定位机构和具有该定位机构的换电机器人的制作方法

本发明属于定位设备领域，具体提供一种定位机构和具有该定位机构的换电机器人。

背景技术：

底盘式换电汽车通常需要借助换电机器人来实现换电作业。换电时换电机器人将电动汽车上乏电的动力电池拆卸下来并转送至换电站内，将换电站内满电的动力电池取出并安装到电动汽车上。例如，公开号为cn107097762a的专利申请中公开了一种实现上述功能的换电机器人。

通常换电机器人的承载平台上只设置有一种定位销，通过该定位销能够将电动汽车的电池位与换电机器人的承载平台对准，以便换电机器人拆卸动力电池。而该定位销在换电机器人从换电站内取出动力电池安装到电动汽车上时却不能对动力电池起到定位作用，导致换电机器人的承载平台与电动汽车的电池位对准之后，动力电池上的螺栓不能与电动汽车上的螺栓孔对准。

相应地，本领域需要一种新的换电机器人来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决换电机器人在将动力电池安装到电动汽车上时，动力电池上的螺栓不能与电动汽车上螺栓孔对准的问题，本发明提供了一种定位机构，所述定位机构包括固定构件以及设置在所述固定构件上的定位销和驱动构件；其中，所述驱动构件与所述定位销驱动连接，所述驱动构件用于驱动所述定位销沿自身轴线方向滑动，以便所述定位销伸出所述固定构件和/或缩回所述固定构件。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述定位机构还包括在所述定位销和所述驱动构件之间传递驱动力的联动构件，所述联动构件具有多个输出端，分别对应连接多个所述定位销。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述联动构件包括：联动轴，能够在所述驱动构件的驱动力作用下绕自身轴线旋转，所述联动轴的轴向与所述定位销的轴向具有夹角；第一驱动臂，沿所述联动轴的径向延伸，所述第一驱动臂的第一端固定于所述联动轴以随所述联动轴的旋转而摆动，第二端与所述定位销连接，以带动所述定位销沿自身轴线滑动。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述定位销中设有滑槽，所述第一驱动臂的第二端设有可滑动地容纳在所述滑槽内的滑块，所述滑槽的延伸方向设置为能够使所述第一驱动臂将所述联动轴的旋转运动转化为所述定位销沿自身轴线的直线运动。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述联动轴的轴向与所述定位销的轴向垂直，所述滑槽与所述定位销的轴向垂直。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述联动轴的轴向两端分别设有所述第一驱动臂，每一个所述第一驱动臂分别对应连接有一个所述定位销。

在上述定位机构的优选技术方案中，还包括支撑架，所述联动轴通过支撑架支撑在所述固定构件上。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述驱动构件的输出运动为直线运动或者旋转运动；当所述驱动构件的输出为旋转运动时，所述驱动构件的输出端与所述联动轴同轴连接；当所述驱动构件的输出为直线运动时，所述联动构件还包括第二驱动臂，所述第二驱动臂的一端固定连接至所述联动轴，另一端与所述驱动构件的输出端枢转连接。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述定位结构还包括设置在所述固定构件上的滑套，所述定位销可滑动地设于所述滑套中。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述定位机构还包括设置在所述固定件上的位置传感器，所述位置传感器用于检测所述定位销的位置状态。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器用于检测所述定位销的伸出状态，所述第二位置传感器用于检测所述定位销的缩回状态。

在上述定位机构的优选技术方案中，所述驱动构件是电缸。

此外，本发明还提供了一种换电机器人，所述换电机器人包括上述定位机构的优选技术方案中任一项所述的定位机构。

在上述换电机器人的优选技术方案中，所述换电机器人包括用于承载动力电池的承载平台，所述固定构件设置在所述承载平台上或与所述承载平台一体成型。

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，通过在换电机器人的承载平台上设置定位机构，并为该定位机构配置由驱动构件驱动的定位销，使得该定位销能够在换电机器人将动力电池从换电站内取出时自动伸出，将动力电池精准地放置到承载平台的电池位上；该定位销还能够在换电机器人将动力电池安装到电动汽车上时自动缩回。因此，本发明的换电机器人能够在将动力电池安装到电动汽车上时保证动力电池上的螺栓与电动汽车上的螺栓孔对准。

进一步，在本发明的优选实施方案中，驱动构件是电缸，电缸通过联动构件同时驱动多个定位销滑动。其中的一个定位销配置有第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器用于检测定位销是否伸出到位，第二位置传感器用于检测定位销是否缩回到位，以便在定位销运动到位之后使电缸停止转动。

方案1、一种定位机构，其特征在于，所述定位机构包括固定构件以及设置在所述固定构件上的定位销和驱动构件；

其中，所述驱动构件与所述定位销驱动连接，所述驱动构件用于驱动所述定位销沿自身轴线方向滑动，以便所述定位销伸出所述固定构件和/或缩回所述固定构件。

方案2、根据方案1所述的定位机构，其特征在于，所述定位机构还包括在所述定位销和所述驱动构件之间传递驱动力的联动构件，所述联动构件具有多个输出端，分别对应连接多个所述定位销。

方案3、根据方案2所述的定位机构，其特征在于，所述联动构件包括：

联动轴，能够在所述驱动构件的驱动力作用下绕自身轴线旋转，所述联动轴的轴向与所述定位销的轴向具有夹角；

第一驱动臂，沿所述联动轴的径向延伸，所述第一驱动臂的第一端固定于所述联动轴以随所述联动轴的旋转而摆动，第二端与所述定位销连接，以带动所述定位销沿自身轴线滑动。

方案4、根据方案3所述的定位机构，其特征在于，所述定位销中设有滑槽，所述第一驱动臂的第二端设有可滑动地容纳在所述滑槽内的滑块，所述滑槽的延伸方向设置为能够使所述第一驱动臂将所述联动轴的旋转运动转化为所述定位销沿自身轴线的直线运动。

方案5、根据方案4所述的定位机构，其特征在于，所述联动轴的轴向与所述定位销的轴向垂直，所述滑槽与所述定位销的轴向垂直。

方案6、根据方案3所述的定位机构，其特征在于，所述联动轴的轴向两端分别设有所述第一驱动臂，每一个所述第一驱动臂分别对应连接有一个所述定位销。

方案7、根据方案3所述的定位机构，其特征在于，还包括支撑架，所述联动轴通过支撑架支撑在所述固定构件上。

方案8、如方案3所述的定位机构，其特征在于，所述驱动构件的输出运动为直线运动或者旋转运动；

当所述驱动构件的输出为旋转运动时，所述驱动构件的输出端与所述联动轴同轴连接；

当所述驱动构件的输出为直线运动时，所述联动构件还包括第二驱动臂，所述第二驱动臂的一端固定连接至所述联动轴，另一端与所述驱动构件的输出端枢转连接。

方案9、根据方案1所述的定位机构，其特征在于，所述定位结构还包括设置在所述固定构件上的滑套，所述定位销可滑动地设于所述滑套中。

方案10、根据方案1至9中任一项所述的定位机构，其特征在于，所述定位机构还包括设置在所述固定件上的位置传感器，所述位置传感器用于检测所述定位销的位置状态。

方案11、根据方案10所述的定位机构，其特征在于，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器用于检测所述定位销的伸出状态，所述第二位置传感器用于检测所述定位销的缩回状态。

方案12、根据方案1至9中任一项所述的定位机构，其特征在于，所述驱动构件是电缸。

方案13、一种换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括方案1至12中任一项所述的定位机构。

方案14、根据方案13所述的换电机器人，其特征在于，所述换电机器人包括用于承载动力电池的承载平台，所述固定构件设置在所述承载平台上或与所述承载平台一体成型。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的定位机构在第一定位销伸出状态下的示意图；

图2是本发明的定位机构在第一定位销缩回状态下的示意图；

图3是本发明的定位机构的主视图；

图4是图3中a部的放大图；

图5是本发明的换电机器人的简单结构示意图。

附图标记列表：

1、固定板；11、第一支撑架；12、第二支撑架；2、第一定位销；21、滑槽；22、定位板；3、滑套；4、电机；5、丝杠组件；6、联动构件；61、联动轴；62、第一驱动臂；621、滑块；63、第二驱动臂；7、第一位置传感器；8、第二位置传感器；9、换电机器人；91、承载平台；911、第二定位销；92、升降机构；93、行走机构；10、动力电池。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，本节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，本发明的定位机构不仅可以应用到换电机器人上，还可以应用于其他任意可行的设备上，例如电动汽车的换电站上，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至图3所示，本发明的定位机构主要包括固定板1、第一定位销2、作为驱动构件的电缸(4、5)和联动构件6，固定板1用于支撑或固定第一定位销2、电缸(4、5)和联动构件6，联动构件6用于在定位销和驱动构件之间传递动力。其中，第一定位销2沿自身轴线方向可滑动地设置在固定板1上。在本发明的优选技术方案中，固定板1上固定地设置有滑套3，第一定位销2沿自身轴线方向可滑动地设置在滑套3内，以便通过滑套3对第一定位销2进行导向，并减少第一定位销2滑动时的摩擦力。进一步，电缸(4、5)包括驱动连接的电机4和丝杠组件5，电缸(4、5)的一端与固定板1枢转连接，电缸(4、5)的另一端与联动构件6枢转连接，联动构件6的两端分别连接有一个第一定位销2。或者本领域技术人员也可以根据需要，使联动构件6同时驱动其他任意数量的定位销2，例如三个、四个、五个等。电缸(4、5)伸缩时能够通过联动构件6带动两个第一定位销2同步伸缩。本领域技术人员能够理解的是，由于丝杠组件5的丝杠螺母副具有自锁的特性，所以在电机4停止转动之后丝杠组件5能够通过联动构件6将第一定位销2锁定到当前位置。

需要说明的是，由于电缸(4、5)是本领域技术人员经常使用的常规元器件，并且电缸(4、5)在市场上也很容易买到，所以此处不再对电缸(4、5)做过多的说明。

本领域技术人员能够理解的是，用于固定板1还可以被其他任意可行的固定构件替代，例如支架和钣金构件。电缸(4、5)也可以被其他任意可行的驱动构件替代，例如电动推杆、油缸、气缸等。

继续参阅图1至图3，本发明的联动构件6主要包括联动轴61以及沿联动轴61径向设置的第一驱动臂62和第二驱动臂63。联动轴61枢转地设置在固定板1的第一支撑架11上，且可由驱动构件驱动而围绕自身轴线转动。两个第一驱动臂62分别固定地设置在联动轴61的两端。第二驱动臂63设置在联动轴61的中间部位并且与联动轴61固定连接。其中，每个第一驱动臂62远离联动轴61的一端分别连接有一个第一定位销2，第二驱动臂63远离联动轴61的一端与丝杠组件5的输出端枢转连接。

如图3和图4所示，第一定位销2的底部沿径向设置有滑槽21，第一驱动臂62远离联动轴61的一端设置有滑块621，并且该滑块621能够在滑槽21内滑动。如图3所示的，当电缸(4、5)推动第二驱动臂63时，第二驱动臂63能够带动联动轴61和第一驱动臂62顺时针转动，转动的第一驱动臂62通过滑块621能够驱动第一定位销2向上移动，从而使第一定位销2伸出。当电缸(4、5)拉动第二驱动臂63时，第二驱动臂63能够带动联动轴61和第一驱动臂62逆时针转动，转动的第一驱动臂62通过滑块621能够驱动第一定位销2向下移动，从而使第一定位销2缩回。从图3和图4中可以看出，滑块621驱动第一定位销2上下滑动的同时会在滑槽21内滑动，因此，通过滑槽21和滑块621的配合能够避免第一驱动臂62驱动第一定位销2时第一定位销2和第一驱动臂62之间发生卡死现象。本领域技术人员能够理解的是，在滑槽21和滑块621实现上述功能的前提下，滑槽21还有与第一定位销2的轴线呈任意可行的角度，例如30°、45°、60°，滑块621可以是任何可行的形状或结构，例如圆形、椭圆形、滚轮等。

如图1至3所示的，固定板1上还设置有第二支撑架12，该第二支撑架12上安装有用于检测第一定位销2位置状态的第一位置传感器7和第二位置传感器8。如图1至图4所示的，第一定位销2的底部设置有定位板22。随着第一定位销2的上下移动，定位板22接近第一位置传感器7和第二位置传感器8。当定位板22与第一位置传感器7和第二位置传感器8接近时，第一位置传感器7和第二位置传感器8能够检测到定位板22并向外发出信号。当系统的控制器接收到该信号时判定第一定位销2伸出到位或缩回到位，使电机4停止转动。在本发明的优选实施方案中，第一位置传感器7和第二位置传感器8都是接近开关，定位板22为金属块，或者本领域技术人员也可以根据需要，对第一位置传感器7、第二位置传感器8和定位板22进行适当调整。例如，将第一位置传感器7和第二位置传感器8用一个线性位置传感器替代，将定位板22与该线性位置传感器的活动端固定连接。

虽然图中并未示出，但是在本发明的另一个可行的实施方案中，第一定位销2还可以直接与电缸(4、5)，使第一定位销2由电缸(4、5)直接驱动。本领域技术人员能够理解的是，此时的电缸(4、5)设置在第一定位销2的下端，且丝杠组件5的轴线与第一定位销2的滑动方向平行。此外，本领域技术人员也可以根据需要，将电机4和丝杠组件5组合替换成其他任意可行的驱动装置，例如直线电机、电磁铁、丝杠螺母副等。在本发明的又一个可行的实施方案中，可以省去电缸(4、5)，然后由电机直接驱动联动轴61转动，进而通过第一驱动臂62驱动第一定位销2滑动。

下面参照图5来对本发明的换电机器人进行详细说明。

如图5所示，本发明的换电机器人9主要包括承载平台91、升降机构92和行走机构93。承载平台91用于承载电动汽车的动力电池10，升降机构92用于举升承载平台91，行走机构93用于驱动换电机器人9行走。

继续参阅图5，承载平台91主要包括多套上文所述的定位机构和多个第二定位销911。定位机构用于定位动力电池10，第二定位销911用于将承载平台91与电动汽车的换电位对准。在本发明的优选实施方案中，定位机构的固定板1设置在或一体制成在承载平台91的顶部，定位机构的其他构件都位于承载平台91内，以便保证承载平台91顶部的平整度。

下面对本发明的换电机器人9的工作原理进行详细说明。在此之前需要说明的是，在本发明的优选实施方案中，第一定位销2在常态下处于缩回状态，或者本领域技术人员也可以根据需要，使第一定位销2在常态下处于伸出状态。

当电动汽车需要更换电池时，行走机构93先将换电机器人9移动到与电动汽车底部的换电位对准的位置，然后升降机构92将承载平台91顶起，直至承载平台91上的第二定位销911插入电动汽车电池位上的定位孔。此时换电机器人9将电动汽车上乏电的动力电池10拆卸下来，并转运至换电站内。

当换电机器人9将乏电的动力电池10转运到换电内之后，电缸(4、5)驱动第一定位销2伸出。此时，承载平台91从换电站内取出满电的动力电池10，在承载平台91取出满电的动力电池10的过程中，第一定位销2插进动力电池10的定位孔内，以便将动力电池10精确地定位到承载平台91上。

最后，换电机器人9携带满电的动力电池10行驶至与电动汽车底部的换电位对准的位置。然后升降机构92将承载平台91顶起，直至承载平台91上的第二定位销911插入电动汽车电池位上的定位孔。需要说明的是，第一定位销2在第二定位销911插入电动汽车电池位上的定位孔之前缩回，防止动力电池10安装到电动汽车上时，第一定位销2与动力电池10的定位孔之间、第二定位销911与电动汽车的定位孔之间以及动力电池10上的螺栓与电动汽车上的螺纹孔之间发生干涉。

综上所述，本发明的换电机器人9通过第一定位销2能够将动力电池10精确地定位到承载平台91上，通过第二定位销911能够使承载平台91与电动汽车上的电池位对准。避免了换电机器人9在从换电站内取出动力电池10时，动力电池10在承载平台91上放置不当，导致第二定位销91不能插入电动汽车上的定位孔的问题。因此，本发明的换电机器人9能够保证动力电池10的螺栓与电动汽车上的螺栓孔对准，进而保证动力电池10能够顺利地安装到电动汽车上。

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。