專利名稱：一種電動公交車電池快換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電池更換系統(tǒng)，尤其是一種電動公交車電池快換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著資源與環(huán)境雙重壓力的持續(xù)增大，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工業(yè)發(fā)展的方向。然而在實際應(yīng)用中，由于受到當(dāng)前電池能量密度的限制，電動汽車的續(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，直接影響到電動汽車的推廣應(yīng)用。通常情況下，對電池慢速充電需要幾個小時才能完成，快速充電則會對電池的壽命產(chǎn)生影響。就電動公交車而言，一方面它需要較大的電池容量，另一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(dá)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(yùn)行4小時就要更換，每次要更換六到八塊，如用人工更換，至少要一到二小時，這對運(yùn)營商來講，是不容許的。目前，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)機(jī)構(gòu)對電動公交車的電池更換系統(tǒng)有一定的研究，中國專利201020561469. X提出了一種利用換電機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°的方式，以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(fù)雜，作業(yè)空間大，出現(xiàn)誤差的環(huán)節(jié)較多的不足之處；中國專利200820078476. 7“一種用于車載電池更換系統(tǒng)的定位裝置”、中國專利200410090796. 0 “一種電動公交車系統(tǒng)”等，所描述的裝置應(yīng)用也存在著諸多問題，如更換電池過程需要多次定位，更換動力電池時間較長；換電設(shè)備的可擴(kuò)展性較差，不同車輛的電池箱不能應(yīng)用同一種換電設(shè)備；相關(guān)換電設(shè)備的高度受限，不能滿足大規(guī)模集中式換電站的需求；中國專利201110138576. 0換電步驟繁瑣，換電效率較低?，F(xiàn)有技術(shù)之所以出現(xiàn)上述問題，主要是受到電池更換常規(guī)思路的限制，即現(xiàn)有的電池更換方式都是采用“轉(zhuǎn)身”方式完成電池更換，它們普遍將電池放在機(jī)器人的后方，在更換時機(jī)器人通過“轉(zhuǎn)身”動作完成電池的更換。由于前面所述的目前電池存在的狀態(tài)，這種更換方式必然將導(dǎo)致整個換電系統(tǒng)的占地面積過大，整個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)配合才能完成，因此故障率和維護(hù)成本很高，不利于電動汽車的推廣。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為解決目前電動汽車電池更換系統(tǒng)在電池更換方式上囿于旋轉(zhuǎn)式更換方式，使得整個結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大等問題，提供了一種采用豎直方向進(jìn)行電池更換的電動公交車電池快換系統(tǒng)，它將傳統(tǒng)的置于換電機(jī)器人身后的電池改為了置于換電機(jī)器人上方，從而使得機(jī)器人不再需要轉(zhuǎn)身動作即可從上方獲得充好電的電池，然后通過換電機(jī)器人在機(jī)器人的同側(cè)即可完成電池更換操作，不僅節(jié)省了電池占用的空間，還減少了換電機(jī)器人的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，更進(jìn)一步提高了設(shè)備的可靠性和更換效率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種電動公交車電池快換系統(tǒng)，它包括充電電池置于上部的充電貨架單兀，與充電貨架單元同側(cè)相配合的設(shè)有至少一個升降式換電機(jī)器人，同時升降式換電機(jī)器人沿充電貨架單元長度方向運(yùn)動；升降式換電機(jī)器人從電動公交車取下需更換的電池，舉升到充電貨架單元上部的存放電池處，將待需更換電池?fù)Q下，將已充電電池取上后下降到電池更換
位置完成電動公交車的電池更換。所述升降式換電機(jī)器人包括機(jī)器人本體和主控臺，其中機(jī)器人本體包括機(jī)械部分和電氣控制部分所述機(jī)械部分包括分別在X、Y、Z三個直角坐標(biāo)方向運(yùn)動的水平移動單元、載物平臺單元和承重單元，所述承重單元設(shè)置在水平移動單元上，所述載物平臺單元設(shè)置在所述承重單元上；所述的電氣控制部分包括與主控計算機(jī)系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，無線通信模塊I ;所述的動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)與機(jī)械部分中的水平移動單元、承重單元和載物平臺單元中的傳動裝置連接；所述主控臺通過其設(shè)有的無線通信模塊II與無線通信模塊I建立無線通訊，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置的信息控制動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)完成所需的動作。所述承重單元包括由上橫梁、下橫梁和兩根立柱組成的門式結(jié)構(gòu)，所述上橫梁上設(shè)有兩組橫向?qū)蜉啠鰞山M橫向?qū)蜉喼g夾持有安裝在充電貨架單元上的天軌；所述天軌上安裝有用于設(shè)備取電的滑觸線槽和用于水平方向工位尋址的水平認(rèn)址片；所述兩根立柱上設(shè)有至少一組電機(jī)驅(qū)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單元上；所述至少一根立柱上設(shè)有豎直方向?qū)ぶ返目v向認(rèn)址片。所述的水平移動單元包括兩側(cè)均具有輪緣的滾輪和隨動滾輪，與承重單元的下橫梁相連接的地軌，以及地軌端部設(shè)有限位撞塊，所述滾輪和隨動滾輪與電機(jī)減速機(jī)相連，所述電機(jī)減速機(jī)設(shè)置承重單元的下橫梁上并與水平運(yùn)動伺服電機(jī)連接。載物平臺單元包括載物臺以及其上設(shè)有的電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)有電池推送機(jī)構(gòu)所述載物臺下部是電池推送機(jī)構(gòu)，電池推送機(jī)構(gòu)下部是水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，載物臺側(cè)面設(shè)有傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，載物臺兩端設(shè)有支架，所述支架上設(shè)有多組縱向?qū)蜉啠嘟M縱向?qū)蜉喎謩e沿承重單元兩根立柱排布。所述電池推送機(jī)構(gòu)上設(shè)有支撐橫梁，支撐橫梁與電池托盤連接；電池推送機(jī)構(gòu)還包括導(dǎo)向軌道、電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)以及電磁推手；電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)與電磁推手分別與各自設(shè)有的齒輪齒條機(jī)構(gòu)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(nèi)箱上兩圓形鐵塊相對應(yīng)；所述電磁推手的推手工作面還設(shè)有與電池內(nèi)箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)向軌道設(shè)置在電池推送機(jī)構(gòu)上表面；所述導(dǎo)向軌道與電池內(nèi)箱相匹配，所述電池內(nèi)箱為將電池成組放置的箱體；所述支撐橫梁兩端各設(shè)有至少一個超聲波測距傳感器和至少一個壓力傳感器，所述壓力傳感器位于超聲波測距傳感器內(nèi)側(cè)；所述傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝在載物臺一端的齒輪弧形齒條，與之配合連接的傾斜驅(qū)動電機(jī)，所述傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還設(shè)有傾斜旋轉(zhuǎn)軸，傾斜旋轉(zhuǎn)軸安裝在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)底板I上，傾斜驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動載物臺繞傾斜旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行傾斜操作；所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)底板I、底板II，旋轉(zhuǎn)底板I通過連桿與絲杠螺母連接，絲杠螺母安裝在絲杠上，絲杠與水平驅(qū)動電機(jī)連接，水平驅(qū)動電機(jī)通過推動連桿帶動旋轉(zhuǎn)底板I繞水平旋轉(zhuǎn)軸水平轉(zhuǎn)動。所述主控計算機(jī)系統(tǒng)為工控機(jī)I以及PLC控制器，所述PLC控制器與工控機(jī)I通過工業(yè)以太網(wǎng)通信連接； 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括超聲波傳感器、光電傳感器、色標(biāo)傳感器、DMP位置傳感器；所述超聲波傳感器、色標(biāo)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(jī)器人X軸和Z軸方向的定位；所述動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括6個伺服驅(qū)動器，所述6個電機(jī)的伺服驅(qū)動器分別與水平移動單元，載物平臺單元和承重單元、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，解鎖裝置中的相應(yīng)伺服電機(jī)連接，所述的各伺服電機(jī)的軸上設(shè)有編碼器，編碼器的信號輸出端與PLC控制器連接；同時在水平移動單元，載物平臺單元和承重單元中工作零點(diǎn)定位處設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)與PLC控制器連接。所述主控臺包括柜體，所述柜體內(nèi)底部裝有工控機(jī)II，柜體正面上半部設(shè)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(yùn)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與工控機(jī)II通過網(wǎng)口相連，所述運(yùn)行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉(zhuǎn)換電路板與工控機(jī)II的相連。所述主控計算機(jī)系統(tǒng)還與機(jī)器人無線遙控裝置通信。一種采用電動公交車電池快換系統(tǒng)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(jī)系統(tǒng)或主控臺或無線遙控裝置下發(fā)復(fù)位指令，升降式換電機(jī)器人的各個軸觸發(fā)限位開關(guān)后尋零，回到原點(diǎn)位置；2)卸電池車輛安全停靠指定換電區(qū)域后，升降式換電機(jī)器人根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)信息通過主控計算機(jī)系統(tǒng)或機(jī)器人主控臺或無線遙控裝置水平移動到指定的作業(yè)點(diǎn)，依據(jù)DMP位置傳感器、超聲波傳感器I信號調(diào)整電池托盤姿態(tài)，準(zhǔn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度位置信號送至PLC控制器存儲，根據(jù)色標(biāo)傳感器反饋信號判斷并確認(rèn)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(biāo)點(diǎn)和光電傳感器控制換電機(jī)器人上升，依據(jù)DMP位置傳感器、超聲波傳感器I信號調(diào)整電池托盤姿態(tài)，準(zhǔn)確的將電池送入充電艙；然后PLC控制器根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和光電傳感器控制換電機(jī)器人，依據(jù)DMP位置傳感器、超聲波傳感器I信號調(diào)整電池托盤姿態(tài)，將另一充電艙中充滿的電池取下來；4)安裝電池PLC控制器控制升降式換電機(jī)器人下降到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整電池托盤的姿態(tài)，將電池安裝到電池倉中，依據(jù)色標(biāo)傳感器檢測信號判斷并確認(rèn)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?fù)Q電完成；5)重復(fù)過程2)、3)、4)，直至更換所有乏電池，升降式換電機(jī)器人回到原點(diǎn)待機(jī)。本實用新型利用升降式換電機(jī)器人使動力電池在充電貨架單元和電動公交車之間交換，使其完成快速更換動力電池工作。本實用新型對稱分布于待充電電動公交車兩側(cè)，適用于電動公交車兩側(cè)動力電池同時更換。本實用新型的有益效果是本實用新型充電電池單元與車體為垂直方向布置，避免了電池旋轉(zhuǎn)的繁瑣動作，結(jié)構(gòu)簡潔；升降式換電機(jī)器人的應(yīng)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(jī)器人能夠按動力公交車電池位置進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，自動識別以及快速、準(zhǔn)確、安全的對電動公交車電池進(jìn)行更換，換電過程定位精度高、相對位移量小、位置準(zhǔn)確，實現(xiàn)對不同種類電動公交車動力電池的快速更換。

圖I為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型電池?fù)Q電機(jī)器人示意圖；圖3為本實用新型的換電機(jī)器人載物平臺單元后視結(jié)構(gòu)示意圖；·[0036]圖4為本實用新型載物平臺單元傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)前視示意圖；圖5A為本實用新型載物平臺單元水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖；圖5B為本實用新型載物平臺單元水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)A-A示意圖；圖6為本實用新型換電機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖；圖7為本實用新型的充電貨架單元結(jié)構(gòu)示意圖。其中I、升降式換電機(jī)器人，2、充電貨架單元，3、控制臺，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(qū)動機(jī)構(gòu)，110.電磁推手，111.縱向?qū)蜉啠?12.解鎖機(jī)構(gòu)，113.電磁吸盤，114.橫向?qū)蜉啠?01.電池內(nèi)箱，202.壓力傳感器，204.導(dǎo)向軌道，205.超聲波測距傳感器，206.傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，207.電池推送機(jī)構(gòu)，208.電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動伺服電機(jī)，210.水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，211.支撐橫梁，301傾斜轉(zhuǎn)軸，302.弧形齒條，303.傾斜驅(qū)動伺服電機(jī)，401.旋轉(zhuǎn)底板1,402.底板II，403.水平旋轉(zhuǎn)軸，404.水平驅(qū)動伺服電機(jī)，405.絲杠，406.絲杠螺母，407.連桿，501.主控計算機(jī)系統(tǒng)，502. PLC控制器，503.限位開關(guān)，504. 6自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動電機(jī)，505. 6個電機(jī)的伺服驅(qū)動器,506.電機(jī)編碼器，507.急停開關(guān)I，508.超聲波傳感器I，509.色標(biāo)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 ;601、動力電池602、充電艙，603充電框架；
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示,它包括充電電池置于上部的充電貨架單元2,與充電貨架單元2同側(cè)相配合的設(shè)有至少一個升降式換電機(jī)器人1，同時升降式換電機(jī)器人I沿充電貨架單元2長度方向運(yùn)動；升降式換電機(jī)器人I從電動公交車取下需更換的電池，舉升到充電貨架單元上部的存放電池處，將待需更換電池?fù)Q下，將已充電電池取上后下降到電池更換位置完成電動公交車的電池更換。圖2、圖3中表示本實用新型換電機(jī)器人以及載物平臺單元后視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中該系統(tǒng)中的機(jī)械部分設(shè)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(biāo)主體結(jié)構(gòu)，水平移動單元107包括兩側(cè)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(shè)有限位撞塊106，所述滾輪和隨動滾輪與電機(jī)減速機(jī)相連，所述電機(jī)減速機(jī)設(shè)置承重單元的下橫梁104上并與水平運(yùn)動伺服電機(jī)連接。承重單元設(shè)置在水平移動單元107上部，載物平臺單元與所述承重單元連接，載物平臺單元上包括設(shè)有的載物臺108以及其上設(shè)有的電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)109，電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)109上設(shè)置有電池推送機(jī)構(gòu)207 ；電氣控制部分包括與主控計算機(jī)系統(tǒng)501連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，無線通信模塊1512，動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)與機(jī)械部分中的水平移動單元107、承重單元和載物平
臺單元中的傳動裝置連接；承重單元包括由上橫梁101、下橫梁104和兩根立柱103組成的門式結(jié)構(gòu)，所述上橫梁101上設(shè)有兩組橫向?qū)蜉?14，所述兩組橫向?qū)蜉?14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(shè)備取電的滑觸線槽和用于水平方向工位尋址的水平認(rèn)址片；所述兩根立柱103中一側(cè)立柱103設(shè)有一組電機(jī)驅(qū)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單元上；一根立柱103上設(shè)有豎直方向?qū)ぶ返目v向認(rèn)址片用于縱向的方向識別。載物臺108兩端設(shè)有支架，所述支架上設(shè)有多組縱向?qū)蜉?11，多組縱向?qū)蜉?11分別沿承重單元兩根立柱103排布；圖3中，所述電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)109包括與載物臺108連接的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210，載物臺108側(cè)面設(shè)有傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206，下面設(shè)有電池推送機(jī)構(gòu)207，所述電池推送機(jī)構(gòu)207上設(shè)有支撐橫梁211 ;支撐橫梁211與設(shè)有的電池托盤連接。所述的電池推送機(jī)構(gòu)207包括導(dǎo)向軌道204、電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動伺服電機(jī)208以及電磁推手110 ;電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動伺服電機(jī)208與電磁推手110分別與各自設(shè)有的齒輪齒條機(jī)構(gòu)連接，電磁推手110的推手工作面上安有兩塊圓形電磁吸盤113，分布于工作面兩端，位置與電池內(nèi)箱上兩圓形鐵塊相對應(yīng)；所述電磁推手110的推手工作面還設(shè)有與電池內(nèi)箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機(jī)構(gòu)112。所述電池內(nèi)箱為將電池成組放置的箱體。所述導(dǎo)向軌道204設(shè)置在電池推送機(jī)構(gòu)207上表面；所述解鎖機(jī)構(gòu)112為解鎖電機(jī)驅(qū)動撥叉狀結(jié)構(gòu)，設(shè)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(nèi)箱上的鎖緊裝置；電池推送機(jī)構(gòu)207上平面上設(shè)有與電池內(nèi)箱201對應(yīng)的導(dǎo)向軌道204，電池內(nèi)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(shè)有一個超聲波測距傳感器205和一個壓力傳感器202，分別設(shè)在支撐橫梁211兩端的壓力傳感器202位于超聲波測距傳感器205的內(nèi)側(cè)。圖4中，本實用新型載物平臺單元傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)前視示意圖，傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206包括安裝在載物臺108上左端的齒輪弧形齒條302，傾斜驅(qū)動伺服電機(jī)303帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪弧形齒條嚙合傳動，弧形齒條302帶動載物臺108繞傾斜轉(zhuǎn)軸301旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)傾斜運(yùn)動；傾斜旋轉(zhuǎn)軸301安裝在旋轉(zhuǎn)底板1401上。圖5A，圖5B中，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210包括水平驅(qū)動伺服電機(jī)404，它帶動絲杠405轉(zhuǎn)動，絲杠405帶動絲杠螺母406水平直線運(yùn)動，絲杠螺母406與連桿407鉸接，連桿407與旋轉(zhuǎn)底板1401鉸接，旋轉(zhuǎn)底板1401與安裝在載物臺108上底板II402通過水平旋轉(zhuǎn)軸403疊放，當(dāng)連桿407在絲杠螺母406的帶動下移動時，連桿407帶動旋轉(zhuǎn)底板1401繞水平旋轉(zhuǎn)軸403進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)操作；圖6中，電氣系統(tǒng)包括主控計算機(jī)系統(tǒng)501、PLC控制器502、限位開關(guān)503、6個電機(jī)的伺服驅(qū)動器505、電機(jī)編碼器506、急停開關(guān)I 507、超聲波傳感器1508、色標(biāo)傳感器509、光電傳感器510、DMP位置傳感器511。其中主控計算機(jī)系統(tǒng)501包括顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、主機(jī)和軟件系統(tǒng)，主機(jī)采用X86系列工控機(jī)，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(wù)處理，操作人員可以用鼠標(biāo)和鍵盤對主控計算機(jī)進(jìn)行操作；西門子PLC300型邏輯控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部件，通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控計算機(jī)系統(tǒng)501進(jìn)行通信，通過對超聲波傳感器1508、色標(biāo)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(yīng)驅(qū)動電機(jī)進(jìn)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(biāo)傳感器509、DMP位置 傳感器511。超聲波傳感器1508、色標(biāo)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(jī)器人X軸和Z軸方向的定位。限位開關(guān)503用于每個運(yùn)動軸的參考機(jī)械零點(diǎn)。每個伺服驅(qū)動器505可以監(jiān)控相對應(yīng)的電機(jī)的運(yùn)行電流、電機(jī)堵轉(zhuǎn)或超過額定負(fù)載時能夠向控制器報警。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，運(yùn)動控制系統(tǒng)能夠?qū)收蠣顟B(tài)自主的進(jìn)行判斷處理，并將故障內(nèi)容上報上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。急停開關(guān)1507主要是對設(shè)備運(yùn)行中的緊急情況進(jìn)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(jī)器人根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和DMP位置傳感器511、超聲波傳感器1508的信號動態(tài)調(diào)整傾斜驅(qū)動206，準(zhǔn)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(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度位置信號送至PLC控制器存儲，解鎖電機(jī)驅(qū)動解鎖機(jī)構(gòu)112進(jìn)行電池箱解鎖，依據(jù)色標(biāo)傳感器509反饋信號判斷并確認(rèn)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502根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和X、Z軸方向上的光電傳感器510信號，控制升降式換電機(jī)器人I上升到充電貨架單元2的相應(yīng)位置，將乏電池對準(zhǔn)充電貨架單元2中的空充電艙602，電池托盤伸出，將取下的需要充電的乏電池放入充電艙602中，電磁吸盤斷電，收回電池托盤。PLC控制器502根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和X、Z軸方向上的光電傳感器510信號,控制升降式換電機(jī)器人I水平移動對準(zhǔn)充電貨架單兀的充電艙602中的充滿電的電池，準(zhǔn)確的將電池托盤伸到與充電艙602平齊的位置，同時傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206和水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210的旋轉(zhuǎn)角度位置信號送至PLC控制器502存儲，解鎖機(jī)構(gòu)112進(jìn)行電池箱解鎖，依據(jù)色標(biāo)傳感器509反饋信號判斷并確認(rèn)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113產(chǎn)生電磁吸力，將滿電池從充電貨架單元2的充電艙602中取出。PLC控制器502控制升降式換電機(jī)器人I下降并運(yùn)動到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206和水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210的旋轉(zhuǎn)角度值，調(diào)整傾斜驅(qū)動206和水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210，進(jìn)而調(diào)整電池托盤的姿態(tài)，最終將電池安裝到車輛電池倉中，解鎖機(jī)構(gòu)112進(jìn)行電池鎖止，依據(jù)色標(biāo)傳感器509判斷并確認(rèn)鎖止是否完成，鎖止成功，緊接PLC控制器502控制電磁吸盤113失電，電磁吸盤113與電池箱脫離，Y軸方向縮回，單箱電池?fù)Q電完成，重復(fù)第一箱更換過程，直至更換全部電池，機(jī)器人回到原點(diǎn)待機(jī)。所述滾輪和隨動滾輪的兩側(cè)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(yùn)動，隨動滾輪沿地軌直線運(yùn)行。電磁推手110安裝在電池推送機(jī)構(gòu)207上，電池推送機(jī)構(gòu)207帶動其上的電磁推手110進(jìn)行動力電池伸出\縮回。同時，換電機(jī)器人上的電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)109縮回時，才允許換電機(jī)器人進(jìn)行水平行走和載物臺108的豎直運(yùn)動，其目的在于防止由于誤操而產(chǎn)生的碰撞。電池推送機(jī)構(gòu)207設(shè)置于傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206上，其包括導(dǎo)向軌道204、電磁吸盤113、解鎖機(jī)構(gòu)112、將電池利用導(dǎo)向軌道204托住，同時,利用電磁吸盤113吸附,并利用電池推送機(jī)構(gòu)207將動力電池推送進(jìn)入指定位置。壓力傳感器202分布設(shè)置在支撐橫梁211兩側(cè)，同時，超聲波測距傳感器205分布設(shè)置在壓力傳感器202內(nèi)側(cè)，換電機(jī)器人電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)上包括的支撐橫梁211、傾斜驅(qū)動電機(jī)303、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210、電池推送機(jī)構(gòu)207中。電池推送機(jī)構(gòu)207通過電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)208來驅(qū)動。·電磁推手110與電池內(nèi)箱201相對應(yīng)。載物臺108上安裝兩軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對電動公交車取送電池時的姿態(tài)調(diào)整。公交車進(jìn)站換電時行進(jìn)方向偏差(水平夾角)調(diào)整；車內(nèi)電池與地面夾角(傾斜夾角)的自動適應(yīng)。所述的電磁推手110與堆垛機(jī)上的電磁推手結(jié)構(gòu)類似；2個超聲波測距傳感器205 (測量水平夾角)；2個壓力傳感器202，光電傳感器510配合貼在公交車內(nèi)電池外箱上的反光板測量傾斜夾角，并能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)取送電池過程中，跟隨車身高度變化實現(xiàn)隨動功倉泛。所述限位開關(guān)與PLC控制器502連接，分別設(shè)置在水平移動單元，載物平臺單元和承重單元中工作零點(diǎn)定位處，且與對應(yīng)的各伺服電機(jī)接觸連接。主控臺包括柜體，所述柜體內(nèi)底部裝有工控機(jī)II，柜體正面上半部設(shè)有電阻式觸摸屏，柜體背面安裝有無線通信模塊11513，所述柜體上觸摸屏的下方安裝有運(yùn)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II513與工控機(jī)II相連，所述運(yùn)行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉(zhuǎn)換電路板與工控機(jī)II的相連；柜體背面設(shè)有柜體門，柜體門上設(shè)有防雨鎖；工控機(jī)通過VGA接口與電阻式觸摸屏相連接；無線通信模塊II513通過網(wǎng)口與工控機(jī)II通信；無線通信模塊II513以及無線通信模塊1512采用WiFi的IEEE 802. 11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)或⑶MA模塊或EDGE模塊。主控計算機(jī)系統(tǒng)501還包括無線遙控裝置，所述無線遙控裝置包括殼體，在所述的殼體上設(shè)有總開關(guān)、兩個二維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服控制器上電按鈕；殼體內(nèi)設(shè)有主控板和無線通信模塊III514 ;所述的總開關(guān)、兩個二維搖桿、啟動按鈕、停止按鈕、伺服控制器上電按鈕、無線通信模塊III514與主控板連接；所述主控板將二維搖桿的方向信息轉(zhuǎn)換成電信號，通過無線通信模塊III514收發(fā)指令控制換電機(jī)器人的運(yùn)動；所述的殼體上設(shè)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(shè)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(shè)有備用按鈕；所述上位機(jī)設(shè)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III514無線通訊。電動公交車換電機(jī)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(jī)系統(tǒng)501或主控臺或無線遙控裝置下發(fā)復(fù)位指令，機(jī)器人的各個軸觸發(fā)限位開關(guān)503后 尋零，各個軸回到原點(diǎn)位置；2)卸電池車輛安全停靠指定換電區(qū)域后，升降式換電機(jī)器人I根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)信息通過主控計算機(jī)系統(tǒng)501或機(jī)器人主控臺或無線遙控裝置移動到指定的作業(yè)點(diǎn)，依據(jù)DMP位置傳感器511、超聲波傳感器1508信號調(diào)整電池托盤姿態(tài)，準(zhǔn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210、傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206的旋轉(zhuǎn)角度位置信號送至PLC控制器502存儲，解鎖機(jī)構(gòu)解鎖，根據(jù)色標(biāo)傳感器509反饋信號判斷并確認(rèn)是否解鎖完成，解鎖成功之后，利用載物平臺單元中的電磁吸盤113將電池從車體的電池倉中取出；3)取放電池PLC控制器502根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和X、Z軸方向上的光電傳感器510信號，控制升降式換電機(jī)器人I上升到充電貨架單元2的相應(yīng)位置，將乏電池對準(zhǔn)充電貨架單元2中的空充電艙602，電池托盤伸出，將取下的需要充電的乏電池放入充電艙602中，PLC控制器502控制電磁吸盤113失電，電磁吸盤113與電池脫離，電磁推手110沿載物臺縮回固定；PLC控制器502根據(jù)存儲的坐標(biāo)點(diǎn)和X、Z軸方向上的光電傳感器510信號，控制升降式換電機(jī)器人I對準(zhǔn)充電貨架單元2的充電艙602中的充滿電的電池，準(zhǔn)確的將電池托盤伸到與充電艙602平齊的位置，同時傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206和水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210的旋轉(zhuǎn)角度位置信號送至PLC控制器502存儲，解鎖機(jī)構(gòu)112進(jìn)行電池箱解鎖，依據(jù)色標(biāo)傳感器509反饋信號判斷并確認(rèn)解鎖完成，之后，Y軸方向帶有電磁吸盤113的電磁推手110上電，電磁吸盤113產(chǎn)生電磁吸力，將滿電池從充電貨架單元2的充電艙602中取出。4)安裝電池PLC控制器502控制升降式換電機(jī)器人I下降到車體電池倉的位置，根據(jù)存儲的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)210、傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)206的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整電池托盤的姿態(tài)，將電池安裝到電池倉中，解鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行電池鎖止，依據(jù)色標(biāo)傳感器509檢測信號判斷并確認(rèn)鎖止完成，PLC控制器502控制電磁吸盤113失電，電磁吸盤113與電池脫離，電磁推手110沿載物臺108縮回固定，單箱電池?fù)Q電完成；5)重復(fù)過程2)、3)、4)，直至更換所有乏電池，機(jī)器人回到原點(diǎn)待機(jī)。上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，它包括充電電池置于上部的充電貨架單元(2)，與充電貨架單元(2)同側(cè)相配合的設(shè)有至少一個升降式換電機(jī)器人(I)，同時升降式換電機(jī)器人(I)沿充電貨架單元(2)長度方向運(yùn)動；升降式換電機(jī)器人(I)從電動公交車取下需更換的電池，舉升到充電貨架單元上部的存放電池處，將待需更換電池?fù)Q下，將已充電電池取上后下降到電池更換位置完成電動公交車的電池更換。
2.如權(quán)利要求I所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述升降式換電機(jī)器人(I)包括機(jī)器人本體和主控臺(3)，其中機(jī)器人本體包括機(jī)械部分和電氣控制部分 所述機(jī)械部分包括分別在X、Y、Z三個直角坐標(biāo)方向運(yùn)動的水平移動單元(107)、載物平臺單元和承重單元，所述承重單元設(shè)置在水平移動單元(107)上，所述載物平臺單元設(shè)置在所述承重單元上； 所述的電氣控制部分包括與主控計算機(jī)系統(tǒng)(501)連接的數(shù)據(jù)采集裝置、動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，無線通信模塊I ;所述的動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)與機(jī)械部分中的水平移動單元(107)、承重單元和載物平臺單元中的傳動裝置連接； 所述主控臺(3)通過其設(shè)有的無線通信模塊II (513)與無線通信模塊I (512)建立無線通訊，根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置的信息控制動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)完成所需的動作。
3.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述承重單元包括由上橫梁(101)、下橫梁(104)和兩根立柱(103)組成的門式結(jié)構(gòu)，所述上橫梁(101)上設(shè)有兩組橫向?qū)蜉?114)，所述兩組橫向?qū)蜉?114)之間夾持有安裝在充電貨架單元(2)上的天軌(102);所述天軌(102)上安裝有用于設(shè)備取電的滑觸線槽和用于水平方向工位尋址的水平認(rèn)址片；所述兩根立柱(103)上設(shè)有至少一組電機(jī)驅(qū)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單元上；所述至少一根立柱(103)上設(shè)有豎直方向?qū)ぶ返目v向認(rèn)址片。
4.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述的水平移動單元(107)包括兩側(cè)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)，以及地軌(105)端部設(shè)有限位撞塊(106)，所述滾輪和隨動滾輪與電機(jī)減速機(jī)相連，所述電機(jī)減速機(jī)設(shè)置承重單元的下橫梁(104)上并與水平運(yùn)動伺服電機(jī)連接。
5.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，載物平臺單元包括載物臺(108)以及其上設(shè)有的電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)(109)，所述電池驅(qū)動機(jī)構(gòu)(109)設(shè)有電池推送機(jī)構(gòu)(207)所述載物臺(108)下部是電池推送機(jī)構(gòu)(207)，電池推送機(jī)構(gòu)(207)下部是水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(210)，載物臺(108)側(cè)面設(shè)有傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(206)，載物臺(108)兩端設(shè)有支架，所述支架上設(shè)有多組縱向?qū)蜉?111)，多組縱向?qū)蜉?111)分別沿承重單元兩根立柱(103)排布。
6.如權(quán)利要求5所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述電池推送機(jī)構(gòu)(207)上設(shè)有支撐橫梁(211)，支撐橫梁(211)與電池托盤連接；電池推送機(jī)構(gòu)(207)還包括導(dǎo)向軌道(204)、電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)(208)以及電磁推手(110)； 電池推送機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)(208)與電磁推手(110)分別與各自設(shè)有的齒輪齒條機(jī)構(gòu)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(nèi)箱上兩圓形鐵塊相對應(yīng)；所述電磁推手(110)的推手工作面還設(shè)有與電池內(nèi)箱上的鎖緊裝置相配合的解鎖機(jī)構(gòu)；所述導(dǎo)向軌道設(shè)置(204)在電池推送機(jī)構(gòu)(207)上表面；所述導(dǎo)向軌道(204)與電池內(nèi)箱相匹配，所述電池內(nèi)箱為將電池成組放置的箱體；所述支撐橫梁(211)兩端各設(shè)有至少一個超聲波測距傳感器(205)和至少一個壓力傳感器(202)，所述壓力傳感器(202)位于超聲波測距傳感器(205)內(nèi)側(cè)； 所述傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括安裝在載物臺(108) —端的齒輪弧形齒條(302)，與之配合連接的傾斜驅(qū)動電機(jī)(303)，所述傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)還設(shè)有傾斜旋轉(zhuǎn)軸(301)，傾斜旋轉(zhuǎn)軸(301)安裝在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)底板1(401)上，傾斜驅(qū)動電機(jī)(303)驅(qū)動載物臺(108)繞傾斜旋轉(zhuǎn)軸(301)進(jìn)行傾斜操作； 所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)底板I (401)、底板II (402)，旋轉(zhuǎn)底板I (401)通過連桿(405)與絲杠螺母(406)連接，絲杠螺母(406)安裝在絲杠(405)上，絲杠(405)與水平驅(qū)動電機(jī)(404)連接，水平驅(qū)動電機(jī)(404)通過推動連桿(405)帶動旋轉(zhuǎn)底板I (401)繞水平旋轉(zhuǎn)軸(403)水平轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述主控計算機(jī)系統(tǒng)(501)為工控機(jī)I以及PLC控制器(502)，所述PLC控制器(502)與工控機(jī)I通過工業(yè)以太網(wǎng)通信連接； 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括超聲波傳感器(508)、光電傳感器(510)、色標(biāo)傳感器(509)、DMP位置傳感器(511);所述超聲波傳感器(508)、色標(biāo)傳感器(510)、DMP位置傳感器(511)安裝在電磁推手(110)上；所述光電傳感器(510)安裝在上橫梁(101)和立柱(103)上，用于對機(jī)器人X軸和Z軸方向的定位； 所述動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括6個伺服驅(qū)動器(505)，所述6個電機(jī)的伺服驅(qū)動器(505)分別與水平移動單元(107)，載物平臺單元和承重單元、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(210)，傾斜夾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(206)，解鎖裝置(112)中的相應(yīng)伺服電機(jī)連接，所述的各伺服電機(jī)的軸上設(shè)有編碼器，編碼器的信號輸出端與PLC控制器連接；同時在水平移動單元，載物平臺單元和承重單元中工作零點(diǎn)定位處設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)與PLC控制器連接。
8.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述主控臺(3)包括柜體，所述柜體內(nèi)底部裝有工控機(jī)II，柜體正面上半部設(shè)有電阻式觸摸屏，柜體背面安裝有無線通信模塊II (513)，所述柜體上觸摸屏的下方安裝有運(yùn)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 (513)與工控機(jī)II通過網(wǎng)口相連，所述運(yùn)行狀態(tài)指示燈和急停按鈕通過電平轉(zhuǎn)換電路板與工控機(jī)II的相連。
9.如權(quán)利要求2所述的電動公交車電池快換系統(tǒng)，其特征是，所述主控計算機(jī)系統(tǒng)(501)還與機(jī)器人無線遙控裝置通信。
專利摘要本實用新型公開一種電動公交車電池快換系統(tǒng)，它將電池改為了置于換電機(jī)器人上方，從而使得機(jī)器人不再需要轉(zhuǎn)身動作即可從上方獲得充好電的電池，然后通過換電機(jī)器人在機(jī)器人的同側(cè)即可完成電池更換操作，不僅節(jié)省了電池占用的空間，還減少了換電機(jī)器人的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，更進(jìn)一步提高了設(shè)備的可靠性和更換效率。它包括充電電池置于上部的充電貨架單元，與充電貨架單元同側(cè)相配合的設(shè)有至少一個升降式換電機(jī)器人，同時升降式換電機(jī)器人沿充電貨架單元長度方向運(yùn)動；升降式換電機(jī)器人從電動公交車取下需更換的電池，舉升到充電貨架單元上部的存放電池處，更換電池后，下降到電池更換位置完成電動公交車的電池更換。
文檔編號B60S5/06GK202491788SQ20122010631
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者盧劍峰, 厲秉強(qiáng), 姜志鵬, 王同斌, 趙金龍 申請人:山東魯能智能技術(shù)有限公司