專利名稱：一種車載電池拆裝機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安裝和拆卸車載動力電池的車載電池拆裝機器人。
背景技術(shù)：
隨著石油價格的逐年攀升以及環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，作為燃油型汽車的替代，人們研制出了天然氣汽車、氫燃料汽車、太陽能汽車和電動汽車等，而其中最具有應(yīng)用前景的是電動汽車。專利號為200410090796. O、名為“一種電動公交系統(tǒng)”的專利披露了一種以車載動 力電池為動力源的電動汽車。該電動公交系統(tǒng)包括裝配有卡式電池組的電動公交車、給卡式電池組充電的充電站、卡式電池組裝卸裝置等；通過裝卸裝置將使用完畢的卡式電池組從電動公交上取下，并放置在充電站充電，同時將充電站充好電的卡式電池組放到電動公交車上。然而，該系統(tǒng)的裝卸裝置存在如下幾個問題1、拆裝電池時電池容易左右移動，從而給裝卸帶來很大麻煩，尤其是要將電池放置到充電站進行充電或是將電池送入到車體內(nèi)時，很難將電池順暢地就位；2、通過撥叉式電池組撥出/撥入裝置裝卸電池，一方面容易損壞電池，另一方面不容易操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種車載動力電池更換系統(tǒng)，能夠非常快捷順暢地裝卸電池。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種車載動力電池更換系統(tǒng)包括平行移動的機器人本體、垂直升降機構(gòu)、機械手臂、軌道，機器人本體位于軌道上，并可沿軌道移動；垂直升降機構(gòu)安裝在機器人本體上，機械手臂設(shè)置在垂直升降機構(gòu)上。本發(fā)明具有以下優(yōu)點I、由于本發(fā)明吸取電池裝置可以雙向伸縮，而且可伸出距離較長，這樣使電動車駕駛員比較容易駛?cè)氤鋼Q電區(qū)域，節(jié)省了充換電時間。而且本發(fā)明定位準(zhǔn)確，充換電池過程中極大程度保護了電池。延長了電池的使用壽命。2、本發(fā)明的重點是將貨叉與電池吸取機構(gòu)相結(jié)合，這樣保證在電池在轉(zhuǎn)移的過程中不必旋轉(zhuǎn)，即節(jié)省了空間又提高了換電的工作效率，大大減少了整個換電流程的周期。3、所述車載電池拆裝機器人設(shè)置有防側(cè)翻裝置，使其具有防傾覆功能。4、所述車載電池拆裝機器人相對于被吸取電池的隨動效果好，定位準(zhǔn)確。如果隨動效果差會導(dǎo)致電池吸取定位不準(zhǔn)導(dǎo)致無法解鎖取放電池。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖IA為機器人本體部分的機構(gòu)簡圖IB為垂直升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為機械手在XY平面內(nèi)換電狀態(tài)示意圖；圖3為機械手在YZ平面換電狀態(tài)示意圖；圖4，圖5為機械手換電池流程示意圖；圖6A，6B, 6C為貨叉的運動分解示意圖；圖7為機械手臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為吸頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為管式電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括平行移動的機器人本體I、垂直升降機構(gòu)2、機械手臂3、軌道4，機器人本體I位于軌道4上，并可沿軌道4移動，垂直升降機構(gòu)2設(shè)置在機器人本體I上，機械手臂3設(shè)置在垂直升降機構(gòu)2上。本發(fā)明以下簡稱機械手。首先概括介紹機械手更換電池的動作流程如圖2、3、4所示，示出了機械手從電動車的電池位50上取出無電電池，并將無電電池放入無電電池暫存位的過程；如圖2、3、5所示，示出了機械手將有電電池暫存位上充好電的電池放置在電動車的電池位50上的過程。其中有電電池暫存位和無電電池暫存位布置在暫存車6上面。此為機械手在更換電池過程中所要完成的動作?，F(xiàn)以電池位50的充換電為例來闡述更換電池過程的詳細(xì)步驟。機器人本體I的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在電動客車車體上有例如3個電池位50，電動車駛?cè)霌Q電區(qū)域后，電動車的電池位50在X方向上存在兩個電池位，兩個電池位之間存在一定的距離，這就要求機械手在X方向上能夠做水平移動，以保證在更換完X方向上的一個電池位上的電池后，能夠順利切換到下一個電池位進行繼續(xù)的更換工作。而可沿軌道4平行移動的機器人本體I用來完成X方向的移動。如圖IA所示，機器人本體I的車體13上布置有伺服馬達(dá)減速機9,伺服馬達(dá)減速機9上產(chǎn)生動力通過傳動鏈條10傳遞到主傳動軸11上,主傳動軸11上安裝有軌道輪8，軌道輪8在伺服馬達(dá)減速機9的帶動下沿著軌道4移動。同時從動軸12上同樣安裝有軌道輪8，在主動軸11的帶動下，同時會沿軌道4移動，這樣機器人本體I即可完成在X方向上的移動定位。另外如圖I、IA所示，當(dāng)機械手臂3伸出機器人本體I的車體13之后，機械手的重心發(fā)生偏移可能導(dǎo)致機械手的傾覆。為避免機械手的傾覆，在機器人本體I上的主動軸11，從動軸12上布置了防側(cè)翻裝置14，當(dāng)機械手的重心偏移時，防側(cè)翻裝置14會卡住軌道輪8。這樣就避免了機械手的傾覆。垂直升降機構(gòu)如圖2所示，電動車電池位50在Y方向也存兩個電池位，這就要求機械手在Y方向上能夠做垂直升降運動，以保證在更換完Y方向上的一個電池位上的電池后，能夠順利切換到下一個電池位進行繼續(xù)更換工作。所以需要機械手在Y方向能夠做位移調(diào)整，此調(diào)整是通過垂直升降機構(gòu)2來完成的。如圖IB所示，垂直升降機構(gòu)2布置在機器人本體I的車體13內(nèi)，其中伺服馬達(dá)減速機15布置在垂直升降機構(gòu)2上，同時也與機器人本體I上的車體13連接。其中垂直升降機構(gòu)2上的兩臺螺旋升降機19布置在機器人本體I的車體13上，滾珠螺桿16安裝在螺旋升降機19上。垂直升降機構(gòu)2由伺服馬達(dá)減速機15提供動力，通過直聯(lián)方式把動力傳遞給螺旋升降機19，兩臺螺旋升降機19通過串聯(lián)的方式聯(lián)接在一起，保證升降平臺17兩側(cè)同步上升、下降，以保持平衡。升降平臺17上布置有滾珠螺母21，用于將滾珠螺桿16上的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為升降平臺17的上下運動。線性滑軌20布置在機器人本體I的車體13上，滑塊18布置于線性滑軌20上面并可沿滑軌20自由滑動，升降平臺17與滑塊18連接，這樣升降平臺17與車體13可滑動地連接，從而使得升降平臺17可沿著線性滑軌20產(chǎn)生與機器人本體I上的車體13的相對滑動。運動的過程中，由于滾珠螺桿16不能承受過大的彎矩及側(cè)向力，所以采取滑軌20為線性滑軌組來導(dǎo)向，能夠避免滾珠螺桿16上承受過大的側(cè)向力而損壞，有效的保護了螺旋升降機19。
機械手臂機械手臂3包括貨叉7和電池吸取機構(gòu)55。如圖I、2、3、所示，當(dāng)電動車駛?cè)霌Q電區(qū)域后，機械手所在的位置和電動車電池位50存在一定距離，需要機械手準(zhǔn)確定位捕捉到電動車電池位50上的電池51。機械手臂3上面安裝有在X，Y方向?qū)ぶ返溺R反射感應(yīng)開關(guān)52。當(dāng)電動車駛?cè)霌Q電區(qū)域后，鏡反射感應(yīng)開關(guān)52發(fā)出信號，同時機械手的控制系統(tǒng)發(fā)出命令使機器人本體I上的伺服馬達(dá)減速機9啟動，從而帶動機器人本體I在X方向上移動，信號同時發(fā)送給垂直升降機構(gòu)2上的伺服馬達(dá)減速機15，伺服馬達(dá)減速機15啟動并帶動垂直升降機構(gòu)2沿Y方向移動。在電池位50的前面板53上面安裝有反射條54，當(dāng)鏡反射感應(yīng)開關(guān)52發(fā)出的信號被反射條54反射回去后，此時鏡反射感應(yīng)開關(guān)52將信號依次收集至IJ。并將信號依次傳遞給機械手控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)會先后將水平移動機器人本體I上的伺服馬達(dá)減速機9和垂直升降機構(gòu)2上的伺服馬達(dá)減速機15緊急叫停并啟動剎車。這樣機械手臂3就準(zhǔn)確的將電池51在X，Y方向?qū)?zhǔn)鎖定。如圖3、4、7所示，機械手臂3在Z方向?qū)﹄姵氐亩ㄎ徊蹲绞峭ㄟ^兩部分來完成的，機械手臂3上包括貨叉7和電池吸取機構(gòu)55，電池吸取機構(gòu)55布置在貨叉7上面，機械手臂3在Z方向上的主運動由貨叉7來完成，貨叉7上安裝有接近開關(guān)56，當(dāng)貨叉7向電動車方向移動，當(dāng)靠近到一定距離時，貨叉7上的接近開關(guān)56感應(yīng)到電動車后定位停止，此時電池吸取機構(gòu)55開始向電池51貼近，當(dāng)電池吸取機構(gòu)55貼住電池51，將電池51從電動車電池位50上取下，順利轉(zhuǎn)移至機械手臂3上面，此后機械手將電動車電池位50上的無電電池取出，放入暫存車6上的無電電池暫存位。完成后，機械手再將暫存車6上的有電電池暫存位中的有電電池取出放入電動車電池位50上，完成一個換電流程。如圖6A、6B、6C所示，演示了貨叉7在運行過程中的三種狀態(tài)。圖6B所示為貨叉7處于原始位置，將該位置定義為原始位置，圖6A所示，是貨叉在Z方向反向運動所能達(dá)到的極限位置，定義為左極限位置。如圖6C所示，是貨叉在Z方向正向移動所能達(dá)到的極限位置，定義為右極限位置。其中，Z方向反向為貨叉7接近電動車的方向，Z方向正向為貨叉7接近暫存車6的方向。如圖6C所示，貨叉7的結(jié)構(gòu)分為上層，中層，下層，此時上層貨叉相對于原始位置在Z方向正向移動一個極限行程的距離。如圖6B所示，當(dāng)貨叉處于原始位置時，上層貨叉、中層貨叉和下層貨叉在Z方向處于重合狀態(tài)。如圖6A所示，此時上層貨叉相對于原始位置在Z方向反向移動一個極限行程的距離。
如圖3、7所示，貨叉7及電池吸取機構(gòu)55統(tǒng)稱為機械手臂3。電池吸取機構(gòu)55包括底座22，其布置于貨叉7的上層，可以隨貨叉7向左極限位置和右極限位置移動。底座22上布置有自由滾筒25和吸頭24，吸頭24固定至線性滑軌23上的滑塊,而線性滑軌又固定在底座22上，從而使得吸頭24可以在底座22上自由滑動，底座22上面布置有傳動鏈條26，用以傳遞動力。當(dāng)吸頭24碰觸電池51后，同時便可以碰觸到吸頭上面安裝的微動開關(guān)27，當(dāng)微動開關(guān)27被碰觸后，系統(tǒng)便會給盤式電磁鐵供電，隨即產(chǎn)生磁性，隨后吸頭24向底座22中心移動直至吸頭24將電池51拖入底座22上，貨叉7同時從左極限狀態(tài)向右極限狀態(tài)方向運動，當(dāng)機械手臂3將電池51移至?xí)捍孳?上的無電電池暫存位后，機械手臂3在垂直升降機構(gòu)2的帶動下繼續(xù)向下移動一定距離，直至機械手臂3可以在無阻礙的情況下從暫存車6的下方抽回時如圖位置70所示，垂直升降機構(gòu)2停止下降，此時貨叉7向原始位置移動，移動到原始位置后，等待系統(tǒng)指令更換下一 塊電池。從暫存車6取有電電池至電動車的電池位50的流程與從電動車電池位50取無電電池至?xí)捍孳?暫存位的流程相反。如圖8所示，吸頭24還包括滑動座支架30，馬達(dá)固定板33安裝在滑動座支架30上，伺服馬達(dá)減速機34安裝在馬達(dá)固定板33上，并且可以在滑動座支架30上做上下調(diào)整，用于調(diào)節(jié)同步皮帶31的張緊度。同步帶31把伺服馬達(dá)減速機34上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動傳遞到主傳動鏈輪35上,主傳動鏈輪35將轉(zhuǎn)動傳遞到如圖7所示的傳動鏈條26上，由于傳動鏈條26是固定在底座22上面是固定的，而吸頭24是相對底座22是可以自由滑動的，因此在伺服馬達(dá)減速機34的帶動下，吸頭24便在底座22上沿線性滑軌23移動。盤式電磁鐵28安裝在滑動座支架30上，當(dāng)通電以后會立即產(chǎn)生磁性，將電池51吸住。隨即便可跟隨吸頭24沿線性滑軌方向移動。管式電磁鐵29同樣安裝在滑動支架30上面，當(dāng)盤式電磁鐵28通電吸住電池51以后，因為電池51是鎖固在電動車電池位50上面的，電池51還不能從電動車電池位50上被吸頭24取下，因此需要進行解鎖動作，而解鎖動作是利用管式電磁鐵29實現(xiàn)的。如圖9所示，管式電磁鐵29，由管式電磁鐵本體36和撞針37組成。撞針37是可以在管式電磁鐵本體36上自由伸縮的，而管式電磁鐵撞針2種狀態(tài)，第一種狀態(tài)是常態(tài)，在彈簧力的作用下撞針37處于縮回的狀態(tài)。第二種狀態(tài)為解鎖狀態(tài)，此時管式電磁鐵29上的撞針37處于伸出狀態(tài)。當(dāng)撞針處于第二種狀態(tài)時，便會觸發(fā)電池51上安裝的鎖緊裝置，從而解鎖。本發(fā)明重點是將雙向的貨叉7與機械手臂3相結(jié)合，這樣保證在電池在轉(zhuǎn)移的過程中不必旋轉(zhuǎn)，即節(jié)省了空間又提高了換電的工作效率，大大減少了整個換電流程的周期。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，因此凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于車載電池的拆裝機器人，其包括 機器人本體，其位于軌道上并沿軌道在第一方向移動，其中，第一方向為電動車的車身的長度方向； 垂直升降機構(gòu)，其設(shè)置在機器人本體上，并且能夠沿第二方向進行上升和下降，其中，所述第二方向為豎直方向； 機械手臂，其設(shè)置在垂直升降機構(gòu)上； 暫存車，用于存放更換下來的無電電池和用于更換的有電電池， 其中，所述機械手臂能夠沿第三方向移動，從而接近/遠(yuǎn)離電動車，或接近/遠(yuǎn)離暫存車。
2.如權(quán)利要求I所述的拆裝機器人，其特征在于所述機械手臂包括貨叉和電池吸取機構(gòu)，所述電池吸取機構(gòu)設(shè)置在貨叉上并隨貨叉沿第三方向移動。
3.如權(quán)利要求2所述的拆裝機器人，其特征在于所述貨叉具有原始位置、在負(fù)方向具有 第一極限位置和在正方向具有第二極限位置，其中，所述負(fù)方向為沿第三方向接近電動車的方向，所述正方向為沿第三方向接近暫存車的方向。
4.如權(quán)利要求3所述的拆裝機器人，其特征在于所述貨叉的結(jié)構(gòu)分為上層、中層和下層，當(dāng)貨叉位于所述原始位置時，所述上層、中層和下層處于重合狀態(tài)；當(dāng)貨叉位于第一極限位置時，上層相對于原始位置在負(fù)方向移動一個第一極限行程的距離；當(dāng)貨叉位于第二極限位置時，上層貨叉相對于原始位置在正向移動一個第二極限行程的距離。
5.如權(quán)利要求2所述的拆裝機器人，其特征在于所述貨叉上安裝有接近開關(guān)，用于感應(yīng)電動車而停止定位。
6.如權(quán)利要求2所述的拆裝機器人，其特征在于所述電池吸取機構(gòu)包括吸頭，用于將電動車中的電池拖入所述電池吸取機構(gòu)中。
7.如權(quán)利要求6所述的拆裝機器人，其特征在于所述吸頭包括盤式電磁鐵和管式電磁鐵，所述盤式電磁鐵用于吸住電池，所述管式電磁鐵用于進行對電池相對于電動車的電池位中的解鎖動作。
8.如權(quán)利要求7所述的拆裝機器人，其特征在于所述管式電磁鐵包括管式電磁鐵本體和撞針，并且所述撞針可在管式電磁鐵本體上自由伸縮，其具有縮回的第一種狀態(tài)和伸出的解鎖狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求I所述的拆裝機器人，其特征在于所述機械手臂上安裝有鏡反射感應(yīng)開關(guān)，用于與電動車的電池位上的反射條相配合進行定位。
10.如權(quán)利要求I所述的拆裝機器人，其特征在于從暫存車取有電電池至電動車的電池位的流程與從電動車的電池位取無電電池至?xí)捍孳嚨臅捍嫖坏牧鞒滔喾础?br> 11.如權(quán)利要求I所述的拆裝機器人，其特征在于機器人本體上布置有防側(cè)翻裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于車載電池的拆裝機器人，其包括機器人本體，其位于軌道上并沿軌道在第一方向移動，其中，第一方向為電動車的車身的長度方向；垂直升降機構(gòu)，其設(shè)置在機器人本體上，并且能夠沿第二方向進行上升和下降，其中，所述第二方向為豎直方向；機械手臂，其設(shè)置在垂直升降機構(gòu)上；暫存車，用于存放更換下來的無電電池和用于更換的有電電池，其中，所述機械手臂能夠沿第三方向移動，從而接近/遠(yuǎn)離電動車，或接近/遠(yuǎn)離暫存車。
文檔編號B60S5/06GK102765373SQ20121028476
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者馬代龍 申請人:億源動力(北京)科技有限公司