本發(fā)明屬于電動汽車更換電池領(lǐng)域，涉及一種電動汽車全自動換電機(jī)器人。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染和石油資源不足是目前汽車行業(yè)發(fā)展的瓶頸。在此背景下，新能源純電動汽車應(yīng)運(yùn)而生。所謂純電動汽車是指以車載電源為動力，用電池驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。雖然純電動汽車使用的是清潔能源，但由于目前電池技術(shù)的局限性，使得純電動汽車的續(xù)航能力有限，因此，需要純電動汽車及時地充電或換電池。

對于充電方式，主要有快速充電和充電樁兩種?？焖俪潆娂夹g(shù)可以在短時間內(nèi)充滿電池電量，但嚴(yán)重?fù)p害了電池的壽命；而對于充電樁技術(shù)，由于電動汽車及電池標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，需要設(shè)計專車充電樁，嚴(yán)重降低了充電樁的使用效率。

對于換電方式，即建立一個包括充電架、充電機(jī)等設(shè)備的換電站，將電動汽車用完的電池取出并放入充電架進(jìn)行充電，同時將已充滿電的電池放入電動汽車內(nèi)，滿足電動汽車的續(xù)航要求。

目前，電動汽車為了使續(xù)航能力能達(dá)到300公里之上，通常電池的重量要大于300公斤。由于電池重量過大，對電池的取放以及方位姿態(tài)的調(diào)整都十分困難，現(xiàn)有的換電方式通常效率低下，而且準(zhǔn)確性較差。一旦電池的方位姿態(tài)調(diào)整出現(xiàn)問題，便很容易卡住，損壞電池和車體，嚴(yán)重的還會引起電池爆炸起火等危險事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的換電技術(shù)存在的效率低、準(zhǔn)確性差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電動汽車全自動換電機(jī)器人。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種電動汽車全自動換電機(jī)器人，其特殊之處在于：包括可移動的底盤，底盤上安裝主機(jī)體，主機(jī)體內(nèi)安裝換電治具；

上述主機(jī)體包括主框架和提升裝置；所述主框架底端固定于底盤上，主框架頂端安裝提升裝置；所述提升裝置與換電治具相連；

上述換電治具包括治具提升架、治具本體、貨叉和推拉機(jī)構(gòu)；所述治具提升架與提升裝置相連；所述治具本體通過一個方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與治具提升架相連；所述貨叉通過一個俯仰機(jī)構(gòu)與治具本體相連；所述推拉機(jī)構(gòu)安裝于貨叉上，推拉機(jī)構(gòu)上設(shè)置有電池解鎖機(jī)構(gòu)。

上述提升裝置包括兩個平行設(shè)置的傳動軸A和傳動軸B；傳動軸A通過一個減速機(jī)與提升電機(jī)相連；傳動軸A上安裝有驅(qū)動鏈輪，傳動軸B上安裝有從動鏈輪，所述驅(qū)動鏈輪通過一根驅(qū)動鏈條與從動鏈輪相連；兩個傳動軸均通過軸承座固定于主框架上；傳動軸的兩端各設(shè)置一個提升鏈輪，每個提升鏈輪均通過提升鏈條與治具提升架相連。

上述方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪和回轉(zhuǎn)齒輪；所述回轉(zhuǎn)齒輪包括可同軸轉(zhuǎn)動的外圈和內(nèi)圈；回轉(zhuǎn)齒輪的外圈與治具本體固定連接，回轉(zhuǎn)齒輪的內(nèi)圈與治具提升架固定連接；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)通過減速機(jī)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪相連，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪與回轉(zhuǎn)齒輪的外圈咬合；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)安裝于治具提升架上。

上述貨叉包括貨叉固定板和可伸縮的貨叉活動板；貨叉活動板的底面沿貨叉伸縮方向設(shè)置有一根伸縮從動齒條，貨叉固定板上設(shè)置有一個與所述伸縮從動齒條的位置相對應(yīng)的通孔；所述伸縮驅(qū)動齒輪穿過通孔后與伸縮從動齒條咬合；所述伸縮驅(qū)動齒輪通過一個減速機(jī)與伸縮驅(qū)動電機(jī)相連；所述伸縮驅(qū)動電機(jī)安裝于貨叉固定板上。

上述貨叉固定板的底面在貨叉伸縮方向上設(shè)置有兩個軸承座，所述軸承座與治具本體上的兩個軸承相連；所述俯仰機(jī)構(gòu)包括俯仰驅(qū)動電機(jī)、俯仰驅(qū)動齒輪和俯仰從動齒條；所述俯仰從動齒條在貨叉固定板的邊緣處與貨叉固定板垂直設(shè)置；所述俯仰驅(qū)動齒輪與俯仰從動齒條咬合；所述俯仰驅(qū)動齒輪通過一個減速機(jī)與俯仰驅(qū)動電機(jī)相連；所述俯仰驅(qū)動電機(jī)安裝于治具本體上。

上述推拉機(jī)構(gòu)包括推拉板、推拉驅(qū)動電機(jī)、推拉驅(qū)動齒輪和推拉固定齒條；所述推拉板與貨叉伸縮方向垂直，推拉板底部安裝有滑塊，所述滑塊與貨叉活動板頂面的滑軌相適配；所述推拉固定齒條在貨叉活動板的頂面與滑軌平行設(shè)置；所述推拉驅(qū)動齒輪與推拉固定齒條咬合；所述推拉驅(qū)動齒輪通過一個減速機(jī)與推拉驅(qū)動電機(jī)相連；所述推拉驅(qū)動電機(jī)安裝于推拉板上。

上述解鎖機(jī)構(gòu)包括解鎖驅(qū)動電機(jī)和解鎖頭；所述解鎖頭穿過推拉板后再通過一個減速機(jī)與解鎖驅(qū)動電機(jī)相連；所述解鎖驅(qū)動電機(jī)安裝于推拉板上；所述解鎖頭為三爪結(jié)構(gòu)。

上述底盤包括底盤驅(qū)動電機(jī)、兩個同軸設(shè)置的驅(qū)動輪和兩個同軸設(shè)置的行走輪；所述底盤驅(qū)動電機(jī)通過減速機(jī)的輸出端連接兩個聯(lián)軸器，每個聯(lián)軸器各通過一個傳動軸連接一個驅(qū)動輪；所述驅(qū)動輪位于底盤一端，所述行走輪位于底盤的另一端與驅(qū)動輪相對設(shè)置。

還包括安裝在主機(jī)體上的暫存架；所述暫存架包括多個分層設(shè)置的大電池架、小電池架和尺寸可調(diào)的兼容架。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明通過多個軸的動作聯(lián)動，實現(xiàn)電動汽車兩側(cè)電池的快速全自動更換，相比傳統(tǒng)半自動更換或單軸逐個運(yùn)動換電效率大大提高，換電成功率高。

(2)本發(fā)明通過提升裝置、方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)以及推拉機(jī)構(gòu)的配合工作，實現(xiàn)了多個方向上的運(yùn)動自由度，可以高效準(zhǔn)確的匹配電池的位置和姿態(tài)。

(3)本發(fā)明通過設(shè)置暫存架可以暫時存放需要更換或者更換后的電池，避免了換電機(jī)器人在待換電車輛與充電架之間的頻繁移動，進(jìn)一步提高了換電效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電動汽車全自動換電機(jī)器人的較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的底盤驅(qū)動部分較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的換電治具較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的提升裝置較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的貨叉較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的貨叉活動板收回狀態(tài)示意圖。

圖8為本發(fā)明的貨叉活動板伸出狀態(tài)示意圖。

圖9為本發(fā)明的俯仰機(jī)構(gòu)較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明的推拉機(jī)構(gòu)較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明的解鎖機(jī)構(gòu)較佳實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明提供的電動汽車全自動換電機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要包括可移動的底盤100，用于完成換電機(jī)器人的位移行走動作。底盤上安裝主機(jī)體200，主機(jī)體內(nèi)安裝換電治具400，用于完成電池的取放動作。

主機(jī)體200包括主框架210和提升裝置211；主框架底端固定于底盤上，主框架頂端安裝提升裝置；主框架是整個換電機(jī)器人的結(jié)構(gòu)本體，可以用矩形鋼、槽鋼、鋼板焊接而成。提升裝置211與換電治具400相連，用于完成換電機(jī)器人上下方向的動作；較佳的，主框架210內(nèi)還可以設(shè)置一個暫存架300，用于暫時存放需要更換或者更換后的電池，避免了換電機(jī)器人在待換電車輛與充電架之間的頻繁移動，提高換電效率。暫存架可以包括多個分層設(shè)置的大電池架、小電池架和尺寸可調(diào)的兼容架。

進(jìn)一步的，底盤100包括底盤驅(qū)動電機(jī)110、兩個同軸設(shè)置的驅(qū)動輪160和兩個同軸設(shè)置的行走輪170。驅(qū)動輪位于底盤一端，行走輪位于底盤的另一端與驅(qū)動輪相對設(shè)置，二者一起支撐整個換電機(jī)器人并沿軌道180行走。

參見圖2，底盤驅(qū)動電機(jī)110通過減速機(jī)120的輸出端連接兩個聯(lián)軸器130，每個聯(lián)軸器各通過一個傳動軸140連接一個驅(qū)動輪160；底盤驅(qū)動電機(jī)110為整個換電機(jī)器人的橫向移動提驅(qū)動力；減速機(jī)120用于降低轉(zhuǎn)速提高扭矩；聯(lián)軸器130用于連接減速機(jī)輸出端和傳動軸140；軸承座150用于固定驅(qū)動輪160；傳動軸140帶動驅(qū)動輪160行走。

參見圖3，本發(fā)明提供一種換電治具的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)主要包括治具提升架410、治具本體420、貨叉430和推拉機(jī)構(gòu)440。治具提升架410與提升裝置211相連，控制整個換電治具在豎直方向上的提升和下降。治具本體420通過一個方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)470與治具提升架410相連，方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)470用于控制治具本體420在水平方向上做旋轉(zhuǎn)動作。貨叉430通過一個俯仰機(jī)構(gòu)460與治具本體420相連，俯仰機(jī)構(gòu)460用于控制貨叉430相對于治具本體420在一定角度范圍內(nèi)做傾斜俯仰動作。推拉機(jī)構(gòu)440安裝于貨叉430上，在取電池時推拉機(jī)構(gòu)440向內(nèi)運(yùn)動將電池從待換電車輛、電池暫存架或者電池充電架上拉出到貨叉430上，在放電池時推拉機(jī)構(gòu)440向外運(yùn)動將電池移出貨叉430。推拉機(jī)構(gòu)440上設(shè)置有電池解鎖機(jī)構(gòu)450，用于完成電池的鎖定和解鎖。

參見圖4，本發(fā)明提供一種提升裝置的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)包括兩個平行設(shè)置的傳動軸240，傳動軸A通過一個減速機(jī)230與提升電機(jī)220相連。傳動軸A上安裝有驅(qū)動鏈輪250，傳動軸B上安裝有從動鏈輪270，驅(qū)動鏈輪250通過一根驅(qū)動鏈條與從動鏈輪270相連；兩個傳動軸均通過軸承座260固定于主框架上；傳動軸240的兩端各設(shè)置一個提升鏈輪280，每個提升鏈輪280均通過提升鏈條290與治具提升架410相連。提升電機(jī)220通過減速機(jī)230帶動傳動軸240轉(zhuǎn)動，提升鏈輪280帶動提升鏈條290上下運(yùn)動，驅(qū)動鏈輪250帶動從動鏈輪270運(yùn)動從而帶動對稱布置在另一側(cè)的兩個提升鏈輪280同時轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)4根提升鏈條290同步的上下運(yùn)動，4根提升鏈條連接著治具提升架的四個角，從而完成換電治具在豎直方向上的提升和下降動作。進(jìn)一步的，在治具提升架的四個角上還可以分別設(shè)置一個或多個導(dǎo)向輪，供提升鏈條290穿過(圖2所示為每個角上各設(shè)置兩個導(dǎo)向輪的治具提升架示例)。

參見圖5，本發(fā)明提供一種方位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)471、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪473和回轉(zhuǎn)齒輪474?；剞D(zhuǎn)齒輪474包括可同軸轉(zhuǎn)動的外圈和內(nèi)圈，回轉(zhuǎn)齒輪474的外圈與治具本體固定連接，回轉(zhuǎn)齒輪474的內(nèi)圈與治具提升架固定連接。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)471通過減速機(jī)472與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪473相連，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪473與回轉(zhuǎn)齒輪474的外圈咬合。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)471安裝于治具提升架上。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)471通過減速機(jī)472帶動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪473轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪473帶動回轉(zhuǎn)齒輪474的外圈轉(zhuǎn)動，從而使整個治具本體在水平方向上完成旋轉(zhuǎn)動作。

參見圖6，本發(fā)明提供一種貨叉的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)包括貨叉固定板436和可伸縮的貨叉活動板435。貨叉活動板的底面沿貨叉伸縮方向設(shè)置有一根伸縮從動齒條434，貨叉固定板上設(shè)置有一個與伸縮從動齒條的位置相對應(yīng)的通孔，伸縮驅(qū)動齒輪433穿過通孔后與伸縮從動齒條434咬合。伸縮驅(qū)動齒輪433通過一個減速機(jī)432與伸縮驅(qū)動電機(jī)431相連，伸縮驅(qū)動電機(jī)431安裝于貨叉固定板436上。伸縮驅(qū)動電機(jī)431通過減速機(jī)432和伸縮驅(qū)動齒輪433帶動伸縮從動齒條434運(yùn)動，從而完成貨叉活動板435的前后伸縮動作。圖7和圖8分別給出了貨叉活動板的伸出狀態(tài)和收回狀態(tài)示例。

參見圖9，本發(fā)明提供一種俯仰機(jī)構(gòu)的較佳實施例。在本實施例中，貨叉固定板的底面在貨叉伸縮方向上設(shè)置有兩個軸承座465，軸承座465與治具本體上的兩個軸承相連。俯仰機(jī)構(gòu)460的結(jié)構(gòu)包括俯仰驅(qū)動電機(jī)461、俯仰驅(qū)動齒輪463和俯仰從動齒條464。俯仰從動齒條464在貨叉固定板的邊緣處與貨叉固定板垂直設(shè)置，俯仰驅(qū)動齒輪463與俯仰從動齒條464咬合。俯仰驅(qū)動齒輪463通過一個減速機(jī)462與俯仰驅(qū)動電機(jī)461相連，俯仰驅(qū)動電機(jī)461安裝于治具本體上。俯仰驅(qū)動電機(jī)461通過減速機(jī)462帶動俯仰驅(qū)動齒輪463旋轉(zhuǎn)，使俯仰從動齒條464上下運(yùn)動，從而驅(qū)使整個貨叉沿軸承座軸向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)俯仰動作。該俯仰機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)取放電池過程中貨叉在水平方向上的修正，使貨叉和電池相對水平，便于電池取放。

參見圖10，本發(fā)明提供一種推拉機(jī)構(gòu)的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)包括推拉板447、推拉驅(qū)動電機(jī)441、推拉驅(qū)動齒輪443和推拉固定齒條444；推拉板447與貨叉伸縮方向垂直，推拉板底部安裝有滑塊446，滑塊446與貨叉活動板頂面的滑軌445相適配。推拉固定齒條444在貨叉活動板的頂面與滑軌445平行設(shè)置，推拉驅(qū)動齒輪443與推拉固定齒條444咬合。推拉驅(qū)動齒輪443通過一個減速機(jī)442與推拉驅(qū)動電機(jī)441相連，推拉驅(qū)動電機(jī)441安裝于推拉板447上。推拉驅(qū)動電機(jī)441通過減速機(jī)442驅(qū)動推拉驅(qū)動齒輪443將驅(qū)動力傳給推拉固定齒條444，反作用力驅(qū)使推拉板447在貨叉上沿滑軌445前進(jìn)或后退，從而實現(xiàn)電池取放過程中的推入或拉出汽車電池倉、暫存架或充電倉。

參見圖11，本發(fā)明提供一種解鎖機(jī)構(gòu)的較佳實施例，其結(jié)構(gòu)包括解鎖驅(qū)動電機(jī)451和解鎖頭453。解鎖頭453穿過推拉板后再通過一個減速機(jī)452與解鎖驅(qū)動電機(jī)451相連，解鎖驅(qū)動電機(jī)451安裝于推拉板上，解鎖頭453為三爪結(jié)構(gòu)。解鎖驅(qū)動電機(jī)451通過減速機(jī)452帶動解鎖頭453旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電池取放過程中的鎖止和解鎖動作。

在本發(fā)明中，換電機(jī)器人沿軌道方向(車輛行走方向)的行走軸稱為X軸、治具本體在垂直方向的升降方向稱為Z軸、貨叉板在貨叉底板上的伸出或收回方向稱為Y軸、推拉板沿固定在貨叉板上的滑軌的運(yùn)動方向稱為T軸、解鎖頭沿著自身的軸心旋轉(zhuǎn)稱為S軸、治具本體沿著回轉(zhuǎn)支撐的軸心旋轉(zhuǎn)方向稱為B軸(方位軸)、治具本體沿著軸承座的旋轉(zhuǎn)稱為C軸(俯仰軸)。

本發(fā)明提供的換電機(jī)器人具體工作方式如下：

電動汽車?？吭谥付ǖ奈恢茫捎脺p速帶或其他設(shè)備限制車輛前輪或后輪的位置來對車輛前后方向進(jìn)行粗定位。

換電機(jī)器人沿軌道行走到預(yù)設(shè)的第一塊電池的初始視覺牌照位置，視覺系測量出電池的準(zhǔn)確坐標(biāo)后反饋給換電機(jī)器人，機(jī)器人的X軸、Z軸、B軸、C軸、Y軸行走到準(zhǔn)確的電池坐標(biāo)。

機(jī)器人的S軸旋轉(zhuǎn)至解鎖狀態(tài)，T軸伸出到準(zhǔn)確的電池坐標(biāo)，S軸旋轉(zhuǎn)至鎖止?fàn)顟B(tài)，解鎖頭與電池互相鎖止，T軸回收將電池從汽車上電池倉中拉出，最終將電池拉到貨叉板上。

電池從車上取出后Y軸收回到原點(diǎn)，此時治具本體可以載著電池進(jìn)行X、Y、Z、B、C、T、S軸動作，從而實現(xiàn)將缺電電池暫存入暫存架，從暫存架取預(yù)先存好的滿電電池放入汽車，最終將暫存架上暫存的滿電電池全部換入汽車，然后將暫存架上的缺電電池全部放入充電機(jī)進(jìn)行充電。亦或直接將從汽車上取出的缺電電池放入充電機(jī)充電，從充電機(jī)其他艙位取滿電電池放入汽車，也可以實現(xiàn)換電過程。