專利名稱：電動公交車換電機器人系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電動車輛與電池中轉臺之間電池換電系統(tǒng)，尤其涉及ー種電動公交車換電機器人系統(tǒng)。
背景技術：
隨著資源與環(huán)境雙重壓カ的持續(xù)増大，為緩解石油資源短缺局面，降低汽車燃油對環(huán)境的污染，發(fā)展新能源汽車已成為未來汽車エ業(yè)發(fā)展的方向。目前，“低排放”汽車(主 要指混合動カ汽車)已進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，在全球的累計銷量已超過100萬輛，“零排放”汽車(主要指純電動汽車)的批量生產(chǎn)時間已提前到2015年，比原來預計的時間提前了 10年至15年。然而在實際應用中，由于受到當前電池能量密度的限制，電動汽車的續(xù)航里程一般在ー百公里至兩百公里之間，遠不如傳統(tǒng)汽車的續(xù)航里程。因此，能否快速為汽車提供能量補給，直接影響到電動汽車的推廣應用。通常情況下，對電池慢速充電需要幾個小時才能完成，快速充電會對電池的壽命產(chǎn)生影響，而且，單箱電池比較笨重，不利于人工更換。就電動公交車而言，一方面它需要較大的電池容量，另ー方面由于受單箱電池容量的限制，往往采用多電池箱組合來供給電能，由于電池數(shù)量的增多，帶來了占用空間較大；增加車自重的問題，甚至使電動公交車的電池能達到上噸的重量。根據(jù)目前的電池容量現(xiàn)狀，一組電池最多運行4小時就要更換，毎次要更換六到八塊，如用人工更換，至少要ー到ニ小時，這對運營商來講，是不容許的。目前，國內相關企業(yè)機構對電動公交車的電池更換系統(tǒng)有一定的研究，中華人民共和國國家知識產(chǎn)權局2010年9月30日公開的公開號201881868U，申請?zhí)?01020561469. X提出了一種電動商用車電池更換裝置及換電系統(tǒng)。首先，該系統(tǒng)提出了一種電動公交車電池更換方案，本方案提出了ー種利用換電機構旋轉180°的方式，解決電池插接件在載物臺上與車體方向的一致性問題，但是，這種系統(tǒng)存在需要的自由度多，控制系統(tǒng)復雜，作業(yè)空間大，出現(xiàn)誤差的環(huán)節(jié)較多的不足之處。此外，隨著技術進歩，電動汽車在性能和經(jīng)濟性方面已經(jīng)接近甚至優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車，并開始在世界范圍內逐漸推廣應用。國內2005年北京電巴公司開始進行公交換電系統(tǒng)的研發(fā)，并實現(xiàn)了換電公交車大規(guī)模試點運行。在電動汽車推廣運行的同吋，電動汽車能源儲備及供給系統(tǒng)成為電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術關鍵?，F(xiàn)有的電動汽車電池快換電機械手，如專利200820078476. 7 “ー種用于車載電池更換系統(tǒng)的定位裝置”、專利200410090796.0 “ー種電動公交車系統(tǒng)”等，雖然披露了以車載動カ電池為動カ電源的動カ汽車及相關技術，但是所描述的裝置應用同樣存在著ー些問題，如更換電池過程需要多次定位，更換動カ電池時間較長；更換設備所占空間較大，不利于場地布置；電池更換過程中，電池必須做180°旋轉，増加電池更換系統(tǒng)工作空間等。對電動公交車而言，一方面它需要較大的電池容量，另ー方面由于受單箱電池容量的限制，往往采用多電池箱組合來供給電能，由于電池數(shù)量的增多，帶來了占用空間較大，甚至使電動公交車的電池能達到上噸的重量。因此，換電機器人的體積和重量都很龐大，如此龐大的機器人運動要求大功率的驅動部件，驅動電流也相當之大，靠近非常危險?，F(xiàn)有的機器人的主控柜跟電氣控制柜多采用一體化設計，操作員直接站在電氣控制柜的旁邊進行操作，對操作人員的人身安全產(chǎn)生巨大威脅。因此，原則上，機器人的主控臺應安裝在其運動范圍之外，同時應具備操作簡單，操作人員通過簡單的培訓即可操作的特點。同時，目前采用的快速換電機器人的控制平臺與快速換電機器人之間存在一定距離，當要求小幅度的定位移動時往往單純采用固定的控制平臺會出現(xiàn)存在體積大、移動速度慢，自由度范圍小，換電過程要求定位精度高、相對位移量偏小、位置準確，在換電操作過程中存在控制難的問題
實用新型內容
本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種電動公交車換電機器人系統(tǒng)，它具有滿足電動公交動カ電池快速更換，合理利用土地資源，降低動カ電池換電系統(tǒng)占用的空間，對動力電池存放區(qū)域進行密封，提高動力電池的使用壽命。還可以實現(xiàn)對電池狀態(tài)自動定位、姿態(tài)調整，進而實現(xiàn)電池抓取、安裝等功能的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種電動公交車換電機器人系統(tǒng)，它包括機器人本體和機器人主控臺，所述機器人本體包括機械部分和電氣控制部分，所述機械部分包括在X、Y、Z三個直角坐標方向上設有的水平移動單元，載物平臺単元和承重単元，所述承重單元設置在水平移動單元上部，所述載物平臺単元與所述承重單元連接，所述載物平臺単元上包括設有的載物臺以及其上設有的電池驅動機構，所述電池驅動機構上設置有電池推送機構；所述的電氣控制部分包括與主控計算機系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動カ驅動機構，I/o模塊，無線通信模塊I ;所述的動カ驅動機構與機械部分中的水平移動單元、承重単元和載物平臺単元中的傳動裝置連接；所述機器人主控臺通過其設有的無線通信模塊II與機器人本體無線通信模塊I建立無線通訊。所述承重単元包括由上橫梁、下橫梁和兩根立柱組成的門式結構，所述上橫梁上設有兩組橫向導向輪，所述兩組橫向導向輪之間夾持有安裝在充電貨架上的天軌；所述天軌上安裝有用于設備取電的滑觸線槽和用于水平方向エ位尋址的水平認址片；所述兩根立柱上設有至少ー組電機驅動的絞盤，所述絞盤上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩的下端連接于載物平臺単元上；所述至少一根立柱上設有豎直方向尋址的縱向認址片。所述的水平移動單元包括兩側均具有輪緣的滾輪和隨動滾輪，與承重単元的下橫梁相連接的地軌，所述地軌端部設有限位撞塊，所述滾輪和隨動滾輪與電機減速機相連，所述電機減速機與承重単元的下橫梁連接。所述載物平臺単元包括在載物臺上設有的電池驅動機構；以載物臺為基準面從下往上順序依次看，所述電池驅動機構包括固定在載物臺上的水平旋轉機構，其上依次設有的傾斜夾角調節(jié)機構，電池推送機構，所述電池推送機構上設有支撐橫梁；支撐橫梁與設有的電池托盤連接。[0020]所述的電池推送機構包括導向軌道、電池推送機構驅動電機以及電磁推手；電池推送機構驅動電機與電磁推手分別與各自設有的齒輪齒條機構連接，電磁推手的推手工作面上安有兩塊圓形電磁吸盤，分布于工作面兩端，位置與電池內箱上兩圓形鐵塊相對應；所述電磁推手的推手工作面還設有與電池內箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機構；所述導向軌道設置在電池推送機構上表面； 所述導向軌道與電池內箱位置上相匹配，所述電池內箱為將電池成組放置的箱體；所述電池內箱位于充電架或車輛上，使電池平穩(wěn)取送；所述支撐橫梁兩端各設有至少ー個超聲波測距傳感器、和至少ー個壓カ傳感器，所述壓カ傳感器位于超聲波測距傳感器內側；所述水平旋轉機構包括安裝在載物臺上的連桿滑塊機構，旋轉底板I、底板II ;電池驅動機構繞旋轉底板I中心進行水平旋轉；所述傾斜夾角調節(jié)機構包括安裝在載物臺一端的齒輪弧形齒條裝置，與之配合連接的傾斜驅動電機，所述傾斜夾角調節(jié)機構設有傾斜旋轉軸，傾斜旋轉軸安裝在旋轉底板I上，電池驅動機構繞傾斜旋轉軸進行傾斜操作。所述主控計算機系統(tǒng)為エ控機I以及PLC控制器，所述PLC控制器與エ控機I通過エ業(yè)以太網(wǎng)通信連接，所述PLC控制器的型號為西門子PLC 300型；所述數(shù)據(jù)采集裝置包括超聲波傳感器I、光電傳感器、色標傳感器、DMP位置傳感器；所述超聲波傳感器I、色標傳感器、DMP位置傳感器安裝在電磁推手上；所述光電傳感器安裝在上橫梁和立柱上，用于對機器人X軸和Z軸方向的定位。所述動カ驅動機構包括6個電機的伺服驅動器，所述6個電機的伺服驅動器分別與水平移動單元，載物平臺単元和承重単元中的伺服電機以及水平旋轉機構，傾斜夾角調節(jié)機構，鎖緊裝置中的伺服電機連接，所述的每個伺服電機的軸上設有編碼器，編碼器的信號輸出端與PLC控制器連接。所述I/O模塊包括分別與PLC控制器連接的急停開關I和限位開關，所述限位開關分別設置在水平移動單元，載物平臺単元和承重単元中工作零點定位處，且與對應的伺服電機接觸連接。所述機器人主控臺包括柜體，所述柜體內底部裝有エ控機II，柜體正面上半部設有電阻式觸摸屏，柜體背面安裝有無線通信模塊II，所述柜體上觸摸屏的下方安裝有運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕，所述電阻式觸摸屏和無線通信模塊II與エ控機II相連，所述運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉換電路板與エ控機II的相連；所述柜體背面設有柜體門，柜體門上設有防雨鎖；所述エ控機通過VGA接ロ與電阻式觸摸屏相連接；所述無線通信模塊II通過網(wǎng)ロ與エ控機II通信；所述無線通信模塊II以及無線通信模塊I采用WiFi的IEEE 802. 11標準的無線網(wǎng)絡或CDMA模塊或EDGE模塊。所述機器人系統(tǒng)還包括機器人無線遙控裝置，所述機器人無線遙控裝置包括殼體，在所述的殼體上設有總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服上電按鈕；殼體內設有主控板和用于發(fā)射握手數(shù)據(jù)、頭數(shù)據(jù)、尾數(shù)據(jù)及校正數(shù)據(jù)的無線通信模塊III ;所述的總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服上電按鈕、無線通信模塊III與主控板、連接；所述主控板將ニ維搖桿的方向信息轉換成電信號，通過無線通信模塊III收發(fā)指令控制換電機器人的運動；所述的殼體上設有狀態(tài)指示燈，所述的狀態(tài)指示燈和主控板連接；所述的殼體上設有急停按鈕III，所述的急停按鈕III和主控板連接；所述的殼體上設有備用按鈕；所述上位機設有無線通訊模塊I，所述無線通訊模塊I與控制后臺無線通訊模塊II以及遙控裝置中無線通訊模塊III無線通訊。所述的換電方法包括以下步驟I)初始化系統(tǒng)上電后，通過主控計算機系統(tǒng)或機器人主控臺或無線遙控裝置下發(fā)復位指令，機器人的各個軸觸發(fā)限位開關后尋零，各個軸回到原點位置；2)卸電池車輛安全?？恐付〒Q電區(qū)域后，換電機器人根據(jù)存儲的坐標點信息通 過主控計算機系統(tǒng)或機器人主控臺或無線遙控裝置移動到指定的作業(yè)點，依據(jù)DMP位置傳感器、超聲波傳感器I信號調整電池托盤姿態(tài)，準確的將電池托盤伸到與車體電池倉平齊對接的位置，同時，將水平旋轉機構、傾斜夾角調節(jié)機構的旋轉角度位置信號送至PLC控制器存儲，解鎖電機驅動解鎖機構解鎖，根據(jù)色標傳感器反饋信號判斷并確認是否解鎖完成，解鎖成功之后，利用載物平臺單元中電磁推手上的電磁吸盤將電池從車體的電池倉中取出；3)取放電池PLC控制器根據(jù)存儲的坐標點和光電傳感器控制機器人到電池載物臺指定的作業(yè)點，將取下的乏電池放在中轉臺上，并將另一中轉臺上充滿的電池取下來；4)安裝電池PLC控制器控制機器人到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的水平旋轉機構、傾斜夾角調節(jié)機構的旋轉角度調整電池托盤的姿態(tài)，將電池安裝到電池倉中，電磁推手上的解鎖電機驅動解鎖機構進行電池鎖止，依據(jù)色標傳感器檢測信號判斷并確認鎖止完成，PLC控制器控制電磁吸盤失電，電磁吸盤與電池脫離，電磁推手沿載物臺縮回固定，單箱電池換電完成；5)重復過程2)、3)、4)，直至更換所有乏電池，機器人回到原點待機。本實用新型利用換電機器人使動カ電池在中轉臺和電動公交車間交換，使其完成快速更換動カ電池工作。本實用新型對稱分布于待充電電動公交車兩側，適用于電動公交車兩側動カ電池同時更換。本實用新型的有益效果是換電機器人的應用，降低了工作區(qū)域的空間占用率，有效地提高了土地資源的利用率；換電機器人能夠按動力公交車電池位置進行姿態(tài)調整，自動識別以及快速、準確、安全的對電動公交車電池進行更換，換電過程定位精度高、相對位移量小、位置準確，實現(xiàn)對不同種類電動公交車動カ電池的快速更換。

圖I為本實用新型換電機器人示意圖；圖2為本實用新型的換電機器人載物平臺単元后視結構示意圖；圖3為本實用新型載物平臺単元傾斜夾角調節(jié)機構前視示意圖；圖4A為本實用新型載物平臺單元水平旋轉機構示意圖；圖4B為本實用新型載物平臺單元水平旋轉機構A-A示意圖；圖5 換電機器人控制系統(tǒng)示意圖。其中101.上橫梁，102.天軌，103.立柱，104.下橫梁，105.地軌，106.限位撞塊，107.水平移動單元，108.載物臺，109.電池驅動機構，110.電磁推手，111.縱向導向輪，112.橫向導向輪，113.解鎖機構，114.電磁吸盤，201.電池內箱，202.壓カ傳感器，204.導向軌道，205.超聲波測距傳感器，206.傾斜夾角調節(jié)機構，207.電池推送機構，208.電池推送機構驅動電機，210.水平旋轉機構，211.支撐橫梁，301傾斜轉軸，302.弧形齒條，303.傾斜驅動電機，401.旋轉底板I，402.底板II，403.水平旋轉軸，404.水平驅動電機，405.絲杠，406.絲杠螺母，407.連桿，501.主控計算機系統(tǒng)，502. PLC控制器，503.限位開關，504. 6自由度的直線運行単元驅動電機，505. 6個電機的伺服驅動器，506.電機編碼器，507.急停開關I，508.超聲波傳感器I，509.色標傳感器，510.光電傳感器，511. DMP位置傳感器，512.無線通訊模塊I，513無線通訊模塊II，514無線通訊模塊III。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進ー步說明。圖I、圖2中表示本實用新型換電機器人以及載物平臺単元后視結構示意圖，圖中該系統(tǒng)中的機械部分設有的水平移動單元107，載物平臺單元和承重單元，這樣建立起系統(tǒng)三坐標主體結構，水平移動單元107包括兩側均具有輪緣的滾輪和隨動滾輪，與承重單元的下橫梁104相連接的地軌105，所述地軌105端部設有限位撞塊106，所述滾輪和隨動滾輪與電機減速機相連，所述電機減速機與承重単元的下橫梁104連接。承重單元設置在水平移動單元107上部，載物平臺単元與所述承重單元連接，載物平臺単元上包括設有的載物臺108以及其上設有的電池驅動機構109，電池驅動機構109上設置有電池推送機構207 ；電氣控制部分包括與主控計算機系統(tǒng)501連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動カ驅動機構，I/O模塊，無線通信模塊I 512，動カ驅動機構與機械部分中的水平移動單元107、承重単元和載物平臺単元中的傳動裝置連接；承重単元包括由上橫梁101、下橫梁104和兩根立柱103組成的門式結構，所述上橫梁101上設有兩組橫向導向輪112，所述兩組橫向導向輪112之間夾有安裝在充電貨架上的天軌102 ;所述天軌102上安裝有用于設備取電的滑觸線槽和用于水平方向エ位尋址的水平認址片；所述兩根立柱103中一側立柱103設有ー組電機驅動的絞盤，將絞盤上纏繞鋼絲繩，鋼絲繩的下端連接于載物平臺単元上；一根立柱上設有豎直方向尋址的縱向認址片用于縱向的方向識別。載物臺108兩端設有支架，所述支架上設有多組縱向導向輪111，多組縱向導向輪111分別沿承重單元兩根立柱排布；載物平臺單元包括在載物臺108上設有的電池驅動機構109，以載物臺108為基準面從下往上順序看，所述電池驅動機構包括固定在載物臺上的水平旋轉機構210，其上依次設有傾斜夾角調節(jié)機構206，電池推送機構207，所述電池推送機構207上設有支撐橫梁211 ;支撐橫梁與設有的電池托盤連接。所述的電池推送機構207包括導向軌道204、電池推送機構驅動電機208以及電 磁推手110 ;電池推送機構驅動電機208與電磁推手110分別與各自設有的齒輪齒條機構連接，電磁推手110的推手工作面上安有兩塊圓形電磁吸盤114，分布于工作面兩端，位置與電池內箱上兩圓形鐵塊相對應；所述電磁推手110的推手工作面還設有與電池內箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機構113。所述電池內箱為將電池成組放置的箱體。所述導向軌道204設置在電池推送機構207上表面；所述解鎖機構113為解鎖電機驅動撥叉狀結構，設置分布于電磁推手110工作面兩端，用與配合打開充電架或換電車上的電池內箱上的鎖緊裝置；電池推送機構207上平面上設有與電池內箱201對應的導向軌道204，電池內箱201位于充電架或車輛上，使電池平穩(wěn)取送；支撐橫梁211兩端各設有ー個超聲波測距傳感器205和一個壓カ傳感器202，分別設在支撐橫梁211兩端的壓カ傳感器202位于超聲波測距傳感器205的內側。圖3中，本實用新型載物平臺単元傾斜夾角調節(jié)機構前視示意圖，傾斜夾角調節(jié)機構206包括安裝在載物臺108上左端的齒輪弧形齒條裝置，傾斜驅動電機303帶動齒輪旋轉，齒輪弧形齒條嚙合傳動，弧形齒條302帶動底板繞傾斜轉軸301旋轉實現(xiàn)傾斜運動；傾斜旋轉軸安裝在旋轉底板1401上。圖4A，圖4B中，水平旋轉機構210包括安裝在載物臺108上的連桿滑塊機構，通過水平驅動電機404帶動絲杠405轉動，絲杠405帶動絲杠螺母406水平直線運動，絲杠螺母406通過鉸接與連桿407相連，連桿407通過鉸接與旋轉底板I 401連接，旋轉底板1401與安裝在載物臺108上底板II402通過水平旋轉軸403疊放，當連桿407在絲杠螺母406的帶動下移動時，連桿407帶動旋轉底板1401繞水平旋轉軸403進行水平旋轉操作；圖5中，機器人本體系統(tǒng)包括主控計算機系統(tǒng)501、PLC控制器502、限位開關503、6自由度的直線運行単元驅動電機504、6個電機的伺服驅動器505、電機編碼器506、急停開關I 507、超聲波傳感器1508、色標傳感器509、光電傳感器510、DMP位置傳感器511。其中主控計算機系統(tǒng)501包括顯示器、鼠標、鍵盤、主機和軟件系統(tǒng)，主機采用X86系列エ控機，windows XP操作系統(tǒng)，主控軟件系統(tǒng)采用Visual C++語言編寫，軟件實現(xiàn)多線程事務處理，操作人員可以用鼠標和鍵盤對主控計算機進行操作； 西門子PLC 300型邏輯控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部件，通過エ業(yè)以太網(wǎng)與主控計算機系統(tǒng)501進行通信，通過對超聲波傳感器1508、色標傳感器509、光電傳感器510、DMP位置傳感器511信號的綜合判斷對相應驅動電機進行控制。數(shù)據(jù)采集裝置包括超聲波傳感器1508、光電傳感器510、色標傳感器509、DMP位置傳感器511。超聲波傳感器1508、色標傳感器509、DMP位置傳感器511安裝在電磁推手上,光電傳感器510安裝在上橫梁101和立柱103上，用于對機器人X軸和Z軸方向的定位。限位開關503用于每個運動軸的參考機械零點。每個伺服驅動器505可以監(jiān)控相對應的電機的運行電流、電機堵轉或超過額定負載時能夠向控制器報警。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障吋，運動控制系統(tǒng)能夠對故障狀態(tài)自主的進行判斷處理，并將故障內容上報上位機監(jiān)控系統(tǒng)。急停開關I 507主要是對設備運行中的緊急情況進行急停，優(yōu)先級為第一位。車輛安全?？恐付ǖ膿Q電區(qū)域后，換電機器人根據(jù)存儲的坐標點和DMP位置傳感器511、超聲波傳感器1508的信號動態(tài)調整傾斜驅動206，準確的將電池托盤伸到與車體的電池倉平齊的位置，同時傾斜夾角調節(jié)機構和水平旋轉機構的旋轉角度位置信號送至PLC控制器存儲，解鎖電機驅動解鎖機構113進行電池箱解鎖，依據(jù)色標傳感器509反饋信號判斷并確認解鎖完成，之后，Y軸方向帶有電磁吸盤的電磁推手110上電，電磁吸盤產(chǎn)生電磁吸力，將電池從車體的電池倉中取出。PLC控制器根據(jù)存儲的坐標點和X、Z軸方向上的光電傳感器510信號，控制機器人到中轉臺，所述的中轉臺為換電站電池充電貨架；將取下的需要充電的乏電池放在中轉臺上，并將另一中轉臺上已充滿的電池取下來。PLC控制器控制機器人運動到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的傾斜夾角調節(jié)機構和水平旋轉機構的旋轉角度值，調整傾斜驅動206和水平旋轉機構210，進而調整電池托盤的姿態(tài)，最終將電池安裝到電池倉中，解鎖電機驅動解鎖機構113進行電池鎖止，依據(jù)色標傳感器509判斷并確認鎖止是否完成，鎖止成功，緊接PLC控制器控制電磁吸盤114失電，電磁吸盤114與電池箱脫離，Y軸方向縮回，單箱電池換電完成，重復第一箱更換過程，直至更換全部電池，機器人回到原點待機。所述滾輪和隨動滾輪的兩側均具有輪緣，輪緣可抱住地軌105防止脫出，滾輪在地軌105上運動，隨動滾輪沿地軌直線運行。電磁推手110安裝在電池推送機構207上，電池推送機構207帶動其上的電磁推 手110進行動力電池伸出\縮回。同時，換電機器人上的電池驅動機構109縮回時，才允許換電機器人進行水平行走和載物臺108的豎直運動，其目的在于防止由于誤操而產(chǎn)生的碰撞。電池推送機構207設置于傾斜夾角調節(jié)機構206上，其包括導向軌道204、電磁吸盤114、解鎖機構113、將電池利用導向軌道204托住，同時,利用電磁吸盤114吸附,并利用電池推送機構207將動カ電池推送進入指定位置。壓カ傳感器202分布設置在支撐橫梁211兩側，同時，超聲波測距傳感器205分布設置在壓カ傳感器202內側，換電機器人電池驅動機構上包括的支撐橫梁211、傾斜驅動電機303、水平旋轉機構210、電池推送機構207中。電池推送機構207通過電池推送機構驅動電機208來驅動。電磁推手110與電池內箱201相對應。載物臺108上，安裝兩軸旋轉機構，實現(xiàn)對電動公交車取送電池時的姿態(tài)調整。公交車進站換電時行進方向偏差(水平夾角)調整；車內電池與地面夾角(傾斜夾角)的自動適應。所述的電磁推手110與堆垛機上的電磁推手110結構類似；2個超聲波測距傳感器(測量水平夾角)；2個壓カ傳感器202，光電傳感器510配合貼在公交車內電池外箱上的反光板測量傾斜夾角，并能夠實現(xiàn)車內取送電池過程中,跟隨車身高度變化實現(xiàn)隨動功能。換電機器人對中轉臺放電池，具體地說，換電機器人進行水平及豎直方向運動對準中轉臺中充電貨位將電池推送機構207伸出，同時，帶動裝有動カ電池的電池內箱送入中轉臺，解鎖機構113動作，將動カ電池鎖在中轉臺上。電磁推手110脫開電池，載物臺108下降到一定高度后電池推送機構207收回。完成放電池流程。換電機器人對中轉臺取拿動カ電池包括換電機器人對準中轉臺上的動カ電池，電池推送機構207伸出，電磁推手110上電磁吸盤114吸住電池，與此同時解鎖機構113運作，解除動カ電池鎖，將動力電池拉出，與此同時電池推送機構207收回，完成從中轉臺取電池。所述I/O模塊包括分別與PLC控制器連接的急停開關I和限位開關，所述限位開關分別設置在水平移動單元，載物平臺単元和承重単元中工作零點定位處，且與對應的伺服電機接觸連接。機器人主控臺包括柜體，所述柜體內底部裝有エ控機II，柜體正面上半部設有電阻式觸摸屏，柜體背面安裝有無線通信模塊II，所述柜體上觸摸屏的下方安裝有運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕，所述電阻式觸摸屏和無線通信模塊II與エ控機II相連，所述運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉換電路板與エ控機II的相連；柜體背面設有柜體門，柜體門上設有防雨鎖；エ控機通過VGA接ロ與電阻式觸摸屏相連接；無線通信模塊II通過網(wǎng)ロ與エ控機II通信；無線通信模塊II以及無線通信模塊I采用WiFi的IEEE 802. 11標準的無線網(wǎng)絡或CDMA模塊或EDGE模塊。機器人系統(tǒng)還包括機器人無線遙控裝置，所述機器人無線遙控裝置包括殼體，在所述的殼體上設有總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服控制器上電按鈕；殼體內設有主控板和無線通信模塊III ;所述的總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服控制器上電按鈕、無線通信模塊III與主控板連接；所述主控板將ニ維搖桿的方向信息轉換成電信號，通過無線通信模塊III收發(fā)指令控制換電機器人的運動；所述的殼體上設有狀態(tài)指示燈，所述的狀態(tài)指示燈和主控板連接；所述的殼體上設有急停按鈕III，所述的急停按鈕III和主控板連接；所述的殼體上設有備用按鈕；所述上位機設有無線通訊模塊
I,所述無線通訊模塊I與控制后臺無線通信模塊II以及遙控裝置無線通信模塊III無線通訊。電動公交車換電機器人系統(tǒng)的換電方法，所述的換電方法包括以下步驟I)初始化系統(tǒng)上電后，通過主控計算機系統(tǒng)501或機器人主控臺或無線遙控裝置下發(fā)復位指令，機器人的各個軸觸發(fā)限位開關503后尋零，各個軸回到原點位置；2)卸電池車輛安全?？恐付〒Q電區(qū)域后，換電機器人根據(jù)存儲的坐標點信息通過主控計算機系統(tǒng)501或機器人主控臺或無線遙控裝置移動到指定的作業(yè)點，依據(jù)DMP位置傳感器、超聲波傳感器1508信號調整電池托盤姿態(tài)，準確的將電池托盤伸到與車體上電池倉平齊對接的位置，同時，將水平旋轉機構210、傾斜夾角調節(jié)機構206的旋轉角度位置信號送至PLC控制器存儲，解鎖電機驅動解鎖機構解鎖，根據(jù)色標傳感器509反饋信號判斷并確認是否解鎖完成，解鎖成功之后，利用載物平臺単元中的電磁吸盤將電池從車體的電池倉中取出；3)取放電池PLC控制器根據(jù)存儲的坐標點和水平移動單元107，載物平臺単元的光電開關信號控制機器人到電池載物臺108指定的作業(yè)點，將取下的乏電池放在中轉臺上，并將另一中轉臺上充滿的電池取下來；4)安裝電池PLC控制器控制機器人到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的水平旋轉機構210、傾斜夾角調節(jié)機構206的旋轉角度調整電池托盤的姿態(tài)，將電池安裝到電池倉中，解鎖電機驅動解鎖機構進行電池鎖止，依據(jù)色標傳感器509檢測信號判斷并確認鎖止完成，PLC控制器控制電磁吸盤失電，電磁吸盤與電池脫離，電磁推手沿載物臺縮回固定，單箱電池換電完成；5)重復過程2)、3)、4)，直至更換所有乏電池，機器人回到原點待機。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領 域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
權利要求1.一種電動公交車換電機器人系統(tǒng)，它包括機器人本體和機器人主控臺，其特征是，所述機器人本體包括機械部分和電氣控制部分，所述機械部分包括設有的水平移動單元，載物平臺単元和承重単元，所述承重單元設置在水平移動單元上部，所述載物平臺単元與所述承重單元連接，所述載物平臺単元上包括設有的載物臺以及其上設有的電池驅動機構，所述電池驅動機構上設置有電池推送機構； 所述的電氣控制部分包括與主控計算機系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動カ驅動機構，I/O模塊，無線通信模塊I ;所述的動カ驅動機構與機械部分中的水平移動單元、承重単元和載物平臺単元中的傳動裝置連接； 所述機器人主控臺通過其設有的無線通信模塊II與機器人本體無線通信模塊I建立無線通訊。
2.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述承重単元包括由上橫梁、下橫梁和兩根立柱組成的門式結構，所述上橫梁上設有兩組橫向導向輪，所述兩組橫向導向輪之間夾持有安裝在充電貨架上的天軌；所述天軌上安裝有用于設備取電的滑觸線槽和用于水平方向エ位尋址的水平認址片；所述兩根立柱上設有至少ー組電機驅動的絞盤，所述絞盤上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩的下端連接于載物平臺単元上；所述至少一根立柱上設有豎直方向尋址的縱向認址片。
3.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述的水平移動單元包括兩側均具有輪緣的滾輪和隨動滾輪，與承重単元的下橫梁相連接的地軌，所述地軌端部設有限位撞塊，所述滾輪和隨動滾輪與電機減速機相連，所述電機減速機與承重単元的下橫梁連接。
4.如權利要求I或2所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述載物平臺単元包括在載物臺上設有的電池驅動機構；以載物臺為基準面從下往上順序依次看，所述電池驅動機構包括固定在載物臺上的水平旋轉機構，其上依次設有傾斜夾角調節(jié)機構，電池推送機構，所述電池推送機構上設有支撐橫梁；支撐橫梁與設有的電池托盤連接； 所述的電池推送機構包括導向軌道、電池推送機構驅動電機以及電磁推手；電池推送機構驅動電機與電磁推手分別與各自設有的齒輪齒條機構連接，電磁推手的推手工作面上安有兩塊圓形電磁吸盤，分布于工作面兩端，位置與電池內箱上兩圓形鐵塊相對應；所述電磁推手的推手工作面還設有與電池內箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機構；所述導向軌道設置在電池推送機構上表面； 所述導向軌道與電池內箱位置上相匹配，所述電池內箱用于將電池成組放置的箱體；所述電池內箱位于充電架或車輛上，使電池平穩(wěn)取送； 所述支撐橫梁兩端各設有至少ー個超聲波測距傳感器、和至少ー個壓カ傳感器，所述壓カ傳感器位于超聲波測距傳感器內側； 所述水平旋轉機構包括安裝在載物臺上的連桿滑塊機構、旋轉底板I、底板II ;旋轉底板I通過垂直底板II水平旋轉軸與底板II重疊安放，電池驅動機構繞旋轉底板I中心進行水平旋轉； 所述傾斜夾角調節(jié)機構包括安裝在載物臺一端的齒輪弧形齒條裝置，與之配合連接的傾斜驅動電機，所述傾斜夾角調節(jié)機構設有傾斜旋轉軸，傾斜旋轉軸安裝在旋轉底板I上。
5.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述主控計算機系統(tǒng)為エ控機I以及PLC控制器，所述PLC控制器與エ控機I通過エ業(yè)以太網(wǎng)通信連接，所述PLC控制器的型號為西門子PLC 300型； 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括超聲波傳感器I、光電傳感器、色標傳感器、DMP位置傳感器(511);所述超聲波傳感器I、色標傳感器、DMP位置傳感器511安裝在電磁推手上；所述光電傳感器安裝在上橫梁和立柱上，用于對機器人X軸和Z軸方向的定位。
6.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述動カ驅動機構包括6個電機的伺服驅動器，所述6個電機的伺服驅動器分別與水平移動單元、載物平臺単元和承重単元中的伺服電機以及水平旋轉機構、傾斜夾角調節(jié)機構、鎖緊裝置中的伺服電機連接，所述的每個伺服電機的軸上設有編碼器，編碼器的信號輸出端與PLC控制器連接。
7.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述I/O模塊包括分別與PLC控制器連接的急停開關I和限位開關，所述限位開關分別設置在水平移動單元，載物平臺単元和承重単元中工作零點定位處，且與對應的伺服電機接觸連接。
8.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述機器人主控臺包括柜體，所述柜體內底部裝有エ控機II，柜體正面上半部設有電阻式觸摸屏，柜體背面安裝有無線通信模塊II，所述柜體上觸摸屏的下方安裝有運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕，所述電阻式觸摸屏和無線通信模塊II與エ控機II相連，所述運行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉換電路板與エ控機II的相連； 所述柜體背面設有柜體門，柜體門上設有防雨鎖； 所述エ控機通過VGA接ロ與電阻式觸摸屏相連接； 所述無線通信模塊II通過網(wǎng)ロ與エ控機II通信； 所述無線通信模塊II以及無線通信模塊I采用WiFi的IEEE 802. 11標準的無線網(wǎng)絡或CDMA模塊或EDGE模塊。
9.如權利要求I所述的電動公交車換電機器人系統(tǒng)，其特征是，所述機器人系統(tǒng)還包括機器人無線遙控裝置，所述機器人無線遙控裝置包括殼體，在所述的殼體上設有總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服上電按鈕；殼體內設有主控板和用于發(fā)射握手數(shù)據(jù)、頭數(shù)據(jù)、尾數(shù)據(jù)及校正數(shù)據(jù)的無線通信模塊III ;所述的總開關、兩個ニ維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服上電按鈕、無線通信模塊III與主控板連接；所述主控板將ニ維搖桿的方向信息轉換成電信號，通過無線通信模塊III收發(fā)指令控制換電機器人的運動；所述的殼體上設有狀態(tài)指示燈，所述的狀態(tài)指示燈和主控板連接；所述的殼體上設有急停按鈕III，所述的急停按鈕III和主控板連接；所述的殼體上設有備用按鈕；所述上位機設有無線通訊模塊I，所述無線通訊模塊I與控制后臺無線通訊模塊II以及遙控裝置中無線通訊模塊III無線通訊。
專利摘要本實用新型公開了一種電動公交車換電機器人系統(tǒng)，它包括機器人本體和機器人主控臺，機器人本體包括機械部分和電氣控制部分，所述機械部分包括在X、Y、Z三個直角坐標方向上設有的水平移動單元，載物平臺單元和承重單元，所述載物平臺單元上包括設有的載物臺以及其上設有的電池驅動機構，所述電池驅動機構上設置有電池推送機構；所述的電氣控制部分包括與主控計算機系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動力驅動機構，I/O模塊，無線通信模塊I；所述無線通訊模塊I與控制后臺無線通訊模塊II以及遙控裝置中無線通訊模塊III無線通訊。換電機器人的應用，換電過程定位精度高、相對位移量小、位置準確，實現(xiàn)對不同種類電動公交車動力電池的快速更換。
文檔編號B60S5/06GK202389352SQ201120458959
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者尚文政, 曹濤, 王同斌, 譚林, 趙金龍 申請人:山東電力研究院