專利名稱：電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及新能源的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界能源及環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，電能作為一種清潔能源廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，為電動(dòng)汽車提供了廣闊的應(yīng)用空間。然而，由于受到當(dāng)前電池能量密度的限制，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程一般在一百公里至兩百公里之間，遠(yuǎn)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(bǔ)給，直接影響到電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用。對電池慢速充電需要幾個(gè)小時(shí)才能完成，快速充電會(huì)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。針對這一難題，研究能夠快速更換電池的機(jī)器人代替人工更換是解決電動(dòng)汽車能量快速補(bǔ)給的有效辦法之一。 電動(dòng)公交車由于其運(yùn)營特點(diǎn)，其需要電池容量比較大，受單箱電池容量的限制，因而需要的電池組數(shù)較多，占用的空間往往較大，電動(dòng)公交車的電池通常有上噸的重量。根據(jù)目前的電池容量現(xiàn)狀，一組電池最多運(yùn)行4小時(shí)就要更換，每次要更換六到八塊，如用人工更換，至少要一到二小時(shí)，這對運(yùn)營商來講，是不容許的，因此，快速更換電池獲取能量補(bǔ)給成了電動(dòng)公交車應(yīng)用推廣的主要障礙。目前，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)機(jī)構(gòu)對電動(dòng)公交車的電池更換系統(tǒng)有一定的研究。國家知識產(chǎn)權(quán)局2010年9月30日公布的申請?zhí)?01020561469.X的實(shí)用新型專利，提出了一種電動(dòng)商用車電池更換裝置及換電系統(tǒng)。該系統(tǒng)提出了一種電動(dòng)公交車電池更換方案，本方案提出了一種利用換電機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°的方式，解決電池插接件在載物臺(tái)上與車體方向的一致性問題，但該方案存在的缺陷是控制系統(tǒng)復(fù)雜，控制精度不高，容易出現(xiàn)電池箱更換時(shí)卡住或者停滯的現(xiàn)象。因此非常有必要設(shè)計(jì)一套新型的電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的研究目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)控制系統(tǒng)復(fù)雜，控制精度不高的問題；提供一種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)能在6個(gè)自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，其控制精度高、電池更換時(shí)間短，大大提高了電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人的工作效率、安全性和可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案—種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括主控計(jì)算機(jī)、PLC控制器，PLC控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器、超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、光電傳感器、DMP傳感器，所述電機(jī)編碼器、超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、光電傳感器、DMP傳感器分別與PLC控制器連接，所述超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、DMP傳感器安裝在電池推拉手上，光電傳感器安裝在機(jī)器人上橫梁和立柱上充電電池兩側(cè)位置；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括6自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)、6個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器及控制柜、限位開關(guān)，直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過限位開關(guān)與PLC控制器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC控制器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)編碼器雙向電連接。所述PLC控制器與急停開關(guān)電連接。本實(shí)用新型的工作原理和工作過程控制系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)充換電站的監(jiān)控、換電流程的管理、換電平臺(tái)的狀態(tài)和故障處理等功 能。PLC控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過對外部傳感器的信號進(jìn)行判斷，對機(jī)器人的6個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行位置控制來滿足整個(gè)換電流程的要求。超聲波傳感器，一是檢測電池抓手與電池之間的距離，PLC依據(jù)距離信號判斷抓手是否成功抓取電池，如果脫手則重新返回抓??；二是判斷兩端安裝超聲波傳感器的電池托盤與電池箱的距離，調(diào)整電池托盤的水平角度，使電池托盤端部與電池箱平行。DMP定位傳感器對安裝在電池充電工位上的反光板標(biāo)識點(diǎn)進(jìn)行搜索捕捉，進(jìn)而調(diào)整電池托盤相對車體或電池充電架的姿態(tài)，提高抓取電池的成功率，具體就是所述的控制系統(tǒng)所控制的機(jī)器人上裝有兩個(gè)DMP傳感器，在相對電池充電工位進(jìn)行取電池和放電池時(shí)，首先根據(jù)示教存儲(chǔ)的坐標(biāo)值進(jìn)行初步定位，然后，兩個(gè)DMP傳感器對安裝在電池充電工位的反光裝置進(jìn)行定位，進(jìn)行二次確認(rèn)，只有兩次的確認(rèn)無誤，機(jī)械手才對電池進(jìn)行取放。光電傳感器，在機(jī)器人的X軸上對應(yīng)電池充電架的每一列的電池兩側(cè)位置安裝光電傳感器，用于機(jī)器人對電池充電架在X軸方向的定位檢測。色標(biāo)傳感器，用于對電池箱在充電架或電動(dòng)公交車上鎖止?fàn)顟B(tài)的檢測，判斷電池箱是否鎖止或解鎖成功。本實(shí)用新型的有益效果電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以在6個(gè)自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，控制精度高、電池更換時(shí)間短，大大提高了電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人的工作效率、安全性和可靠性。

圖I :電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖；圖2 :快換機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；圖中，101、主控計(jì)算機(jī)，102,PLC控制器，103、限位開關(guān)，104、直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)，105、伺服驅(qū)動(dòng)器，106、電機(jī)編碼器，107、急停開關(guān)，108、超聲傳感器，109、色標(biāo)傳感器，110、光電傳感器，IlUDMP傳感器，201、Z軸驅(qū)動(dòng)單元，202、X軸驅(qū)動(dòng)單元，203、Rl軸驅(qū)動(dòng)單元，204、Y軸伸縮單元,205、俯仰驅(qū)動(dòng)單元。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明一種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，如圖I和圖2所示，包括主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括主控計(jì)算機(jī)10UPLC控制器102，PLC控制器102通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控計(jì)算機(jī)101進(jìn)行通信，通過對超聲傳感器108、色標(biāo)傳感器109、光電傳感器110、DMP傳感器111信號的綜合判斷對相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制。主控計(jì)算機(jī)101包括顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、主機(jī)和軟件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器106、超聲傳感器108、色標(biāo)傳感器109、光電傳感器110、DMP傳感器111。所述電機(jī)編碼器106、超聲傳感器108、色標(biāo)傳感器109、光電傳感器110、DMP傳感器111分別與PLC控制器102連接；超聲傳感器108、色標(biāo)傳感器109、DMP區(qū)域位置傳感器111安裝在電池推拉手上，光電傳感器110安裝在機(jī)器人上橫梁和立柱上充電電池兩側(cè)位置，用于對機(jī)器人X軸202和Z軸201方向的定位，DMP區(qū)域位置傳感器111與快換機(jī)器人托盤上安裝的DMP區(qū)域定位傳感器配合使用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括6自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)104，6個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器105及控制柜，限位開關(guān)103。直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)104通過限位開關(guān)103與PLC控制器102連接，伺服驅(qū)動(dòng)器105與PLC控制器102連接，伺服驅(qū)動(dòng)器105與電機(jī)編碼器106雙向電連接。PLC控制器與急停開關(guān)107電連接。控制系統(tǒng)所控制的機(jī)器人的自由度包括Z軸驅(qū)動(dòng)單元201、X軸驅(qū)動(dòng)單元202、Rl軸驅(qū)動(dòng)單元203、Y軸伸縮單元204、俯仰驅(qū)動(dòng)單元205其中，Z軸驅(qū)動(dòng)單元201、X軸驅(qū)動(dòng)單元202、Y軸伸縮單元204驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿直角方向移動(dòng)，其行程兩端安裝限位開關(guān)，Rl軸驅(qū)動(dòng)單元203和俯仰驅(qū)動(dòng)單元205分別為電池托盤的水平調(diào)整和俯仰調(diào)整驅(qū)動(dòng)單元，調(diào)整電池托盤的水平和俯仰姿態(tài)，使電池能夠精確放入車體，其復(fù)位標(biāo)志開關(guān)在中間，方便實(shí)現(xiàn)電池相對車體的姿態(tài)調(diào)整。上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人 員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征是，包括主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括主控計(jì)算機(jī)、PLC控制器，PLC控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器、超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、光電傳感器、DMP傳感器，所述電機(jī)編碼器、超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、光電傳感器、DMP傳感器分別與PLC控制器連接，所述超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、DMP傳感器安裝在電池推拉手上，光電傳感器安裝在機(jī)器人上橫梁和立柱上充電電池兩側(cè)位置；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括6自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)、6個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器及控制柜、限位開關(guān)，直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過限位開關(guān)與PLC控制器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC控制器連接，伺服驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)編碼器雙向電連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征是，所述PLC控制器與急停開關(guān)電連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)；主要包括主控制機(jī)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，I/O模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別與主控制機(jī)構(gòu)經(jīng)I/O模塊電聯(lián)接，所述主控制機(jī)構(gòu)包括主控計(jì)算機(jī)、PLC控制器，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器、超聲傳感器、色標(biāo)傳感器、光電傳感器、DMP傳感器，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括6自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)，6個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器及控制柜，限位開關(guān)，I/O模塊包括與PLC控制器電聯(lián)接的急停開關(guān)；電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以在6個(gè)自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整，控制精度高、電池更換時(shí)間短，大大提高了電動(dòng)公交車電池快換機(jī)器人的工作效率、安全性和可靠性。
文檔編號B60S5/06GK202541496SQ20112046119
公開日2012年11月21日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者尚文政, 王鑫, 譚林, 趙金龍, 黃德旭 申請人:山東魯能智能技術(shù)有限公司