)上，在推手货叉连接板(404)上沿电池箱取放方向设有第二滑轨(406)，在第二滑轨(406)的两端分别设有安装在推手货叉连接板(404)上的皮带轮(407)，两皮带轮之间通过皮带(403)相连，其中远离电池箱一端的皮带轮(407)连接有安装在推手货叉连接板(404)上的第三电机(405);所述解锁推手座(402)通过夹板夹紧在皮带(403)上，在解锁推手座(402)的两侧各设有与第二滑轨(406)连接的第二滑块。
6.按权利要求5所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述推手货叉连接板(404)上、靠近电池箱一端的皮带轮(407)的两侧分别设有一排第一万向滚珠(401)。
7.按权利要求I所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述解锁机构(5)包括电磁铁(501)、解锁器(502)、传动机构、驱动机构及解锁安装板，其中解锁安装板与推手机构(4)相连，电磁铁(501)及驱动机构分别安装在解锁安装板上、随解锁安装板共同移动，解锁器(502)可相对转动地连接于电磁铁(501)的外部，驱动机构的输出轴通过传动机构与解锁器(502)连接、带动解锁器(502)旋转。
8.按权利要求7所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述解锁安装板包括解锁立板(503)及解锁底板(504)，其中解锁底板(504)固接在推手机构(4)上,解锁立板(503)垂直安装于解锁底板(504)的一端，在解锁立板(503)上开有通孔，并在其朝向解锁器(502)的一侧设有圆形槽；所述电磁铁(501)通过电磁铁连接座(511)安装在该圆形槽内，解锁器(502)通过轴承(509)连接于电磁铁连接座(511)的外部；所述传动机构包括大齿轮(510)及小齿轮(513)，驱动机构包括第四电机(505)及减速机(515)，其中减速机(515)安装在解锁立板(503)上，减速机(515)的输出轴由所述通孔穿出，第四电机(505)与减速机(515)相连；所述大齿轮(510)与解锁器(502)固接，小齿轮(513)键连接于减速机(515)的输出轴、并与大齿轮(510)相啮合；所述解锁器(502) —端为中空的锥台、与大齿轮(510)固接，另一端设有两个解锁部，该两个解锁部以解锁器中心轴线对称设置，解锁器(502)的中间部位为中空的圆柱体，所述电磁铁(501)位于解锁器(502)中间。
9.按权利要求I所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述货叉机构(3)的两侧分别设有结构相同的支撑框架出)，每一组支撑框架(6)均包括依次设置的一排第二万向滚珠￠02)、一排横向定位框架(603)及两组支撑架￠04)，两组支撑框架￠)中的横向定位框架(603)之间通过横担(605)及立板(606)相连。
10.按权利要求9所述更换车载电池的机械手，其特征在于所述第二万向滚珠(602)靠近电池箱的一端设有浮动定位轮￠01)，该浮动定位轮￠01)的轮轴上连接有定位轮连接板(609) —端，该定位轮连接板￠09)的另一端与固接在支撑框架(6)上的轮架(607)铰接。
全文摘要
本发明涉及车载电池的配套设备，具体地说是一种更换车载电池的机械手，包括举升机构、平移机构、货叉机构、推手机构、解锁机构及支撑框架，其中举升机构为一液压驱动的可上下移动的剪式升降台，平移机构安装在举升机构上，在平移机构上设有沿垂直于电池箱取放方向往复移动的货叉机构，货叉机构分为下叉、中叉、上叉；所述货叉机构上安装有推手机构，该推手机构既随货叉机构移动，又沿电池取放方向移动；在推手机构上安装有随其移动的解锁机构，电池箱通过解锁机构被吸住；所述支撑框架对称安装在货叉机构的两侧、随货叉机构移动，电池箱通过支撑框架支撑和横向限位。本发明具有占地少、投资小、更换效率高、速度快等优点。
文档编号B65G47/88GK102887363SQ201110207578
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者陈英林, 张青松, 芦海斌, 张春峰 申请人:沈阳友联电子装备有限公司