更换电池机器人的制作方法

更换电池机器人的制作方法
【专利摘要】一种更换电池机器人包括框体、行走机构、升降机构、电池架及推拉机构。行走机构设于框体的底部的外侧。多个间隔设置的电池架。升降平台与框体可滑动连接，升降平台位于电池架的一侧。推拉机构包括伸缩板、导轨及悬臂。伸缩板设于升降平台上，伸缩板沿垂直于升降平台的升降方向伸缩，伸缩板可随升降平台升降运动。导轨一端固定设于伸缩板上，导轨可随升降平台升降运动。悬臂可沿导轨的延伸方向运动。推拉装置固定设于悬臂上。推拉装置随悬臂沿导轨的延伸方向前进或后退，并可随升降平台上升或下降。上述更换电池及机器人可以一次给汽车更换多块电池。减少更换电池及机器人在电池充电架与汽车之间来回走动的次数，节约时间，提高更换电池的效率。
【专利说明】更换电池机器人

【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动机器人，特别是涉及一种更换电池机器人。

【背景技术】
[0002] 目前的电动汽车一般都设有多个电池。当电池的电量用尽，需要更换电池的时候， 大多数更换电池设备不能一次性完成车上所有电池的更换。往往需要多次从充电架中取出 电池，从新的电池架上取得新的电池，来回行走使得更换电池效率较低、所需时间较长。并 且，传统的更换电池设备，体积大，质量重，运动缓慢。


【发明内容】

[0003] 基于此，有必要提供一种无需多次往返行走放、取电池的更换电池机器人。
[0004] 一种更换电池机器人，用于更换汽车电池，包括：
[0005] 框体；
[0006] 行走机构，设于所述框体的底部的外侧，所述行走机构用于带动所述框体行走；
[0007] 多个间隔设置的电池架，所述电池架的一端固定设于所述框体的一侧，且多个所 述电池架相互平行设置，
[0008] 升降机构，设于所述框体内，所述升降机构包括升降平台，所述升降平台与所述框 体可滑动连接，所述升降平台所在平面与每个所述电池架所在平面均平行，且所述升降平 台位于所述电池架的一侧；
[0009] 推拉机构，包括：
[0010] 伸缩板，设于所述升降平台上，所述伸缩板沿垂直于所述升降平台的升降方向伸 缩，所述伸缩板可随所述升降平台升降运动；导轨，一端固定设于所述伸缩板上，所述导轨 与所述电池架相对设置，所述导轨可随所述升降平台升降运动，且所述导轨可随所述伸缩 板伸缩；
[0011] 悬臂，可滑动设于所述导轨上，所述悬臂可沿所述导轨的延伸方向运动，并且，所 述悬臂随所述伸缩板的伸缩；及
[0012] 推拉装置，固定设于所述悬臂上；
[0013] 其中，所述推拉装置随所述悬臂沿所述导轨的延伸方向前进或后退，并随所述升 降平台上升或下降。
[0014] 在其中一个实施例中，所述推拉装置上设有对准部，所述对准部用于与电池上的 定位部对准，使所述推拉装置与所述电池对准。
[0015] 在其中一个实施例中，所述伸缩板的表面上设有多个滚子，多个所述滚子的对称 轴相互平行。
[0016] 在其中一个实施例中，还包括回转机构，所述回转机构包括回转基体及回转轴承， 所述回转基体与所述框体固定连接，所述回转轴承与所述回转基体可转动连接。
[0017] 在其中一个实施例中，所述行走机构包括行走基体及多个行走轮，所述回转轴承 与所述行走基体可转动连接，多个所述行走轮均设于所述行走基体的底面上。
[0018] 在其中一个实施例中，所述电池架的表面设有滚轮。
[0019] 在其中一个实施例中，所述升降平台及所述伸缩板靠近电池架的一端与所述电池 架靠近所述升降平台的一端相抵接。
[0020] 在其中一个实施例中，所述电池架的数目大于所述汽车电池的个数的一半。
[0021] 在其中一个实施例中，所述框体框体上设有垂直于所述导轨的延伸方向的导向 槽，所述升降平台的两端收容于所述导向槽内，所述升降平台沿所述导向槽升降。
[0022] 在其中一个实施例中，所述伸缩板远离所述电池架的一端可向外伸缩形成延伸 部，所述延伸部可延伸至所述框体的外部，使所述推拉装置靠近所述电池。
[0023] 上述更换电池机器人能够承载有多块电池，更换电池及机器人可以一次给汽车更 换多块电池。可以减少更换电池及机器人在电池充电架与汽车之间来回走动的次数，节约 时间，提高更换电池的效率。
[0024] 甚至，上述更换电池机器人至少能够承载有一辆汽车所需要用的电池数量的半 数，即当对汽车进行更换电池的时候，两台更换电池机器人可同时在汽车的两侧，一次性完 成一辆汽车的换电需求，无需在电池充电架与汽车之间来回走动，节约时间，提高更换电池 的效率。
[0025] 并且，上述更换电池机器人的通过悬臂及电池架结构，使整个更换电池机器人的 结构简单，外形尺寸较小，使上述更换电池机器人的运动较为便捷，方便使用。
[0026] 上述更换电池机器人通过回转结构使上述更换电池机器人能够转向运动，无需通 过拐弯实现变向运动，提高更换电池机器人运动精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1为一实施方式的更换电池机器人的立体透视图；
[0028] 图2为图1所示的更换电池机器人的主视图；
[0029] 图3为图1所示的更换电池机器人的右视图；
[0030] 图4为图1所示的更换电池机器人的俯视图；
[0031] 图5为图1所示的推拉装置的结构示意图；
[0032] 图6为图5所示的推拉装置部分内部结构可见的立体图；
[0033] 图7为图5所示的主动手的剖面结构示意图；
[0034] 图8为图6所示的推杆机构处于其中一个状态的结构示意图；
[0035] 图9为图6所示的推杆机构处于另一个状态的结构示意图。

【具体实施方式】
[0036] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文 所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更 加透彻全面。
[0037] 需要说明的是，当元件被称为"固定于"另一个元件，它可以直接在另一个元件上 或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是"连接"另一个元件，它可以是直接连接 到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语"垂直的"、"水平的"、"左"、 "右"以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0038] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多 个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0039] 请参阅图1和图2,本实施方式的更换电池机器人用于更换汽车电池（图未标）。 更换电池机器人10包括本体110、行走机构120、升降机构130、电池架140、推拉机构150、 回转机构160及锁止机构200。
[0040] 本体110包括框体（图未标）及两个固定板111。两个固定板111固定设于框体 的相对两侧上。固定板111上开设有垂直于地面的导向槽112。
[0041] 可以理解，固定板111可以省略，本体110可以只是一个框体。电池架140直接固 定在框体上。
[0042] 行走机构120设于本体110的底部的外侧。行走机构120用于带动本体110行走。 行走机构120可以左右调整本体110与电池之间的位置。行走机构120完成更换汽车电池 左右位置的对准任务。具体在本实施方式中，行走机构120包括行走基体121及多个行走 轮122。行走基体121与本体110的底部连接。多个行走轮122均设于行走基体121的侧 面上。
[0043] 升降机构130设于框体内，升降机构130包括升降平台131。升降平台131沿导向 槽112升降。升降机构130用于更换电池过程中的升降搬运。具体在本实施方式中，两个 固定板111上均开设有导向槽112,则升降平台131的两端收容于导向槽112内，保证升降 平台131能够保持坚直运动，防止升降平台131发生移位。
[0044] 可以理解，升降机构130还可以包括升降驱动装置（图未示）。升降机构130还可 以采用导向柱或导向滑块。
[0045] 电池架140为多个。多个电池架140间隔设置。电池架140的一端固定在其中 一个固定板111上。每个电池架140所在平面与升降平台131所在平面均平行，且电池架 140位于升降平台131的一侧。电池架140能承受多块电池的重量并保证电池定位。电池 架140的表面设有滚轮141。布置滚轮141可便于电池的推拉。具体在本实施方式中，升降 平台131靠近电池架140的一端与电池架140靠近升降平台131的一端相抵接。
[0046] 电池架140的数目大于汽车所用电池的个数的一半。由于汽车的两侧均设有更换 电池位，两台更换电池机器人可以同时对汽车进行更换电池。
[0047] 请同时参阅图3及图4,推拉机构150包括伸缩板152、导轨151、悬臂153、推拉装 置154及对准部（图未示）。
[0048] 伸缩板152设于升降平台131上。伸缩板152沿垂直于升降平台140的升降方向 伸缩，伸缩板152可随升降平台131升降运动。伸缩板152的表面上设有多个滚子1521。 多个滚子1521的对称轴相互平行。滚子1521可便于电池的运动到伸缩板152上。伸缩板 152远离电池架140的一端可向外伸缩形成延伸部（图未示）。延伸部可延伸至框体的外 部，靠近电池。升降平台131及伸缩板152靠近电池架140的一端与电池架140靠近升降 平台131的一端相抵接。导轨151的一端固定设于伸缩板152上。导轨151与电池架140 相对设置，导轨151可随升降平台130升降运动，并且导轨151可随伸缩板152伸缩。具体 地，导轨151相对于电池架140设于另一个的固定板111上。伸缩板152设于导轨151上， 伸缩板152沿导轨151的延伸方向伸缩。伸缩板152远离电池架140的一端可向外伸缩形 成延伸部（图未示），延伸部可延伸至框体的外部，使延伸部靠近电池。
[0049] 悬臂153可滑动设于导轨151上，悬臂153可沿导轨151的延伸方向运动。并且， 导轨151随伸缩板152伸缩的时候，悬臂153也随伸缩板152伸缩。
[0050] 固定设于伸缩板152上。悬臂153随伸缩板152的伸缩沿导轨151的延伸方向运 动，悬臂153还可随升降平台131升降运动。伸缩板152上设有延伸部（图未示）。当悬 臂153运动到导轨151的两端的时候，悬臂153可继续在延伸部上运动，延伸部可便于悬臂 153前后运动。
[0051] 推拉装置154固定设于悬臂153上，推拉装置154沿导轨151的延伸方向前进或 后退。
[0052] 推拉装置154用于将电池从电池仓（图未示）内解锁并取出，以及将电池存入电 池仓内并锁定。
[0053] 请参阅图5及图6,推拉装置154包括壳体100、动力装置200、主动手300、推杆机 构400、第一信号杆500、第二信号杆600及换电车700。
[0054] 壳体100与动力装置200连接，动力装置200用于带动壳体100往复运动。在本 实施例中，动力装置200为伺服电机。
[0055] 主动手300安装于壳体100上，主动手300用于与电池配合连接，将电池从电池仓 内解锁并拉出，以及将电池锁定于电池仓内。
[0056] 推杆机构400收容于壳体100内。
[0057] 第一信号杆500和第二信号杆600在主动手300的指向方向上与壳体100滑动连 接。
[0058] 壳体100安装于换电车700上，壳体100在动力装置200的驱动下在换电车700 上滑动。
[0059] 如图7所示，其为主动手300的剖面结构示意图。主动手300包括：电机310、外 壳320、联轴器330、齿轮轴340、锁瓣350。外壳320穿过并固定于壳体100设置。联轴器 330与齿轮轴340连接并收容于外壳320内。锁瓣350贯穿外壳320与齿轮轴340啮合。 电机310穿过外壳320与联轴器330连接。
[0060] 如图8和图9所示，其分别为推杆机构400在两个不同状态下的结构示意图。推 杆机构400包括：推杆412、导向法兰414、第一连杆422、第二连杆424、第一连接件426、第 二连接件428、凸块430、曲柄440、连接杆450、摇杆460、盘形凸轮470及扭簧480。
[0061] 导向法兰414固定在壳体100上，推杆412穿过导向法兰414并与之滑动连接，推 杆412-端伸出壳体100外，另一端位于壳体100内，推杆412与主动手300的指向方向相 同。第一连接件426与推杆412位于壳体100内的一端固定连接。第一连杆422的一端与 第一连接件426转动连接，另一端与第二连杆424的一端转动连接，第二连杆424的另一端 与第二连接件428转动连接。第二连接件428固定于壳体100的内壁。扭簧480固定于壳 体100内，其两端分别与壳体100的内壁和第二连杆424抵接。凸块430设于第二连杆424 上。
[0062] 曲柄440和凸轮470的中部均与壳体100转动连接。换电车700上开设有通孔 710,曲柄440的一端伸出于壳体100外并收容于换电车700的通孔710内，连接杆450两 端分别与曲柄440和摇杆460转动连接，摇杆460与凸轮470固定连接，曲柄440、连接杆 450、摇杆460、凸轮470构成曲柄运动，凸轮470与凸块430抵接。
[0063] 在本实施例中，第一连杆422、第二连杆424、凸块430和扭簧480的数量各为两 个，且对称分布于推杆412轴线的两侧。
[0064] 在本实施例中，凸块430为轴承。凸块430采用轴承设计，当凸块430与凸轮470 配合连接时，可以减少动力传递过程中的摩擦力，使得两者之间更好地实现配合连接。
[0065] 在本实施例中，凸轮470上开设有与凸块430对应的凹陷472,凸块430收容于凹 陷472内。
[0066] 在本实施例中，推杆机构400的数量为两个，且分布于主动手300的两侧。
[0067] 推拉装置154工作过程分为将电池从电池仓内取出的拉动过程，以及将电池存入 电池仓内的推动过程。
[0068] 要说明的是，电池上设有锁扣，所述锁扣与主动手300配合用于将电池锁定于电 池仓内，以及将电池从电池仓内解锁。
[0069] 进一步要说明的是，推拉装置 154上设有PLC(Programmable Logic Controller, 可编程逻辑控制器），PLC用于接收第一信号杆500和第二信号杆600发出的触发信号，并 通过所述触发信号产生控制信号，进而控制相关部件产生动作，具体工作过程将在下述过 程详细描述。
[0070] 推拉装置154将电池从电池仓内取出的过程说明如下：
[0071] 推拉装置154往电池仓方向运动，当换电车700移动到位，壳体100上的推杆412 碰触到电池表面，此时推杆机构400的曲柄440伸出于壳体100的一端被通孔710的孔壁 阻挡，曲柄440被触发并转动。
[0072] 曲柄440转动带动连接杆450转动，连接杆450转动带动摇杆460转动，摇杆460 转动带动凸轮470转动，凸轮470转动带动与之抵接的凸块430运动。
[0073] 凸块430运动使得转动连接的第一连杆422和第二连杆424向一侧弯曲，第一连 杆422带动与之连接的推杆412往电池运动的反方向收缩，第二连杆424同时带动扭簧480 压缩。
[0074] 在推杆412收缩的过程中，第一信号杆500和第二信号杆600会触碰到电池上的 锁扣并开始收缩。此时第一信号杆500发送触发信号给PLC，PLC检测到所述触发信号后， 发送控制信号使换电车700停止运动，PLC同时发送控制信号给动力装置200,动力装置200 驱动壳体100在换电车700上往电池仓方向继续运动。
[0075] 壳体100带动主动手300进入到电池的锁扣内，壳体100运动的距离通过PLC预 先设定，壳体100运动到PLC预先设定的距离后停止运动。接着PLC发出指令驱动电机310 转动，电机310带动联轴器330转动，联轴器330带动齿轮轴340旋转，齿轮轴340带动与 其啮合的锁瓣350伸出于外壳320外，此时主动手300通过锁瓣350与电池上的锁扣卡接。
[0076] 接着，PLC控制动力装置200反转，动力装置200带动壳体100往远离电池仓一侧 运动，电池的锁扣与电池仓解除锁定，电池被主动手300拉出于电池仓外。
[0077] 第二信号杆600用于检测电池在拉出的过程中是否与主动手300卡接，当电池从 主动手300上脱离时，第二信号杆600复位并发送触发信号给PLC，PLC检测到所述触发信 号后，发送控制信号给报警器，报警器发出报警信号；在电池被拉出电池仓外的过程中，推 杆412、第一连杆422、第二连杆424、曲柄440、连接杆450、摇杆460均在扭簧480的作用下 复位。
[0078] 至此，推拉装置154将电池从电池仓内拉出，完成取电池动作。
[0079] 推拉装置154将电池存入电池仓内的过程说明如下：
[0080] 电池通过其锁扣与主动手300连接，并位于换电车700上。
[0081] 推拉装置154带动电池往电池仓方向运动，当电池运动到电池仓内的指定位置 时，此时曲柄440被触发，经过一系列动作使得推杆412往回收缩。
[0082] 主动手300带动锁扣继续往电池仓方向运动，使得锁扣与电池仓挂接，从而使电 池锁定于电池仓内。
[0083] 接着PLC控制主动手300上的锁瓣350收缩，锁瓣350收缩后，PLC控制动力装置 200动作，动力装置200带动壳体100往远离电池仓方向的运动，主动手300与电池分离。
[0084] 到此，推拉装置154将电池存入电池仓内，完成存电池动作。
[0085] 将电池存入电池仓内或将电池从电池仓内取出时，推杆机构400的曲柄440带动 与其连接的部件动作，使得推杆412往回收缩，实现主动手300与电池上的锁扣配合，从而 将电池锁定于电池仓内或将电池从电池仓内解锁，进而完成存取电池的动作。这种推拉装 置154结构巧妙、配合精准、可靠性较高。
[0086] 当推拉装置154推拉电池的时候，电池架140上的滚轮141及伸缩板152上的滚 子1521都有利于推拉装置154将电池在电池架140及伸缩板152之间进行移动。
[0087] 回转机构160包括回转基体161及回转轴承162。回转基体161与本体110固定 连接，回转轴承162与回转基体161及行走机构120可转动连接。回转轴承162与行走基 体161可转动连接。回转机构160用于更换电池机器人10在汽车与电池充电架（图未示） 的更换电池的位置之间进行切换，保证更换电池机器人10能够平稳的选装，并精确的到达 旋转位置。
[0088] 现结合汽车更换电池的过程来说明上述更换电池机器人10的结构，如图1、图2、 图3、图4所示。伸缩板152向前伸出，完成与汽车电池架的前后对接任务。推拉装置154 向前运动，推拉装置154在伸缩板152的延伸部上继续向前行走，解锁，拉出汽车内待换电 池向后运动，到达升降平台131上。升降平台131升降到电池架140的空架处。推拉装置 154将待换电池拉到固定悬臂电池架1-2的空架上，上锁。推拉装置154在升降平台131 的作用下，到达电池架140的新电池处，推拉装置154向前运动，将新电池推出，到达伸缩板 152上。升降平台131完成与汽车电池架的上下对准任务，推拉装置154与伸缩板152共同 作用，将新电池推入到大巴车内，上锁。然后，行走机构120左右行走，实现第二次换电的左 右对准，直到所有的待换电池更换完毕。实现汽车第二层更换电池的动作过程原理类似，不 再重复。
[0089] 在与电池充电架（图未示）更换电池时，此时，电池架140上的旧电池已经满架。 回转机构回转180°，面向电池充电架。行走机构120快速行走至电池充电架处，并完成左 右对准。推拉装置154在升降平台131的作用下，到达电池架140的旧电池处，将旧电池推 出，穿过伸缩板152,与伸缩板152共同作用，将旧电池推入到电池充电架里，上锁。直到所 有的旧电池都推入到电池充电架里，行走机构120快速行走至电池充电架的新电池处。推 拉装置154在升降机构130的作用下，与伸缩板120共同作用，将新电池拉出，穿过伸缩板 152,到达电池架140里，上锁。直到电池架140的新电池满架为止。
[0090] 上述更换电池机器人10至少能够承载有一辆汽车所需要用的电池数量的半数， 即当对汽车进行更换电池的时候，两台更换电池机器人10可同时在汽车的两侧，一次性完 成一辆汽车的换电需求，无需在电池充电架与汽车之间来回走动，节约时间，提高更换电池 的效率。
[0091] 并且，上述更换电池机器人10的通过悬臂153及电池架140结构，使整个更换电 池机器人10的结构简单，外形尺寸较小，使上述更换电池机器人10的运动较为便捷，方便 使用。
[0092] 上述更换电池机器人10通过回转结构160使上述更换电池机器人能够转向运动， 无需通过拐弯实现变向运动，提高更换电池机器人10运动精度。
[0093] 具体在本实施方式中，电池架140的个数大于汽车所需电池的数量。因此，可以保 证上述更换电池机器人10可以不用在汽车与电池充电架之间来回走动，即可完成对一辆 汽车的更换电池工作，节约时间，提高更换电池的效率。
[0094] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种更换电池机器人，用于更换汽车电池，其特征在于，包括： 框体； 行走机构，设于所述框体的底部的外侧，所述行走机构用于带动所述框体行走； 多个间隔设置的电池架，所述电池架的一端固定设于所述框体的一侧，且多个所述电 池架相互平行设置， 升降机构，设于所述框体内，所述升降机构包括升降平台，所述升降平台与所述框体可 滑动连接，所述升降平台所在平面与每个所述电池架所在平面均平行，且所述升降平台位 于所述电池架的一侧； 推拉机构，包括： 伸缩板，设于所述升降平台上，所述伸缩板沿垂直于所述升降平台的升降方向伸缩，所 述伸缩板可随所述升降平台升降运动；导轨，一端固定设于所述伸缩板上，所述导轨与所 述电池架相对设置，所述导轨可随所述升降平台升降运动，且所述导轨可随所述伸缩板伸 缩； 悬臂，可滑动设于所述导轨上，所述悬臂可沿所述导轨的延伸方向运动，并且，所述悬 臂随所述伸缩板的伸缩；及 推拉装置，固定设于所述悬臂上； 其中，所述推拉装置随所述悬臂沿所述导轨的延伸方向前进或后退，并随所述升降平 台上升或下降。
2. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述推拉装置上设有对准部， 所述对准部用于与电池上的定位部对准，使所述推拉装置与所述电池对准。
3. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述伸缩板的表面上设有多 个滚子，多个所述滚子的对称轴相互平行。
4. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，还包括回转机构，所述回转机 构包括回转基体及回转轴承，所述回转基体与所述框体固定连接，所述回转轴承与所述回 转基体可转动连接。
5. 根据权利要求4所述的更换电池机器人，其特征在于，所述行走机构包括行走基体 及多个行走轮，所述回转轴承与所述行走基体可转动连接，多个所述行走轮均设于所述行 走基体的底面上。
6. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述电池架的表面设有滚轮。
7. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述升降平台及所述伸缩板 靠近电池架的一端与所述电池架靠近所述升降平台的一端相抵接。
8. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述电池架的数目大于所述 汽车电池的个数的一半。
9. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述框体框体上设有垂直于 所述导轨的延伸方向的导向槽，所述升降平台的两端收容于所述导向槽内，所述升降平台 沿所述导向槽升降。
10. 根据权利要求1所述的更换电池机器人，其特征在于，所述伸缩板远离所述电池架 的一端可向外伸缩形成延伸部，所述延伸部可延伸至所述框体的外部，使所述推拉装置靠 近所述电池。
【文档编号】B60S5/06GK104118404SQ201410310444
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】梁虎, 管大功, 谢勇, 王伟, 曾健, 祝明明, 王俊 申请人:王俊