专利名称：快速换电池机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人，尤其是一种电动汽车更换电池时使用的快速换电池 机器人。
背景技术：
随着世界各国对节能降耗的重视，清洁、环保的电动汽车获得了普遍的关注，成为 汽车工业发展的方向。目前，电动汽车电机、控制器以及整车技术的研制已经有所突破，阻 碍电动汽车发展的主要障碍是电池充电效率低和速度慢。要解决电动汽车发展的主要问题，就需要重点发展电动汽车的快速充换电技术。 随着充电设施建设的不断深入，国家电网公司计划全面开展电池换电站的建设，并将电池 换电站列入充电设施建设的重点。根据《国家电网智能化规划总报告》，到2015年，全国将 建设近4000座充电池更换站，初步估计其中近50%为电池换电站，市场前景良好，空间巨 大。过去，换电站在更换电池的过程中，主要采用人工更换电池方式。由于电池箱重量较 大，工作人员需要借助专用的机械手臂进行电池的更换，这样就存在着电池箱插件连接不 准确，电池更换效率低下，电池箱磨损严重，耗费大量重复性人力劳动等缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的就是为解决电动汽车充电时间长、效率低下的缺点，提供一种 快速换电池机器人，它可按照固定的轨道，快速准确的到达待充电电动汽车的正下方，通过 垂直升降装置中折叠臂的伸缩实现电池箱插件的准确连接，进而实现电池的快速、无损更 换。机器人技术在换电站中的使用，大大节省了操作时间，降低了操作强度，提高了更换精 度和效率。整个过程能够满足电动轿车换电时间3. 5分钟，商业车换电时间2分钟以内的 设计要求，符合国家和国家电网公司关于电动汽车快速充换电的相关标准，为国家和社会 带来了巨大的经济和社会效益。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案；一种快速换电池机器人，它包括主要移动设备、升降装置和控制装置；其中，移动 设备设置在导轨上并沿着导轨移动，移动设备的底座上固定有180°转动的旋转平台，所述 升降装置位于旋转平台上，升降装置顶部为电池托盘，控制装置设置在旋转平台上。所述移动设备包括底座，底座设有传感器和四个与导轨相配合的轨轮，移动驱动 电机被固定在底座上；旋转平台通过滚动轴承与底座衔接，移动驱动电机与控制装置连接。所述旋转平台下部设有旋转驱动电机，旋转驱动电机与控制装置连接。所述升降装置包括一个折叠臂，折叠臂与升降驱动电机连接，升降驱动电机与控 制装置连接。所述控制装置包括控制盒，控制盒上方安装有摄像头，控制盒内设有主控系统、基 于DSP水平位置和垂直高度定位的检测控制模块、数据转换控制模块以及嵌入式系统控制 模块。[0011]所述移动驱动电机或旋转驱动电机采用步进电机，升降驱动电机采用伺服电机。所述电池托盘上带有电磁吸附装置。在使用中，底座下轨轮被固定在指定导轨上移动，旋转平台位于底座的上部，可以 完成180°的整体转动，升降装置固定在旋转平台上，通过折叠臂的升降将电池箱平稳的提 升到特定位置。电池箱通常采用长方体的结构，被放置在金属安装框内，该方式可有效降低 电池箱在更换过程中的磨损，安装框通过电磁吸附方式固定在电池托盘上，并且在提升过 程中始终保持端面水平状态，方便了电池插件的准确连接。电池箱中插件与车体插件连接 后，控制部分控制车体上的锁环锁紧安装框上的锁体，将电池箱的位置进一步固定。移动设备包括轨轮、底座、移动驱动电机、传感器，底座下轨轮被设置在固定导轨 上，移动驱动电机控制整体机器人按照指定的路径进行移动。当机器人移动到待充电的电 动汽车正下方时，传感器感应到“对位”信号，送给控制装置，控制装置则控制移动驱动电 机，使机器人停止移动。升降装置的折叠臂在升降驱动电机的驱动下，快速准确的到达预定高度位置。在 此过程中，电池托盘一直保持水平，可以有效预防电池箱的滑动，完成电池插件与车体插件 的连接，实现电池状态信息的实时动态监控。控制装置包括主控系统、基于DSP水平位置和垂直高度定位检测控制模块、数据 转换控制模块以及嵌入式系统控制模块，控制部分通过与各组成模块对应接口的连接和 CAN或485通信，接收和分析机器人的实时数据信息，从而控制其他模块完成相应动作。定位检测控制模块包含摄像头和传感器等先进设备，通过图像实时采集和传感器 感应共同完成路况监测和三维定位任务，摄像头被安装在控制盒上端，根据前方路况的成 像信息，实时反馈给控制部分；移动设备上的传感器感应到车体正下方的信号后，实现更换 装置的准确对位。嵌入式系统控制模块选用国内外控制上广泛应用的板卡式，即“PC+运动控制器” 的控制方式，用嵌入式系统和DSP数字控制器控制方式来实现整个机器人的运动控制功 能。主控系统与定位检测控制模块、数据转换控制模块、嵌入式系统控制模块之间通 过TCP/IP协议进行通信。本实用新型的有益效果是1.快速更换装置采用智能化控制，对机器人不同部分加以控制。通过内部模块通 信进行机器人实时数据信息的采集和分析，控制其他模块的相应动作，极大提高了系统的 准确性和高效性。2.提升装置采用折叠臂的形式，在升降驱动电机控制下，折叠臂上升或下降过程 中始终保持电池托盘端面水平，同时，吸附装置将电池箱进一步固定，有效阻止电池箱的滑 动。3.电池箱插件与汽车插件实现“连接”，电池箱内部的电池管理系统(BMS)能够将 电池的实时状态及时反馈给用户。4.采用锁环锁紧锁体的设计方法，避免电池在更换前后的位置偏移，可以提高电 池供电的稳定性，而金属安装框的使用，有效减少了电池更换过程中电池箱的磨损，有利于 延长电池的使用寿命。
图1为快速换电池机器人的结构示意图；图2为电池的电气连接方式示意图；图3为闭锁示意图；图4为换电站导轨位置结构图。其中，1、导轨；2、轨轮；3、旋转平台驱动电机；4、底座；5、滚动轴承；6、旋转平台； 7、控制盒；8、升降驱动电机；9、折叠臂；10、电池托盘；11、安装框；12、电池；13、锁体；14、 电池插件；15、锁环；16、车体插件；17、车体；18、电池临时放置台；19、拱形轨道。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。图1示出了本实用新型的一个实施例的快速换电池机器人的结构示意图。轨轮2被固定在指定的导轨1上移动，底座4下部设有四个轨轮2，移动驱动电机 被固定在底座4上面，旋转平台6则通过滚动轴承5与底座4实现衔接，旋转驱动电机3和 控制盒7位于旋转平台6上，驱动该平台可完成半圆周转动，控制盒7上部安装有采集图像 信息的摄像头，升降装置固定于旋转平台6上，升降驱动电机8控制折叠臂9延伸到特定位 置，在此过程中，折叠臂9上部的电池托盘10保持水平位置相对不变。图2中，电池插件14与车体插件16实现有效连接，控制装置在收到连接完成信号 后，控制车体的锁环15锁紧电池安装框11的锁体13，达到快速固定电池12的目的。移动 驱动电机、旋转平台驱动电机3选用步进电机，升降驱动电机8选为伺服电机，控制装置包 括安装在控制盒内的主控系统、基于DSP水平位置和垂直高度定位检测控制模块、数据转 换控制模块以及嵌入式系统控制模块。控制装置接收和分析机器人实时数据信息，控制机 器人进行准确的操作，完成相应插件的连接和电池箱的位置锁定。当快速换电机器人的底座上的传感器感应到“对位”信号，轨轮2准确到达待充电 汽车正下方，折叠臂9托付电池托盘10到达预定高度位置，电池插件14与车体插件16实 现准确的插件连接，完成电池内部的电池管理系统与车体的内部通信，达到相关插件的电 气连接。如图3所示，为了防止电池12在安装过程中发生使用磨损和位置偏移，不利于电 池12稳定的电能供应和使用寿命，电池12外面套用合适的安装框11，当电池插件14与车 体插件16完成连接后，控制装置控制车体内的锁环15紧锁安装框的锁体10，从而避免了电 池的位置偏移。图4中，快速换电池机器人移动的导轨1位于拱形轨道19和电池临时放置台18 之间。当待充电电动汽车行驶到中间镂空的拱形轨道19的固定位置时，快速换电池机器人 启动并沿导轨1进入待充电电动汽车的正下方，将待充电池12取出。然后快速换电池机器 人到达中间也为镂空的电池临时放置台18正下方，旋转平台6将所托的待充电池12旋转 90°，将它从电池临时放置台18中间镂空部穿过，将待充电电池放入到电池临时放置台18 上方。以上所述仅为本实用新型的的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种快速换电池机器人，其特征在于，它包括主要移动设备、升降装置和控制装置； 其中，移动设备设置在导轨上并沿着导轨移动，移动设备的底座上固定有180°转动的旋转 平台，所述升降装置位于旋转平台上，升降装置顶部为电池托盘，控制装置设置在旋转平台 上。
2.根据权利要求1所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述移动设备包括底座，底 座设有传感器和四个与导轨相配合的轨轮，移动驱动电机被固定在底座上；旋转平台通过 滚动轴承与底座衔接，移动驱动电机与控制装置连接。
3.如权利要求1所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述旋转平台下部设有旋转 驱动电机，旋转驱动电机与控制装置连接。
4.如权利要求1所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述升降装置包括一个折叠 臂，折叠臂与升降驱动电机连接，升降驱动电机与控制装置连接。
5.如权利要求1或2或3或4所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述控制装置包 括控制盒，控制盒上方安装有摄像头，控制盒内设有主控系统、基于DSP水平位置和垂直高 度定位的检测控制模块、数据转换控制模块以及嵌入式系统控制模块。
6.如权利要求2或3或4所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述移动驱动电机或 旋转驱动电机采用步进电机，升降驱动电机采用伺服电机。
7.如权利要求1所述的快速换电池机器人，其特征在于，所述电池托盘上带有电磁吸 附装置。
专利摘要本实用新型涉及一种快速换电池机器人，它可按照固定的轨道，快速准确的到达待充电电动汽车的正下方，通过垂直升降装置中折叠臂的伸缩实现电池箱插件的准确连接，进而实现电池的快速、无损更换，大大节省了操作时间，降低了操作强度，提高了更换精度和效率。它包括主要移动设备、升降装置和控制装置；其中，移动设备设置在导轨上并沿着导轨移动，移动设备的底座上固定有180°转动的旋转平台，所述升降装置位于旋转平台上，升降装置顶部为电池托盘，控制装置设置在旋转平台上。
文档编号B60S5/06GK201907491SQ201120007330
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者张华栋, 李建祥, 王鑫, 韩磊 申请人:山东电力研究院