專利名稱：電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(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，尤其涉及一種電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(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。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。 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汽車能量快速補(bǔ)給的有效辦法之一。電動乘用車應(yīng)用范圍廣泛，有運(yùn)營性質(zhì)的需要長時間工作的出租車及公務(wù)用車，對能量的快速補(bǔ)給要求迫切。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，如用人工更換，至少要半個小時的時間，這對運(yùn)營商和用戶來講，是不容許的，因此，快速更換電池獲取能量補(bǔ)給成了電動乘用車應(yīng)用推廣的主要障礙。目前，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)機(jī)構(gòu)對電動乘用車的電池更換系統(tǒng)有一定的研究。中國專利ZL201010297770. 9提出了一種電動乘用車電池更換裝置及換電系統(tǒng)。該系統(tǒng)提出了一種電動乘用車電池更換方案，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，換電時間長，容易出現(xiàn)電池箱更換時卡住或者停滯的現(xiàn)象。因此非常有必要設(shè)計(jì)一套新型的電動乘用車電池快換機(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上述技術(shù)問題，提供一種電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)能在3個自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動調(diào)整，其控制精度高、電池更換時間短，大大提高了電動乘用車電池快換機(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—種電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括主控機(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模塊電連接。所述主控機(jī)構(gòu)包括主控計(jì)算機(jī)和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)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、SICK的DMP位置監(jiān)測傳感器、光電傳感器，所述電機(jī)編碼器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)電連接，超聲傳感器安裝在電池托盤上，用于實(shí)時監(jiān)測電池托盤與車輛底盤之間的距離，DMP位置監(jiān)測傳感器安裝在電池托盤上，用于監(jiān)測電池與車輛底盤之間的角度偏差，光電傳感器與PLC控制器電連接，用于對X軸行走進(jìn)行定位。所述光電傳感器安裝在所述機(jī)器人的上橫梁和立柱上充電電池兩側(cè)位置，用于對機(jī)器人的X軸和Z軸方向的定位。所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括X軸、R軸和Z軸的3自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動電機(jī)，以及所述3個電機(jī)的伺服驅(qū)動器及控制柜，所述X軸為換電機(jī)器人水平運(yùn)動方向，其行程兩端安裝限位開關(guān)；Z軸由兩級油缸控制，接近電動汽車底盤；R軸為旋轉(zhuǎn)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)電池托盤的水
平調(diào)整。所述I/O模塊包括與PLC控制器電聯(lián)接的急停開關(guān)。 本實(shí)用新型中的X軸電機(jī)驅(qū)動器，液壓控制單元，R軸電機(jī)驅(qū)動器均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。本實(shí)用新型的主控機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)充換電站的監(jiān)控、換電流程的管理、換電機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和故障處理等功能。歐姆龍PLC是整個控制系統(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3個自由度的電機(jī)進(jìn)行邏輯控制來滿足整個換電流程的要求。超聲傳感器，能檢測電池托盤與電池之間的距離，PLC通過判斷距離信號判斷電池托盤是否成功托起電池，如果尚未托起則繼續(xù)使油缸上升，逐漸接近底盤電池。機(jī)器人上裝有兩個DMP位置監(jiān)測傳感器，在相對電池充電工位進(jìn)行取電池和放電池時，首先根據(jù)示教存儲的坐標(biāo)值進(jìn)行初步定位，然后，兩個DMP位置監(jiān)測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)器人才對電池進(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。本實(shí)用新型的工作原理控制系統(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、換電平臺的狀態(tài)和故障處理等功能。PLC控制器是整個控制系統(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3個自由度的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行位置控制來滿足整個換電流程的要求。超聲波傳感器，一是檢測電池托盤與電池之間的距離，PLC依據(jù)距離信號判斷電池托盤是否成功托起電池；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位置監(jiān)測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。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乘用車上鎖止?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乘用車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以在3個自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動調(diào)整，控制精度高、電池更換時間短，大大提高了電動乘用車電池快換機(jī)器人的工作效率、安全性和可靠性。
圖I :電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)示意圖；圖中，101、主控計(jì)算機(jī)，102、PLC控制器，103、X軸電機(jī)驅(qū)動器，104、液壓控制單元，105、R軸電機(jī)驅(qū)動器，106、編碼器，107、超聲傳感器，108、DMP傳感器，109、光電傳感器。
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)一步說明電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括主控機(jī)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，I/o模塊，前述各部件之間電氣連接。如圖I所示，主控制機(jī)構(gòu)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，主控計(jì)算機(jī)101 包括顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤和主機(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器106、超聲傳感器107、DMP位置監(jiān)測傳感器108、光電傳感器和色標(biāo)傳感器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括X軸電機(jī)驅(qū)動器103，液壓控制單元104，R軸電機(jī)驅(qū)動器105及控制柜。超聲傳感器107、DMP位置監(jiān)測傳感器108安裝在電池托盤上。I/O模塊包括與PLC控制器102電聯(lián)接的急停開關(guān)。PLC邏輯控制器102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(jì)算機(jī)101進(jìn)行通信，通過對超聲傳感器107、DMP位置監(jiān)測傳感器108信號的綜合判斷對相應(yīng)驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制。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，用于對機(jī)器人X軸和Z軸方向的定位，DMP位置監(jiān)測傳感器108與快換機(jī)器人托盤上安裝的DMP位置監(jiān)測傳感器配合使用。色標(biāo)傳感器，用于對電池箱在充電架或電動乘用車上鎖止?fàn)顟B(tài)的檢測，判斷電池箱是否鎖止或解鎖成功。R軸電機(jī)驅(qū)動器105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1.一種電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，包括主控機(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模塊電連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述主控機(jī)構(gòu)包括主控計(jì)算機(jī)和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)通信。
3.如權(quán)利要求I所述的電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電機(jī)編碼器、超聲傳感器、SICK的DMP位置監(jiān)測傳感器、光電傳感器，所述電機(jī)編碼器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)電連接，超聲傳感器安裝在電池托盤上，用于實(shí)時監(jiān)測電池托盤與車輛底盤之間的距離，DMP位置監(jiān)測傳感器安裝在電池托盤上，用于監(jiān)測電池與車輛底盤之間的角度偏差，光電傳感器與PLC控制器電連接，用于對X軸行走進(jìn)行定位。
4.如權(quán)利要求3所述的電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述光電傳感器安裝在所述機(jī)器人的上橫梁和立柱上充電電池兩側(cè)位置，用于對機(jī)器人的X軸和Z軸方向的定位。
5.如權(quán)利要求I所述的電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括X軸、R軸和Z軸的3自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動電機(jī)，以及所述3個電機(jī)的伺服驅(qū)動器及控制柜，所述X軸為換電機(jī)器人水平運(yùn)動方向，其行程兩端安裝限位開關(guān)；Z軸由兩級油缸控制，接近電動汽車底盤；R軸為旋轉(zhuǎn)軸，能夠?qū)崿F(xiàn)電池托盤的水平調(diào)整。
6.如權(quán)利要求I所述的電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征是，所述I/O模塊包括與PLC控制器電聯(lián)接的急停開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動乘用車電池快換機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括主控機(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、光電傳感器、DMP傳感器，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括3自由度的直線運(yùn)行單元驅(qū)動電機(jī)，3個電機(jī)的伺服驅(qū)動器及控制柜，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)；電動乘用車電池快換機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以在3個自由度上實(shí)現(xiàn)電池箱姿態(tài)的自動調(diào)整，控制精度高、電池更換時間短，大大提高了電動乘用車電池快換機(jī)器人的工作效率、安全性和可靠性。
文檔編號B25J9/16GK202641652SQ20122031452
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者譚林, 趙金龍, 戚暉, 高先進(jìn), 黃德旭 申請人:山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司