專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)電池組更換的機(jī)器人，具體是用于電動(dòng)汽車(chē)電池自動(dòng)取放的設(shè)備。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車(chē)作為一種新型交通工具，具有“零排放”、能量來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn)，是緩解我國(guó)石油資源緊張、城市大氣污染問(wèn)題嚴(yán)重的重要手段，是推進(jìn)交通發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，推進(jìn)節(jié)能減排工作的有效載體。然而，相關(guān)電池技術(shù)以及充電技術(shù)的落后成為了束縛電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，各國(guó)政府和企業(yè)下大力度完善電動(dòng)汽車(chē)配套基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。目前，電動(dòng)汽車(chē)能源補(bǔ)給主要有整車(chē)充電和機(jī)械換電兩大類(lèi)。整車(chē)充電需要的充電時(shí)間較長(zhǎng)，并且容易對(duì)電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生諧波污染，因此，該模式有很大的弊端。與此相比，機(jī)械換電操作簡(jiǎn)單，能夠在5分鐘內(nèi)完成乘用車(chē)電池組的快速更換，同時(shí)，可利用夜間進(jìn)行電池組的集中充電，實(shí)現(xiàn)了電力負(fù)荷的 “調(diào)峰填谷”，提高了電力設(shè)備的綜合利用效率，獲得了研究人員的持續(xù)關(guān)注。在作者已獲授權(quán)的實(shí)用新型專(zhuān)利CN200920310360.6中，公開(kāi)了一種用于電動(dòng)公交車(chē)側(cè)面電池組更換的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)械換電方式的一種。其整體由底座、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制裝置三部分組成，機(jī)器人換電的方式為底座下的滾輪按照預(yù)期導(dǎo)軌運(yùn)行，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成電池組的更換。此過(guò)程中小臂要承受大約250千克的重量，因而，小臂的伺服電機(jī)需要輸出過(guò)大的力矩，造成整體設(shè)備的穩(wěn)定性不高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供了一種快速、可靠地更換電動(dòng)乘用車(chē)電池組的機(jī)器人。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，由機(jī)械單元和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的機(jī)械單元包括四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌、Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)、Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)和R軸方向?qū)崿F(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別連有驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)。所述的Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)上設(shè)有電池托盤(pán)，Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)與Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)垂直活動(dòng)連接，Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)與X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌垂直活動(dòng)連接。所述的電池托盤(pán)下固定有六個(gè)承載支撐的球形腳支。所述控制系統(tǒng)包括與伺服電機(jī)相連的電氣系統(tǒng)、設(shè)在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的傳感器模塊、 與傳感器模塊相連的控制模塊。所述電氣系統(tǒng)包括一臺(tái)主電控柜和操作臺(tái)，主電控柜的內(nèi)部安裝有CPU控制模塊、擴(kuò)展模塊、電源模塊、供電系統(tǒng)，操作臺(tái)安裝有觸摸屏和各類(lèi)操控按鈕。所述的CPU控制模塊與觸摸屏之間通過(guò)PR0FIBUS-DP連接通訊。所述傳感器模塊包括多個(gè)超聲波傳感器和壓力傳感器。所述控制模塊采用西門(mén)子S7-300-315T模塊。機(jī)械單元安裝有四個(gè)交流伺服電機(jī)，接收控制系統(tǒng)命令后，驅(qū)動(dòng)機(jī)械單元四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。X軸方向水平運(yùn)動(dòng)，采用直線導(dǎo)軌定位方式，在傳感器的配合下，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)快換機(jī)器人到達(dá)預(yù)定的水平位置。Y軸和Z軸方向伸縮和升降運(yùn)動(dòng)，采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)， 在交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下到達(dá)準(zhǔn)確的預(yù)期位置。R軸方向角度糾偏運(yùn)動(dòng)，電池托盤(pán)能夠完成士 10°的角度偏轉(zhuǎn)。電池托盤(pán)下固定有六個(gè)承載支撐的球形腳支，能夠有效緩解電池托盤(pán)的負(fù)荷載重。超聲波傳感器，根據(jù)聲波信號(hào)空間傳輸?shù)臅r(shí)間，得到快換機(jī)器人與目標(biāo)對(duì)象的實(shí)際距離。控制系統(tǒng)結(jié)合兩者的實(shí)時(shí)距離，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，完成機(jī)械單元四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。 壓力傳感器感受到壓力信號(hào)，將該信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，電池組完成機(jī)械解鎖操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)乘用車(chē)電池組的卸下。本實(shí)用新型所提供的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的機(jī)械單元包含四個(gè)自由度，在控制系統(tǒng)控制和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，確保了快換機(jī)器人的精確定位。同時(shí)，承載壓力被均衡在系統(tǒng)的不同方向，交流伺服電機(jī)無(wú)需提供過(guò)大扭矩，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中電動(dòng)乘用車(chē)電池組更換總體過(guò)程的示意圖(主視圖)。圖2為本實(shí)用新型電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的主視圖。圖3為本實(shí)用新型電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的左視圖。圖中1、換電平臺(tái)，2、電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，3、充電架，4、電動(dòng)乘用車(chē)， 5、直線導(dǎo)軌，6、X軸交流伺服電機(jī)，7、電池托盤(pán)，8、Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)， 9、Y軸交流伺服電機(jī)，10、Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)，11、Z軸交流伺服電機(jī)， 12、R軸交流伺服電機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型作示例性說(shuō)明，不對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍作具體限定，其技術(shù)特征的等同替代方式和/或明顯變形方式應(yīng)當(dāng)落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，由機(jī)械單元和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的機(jī)械單元包括四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌5、Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)8、Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)10和R軸方向?qū)崿F(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別連有驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)6、9、11、12。所述的Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)8上設(shè)有電池托盤(pán)7，Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)8與Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)10垂直活動(dòng)連接，Z 軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)10與X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌5垂直活動(dòng)連接。所述的電池托盤(pán)7下固定有六個(gè)承載支撐的球形腳支。所述控制系統(tǒng)包括與伺服電機(jī)相連的電氣系統(tǒng)、設(shè)在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的傳感器模塊、與傳感器模塊相連的控制模塊。所述電氣系統(tǒng)包括一臺(tái)主電控柜和操作臺(tái)，主電控柜的內(nèi)部安裝有CPU控制模塊、擴(kuò)展模塊、電源模塊、供電系統(tǒng)，操作臺(tái)安裝有觸摸屏和各類(lèi)操控按鈕。所述的CPU控制模塊與觸摸屏之間通過(guò)PR0FIBUS-DP連接通訊。所述傳感器模塊包括多個(gè)超聲波傳感器和壓力傳感器。所述控制模塊采用西門(mén)子S7-300-315T模塊。X軸交流伺服電機(jī)設(shè)在X軸和Z軸的連接處，Y軸交流伺服電機(jī)和Z軸交流伺服電機(jī)均設(shè)在Y軸和Z軸的連接處，R軸交流伺服電機(jī)設(shè)在Y軸上。使用方法參照說(shuō)明附圖1，本實(shí)用新型電動(dòng)乘用車(chē)電池組更換總體流程，主要包括換電平臺(tái) 1，底盤(pán)電池快換機(jī)器人2，充電架3，電動(dòng)乘用車(chē)4。在換電平臺(tái)1的定位裝置控制下，電動(dòng)乘用車(chē)4的位置是固定不變的。操作人員通過(guò)觸摸屏的操作按鈕啟動(dòng)底盤(pán)電池快換機(jī)器人2，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)快換機(jī)器人2到達(dá)預(yù)定的位置，進(jìn)而完成整個(gè)電池組的卸下。然后，快換機(jī)器人2將取下的舊電池放入充電架3的固定單元內(nèi)。整個(gè)舊電池的取放過(guò)程結(jié)束。參照說(shuō)明附圖2至3，本實(shí)用新型電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的主視圖和左視圖。當(dāng)電動(dòng)乘用車(chē)4行駛到換電平臺(tái)1上，其固定位置信息被傳遞到底盤(pán)電池快換機(jī)器人2的控制系統(tǒng)中。操作人員啟動(dòng)快換機(jī)器人2，電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換過(guò)程開(kāi)始。首先，X軸交流伺服電機(jī)6驅(qū)動(dòng)快換機(jī)器人2沿著X軸的直線定位導(dǎo)軌5運(yùn)動(dòng)到預(yù)先的水平位置，隨后，電池托盤(pán)7在Y軸交流伺服電機(jī)9和R軸交流伺服電機(jī)12的驅(qū)動(dòng)下，完成Y方向和R方向的伸縮和角度糾偏運(yùn)動(dòng)。此過(guò)程中，超聲測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)反饋和傳遞電池托盤(pán) 7與目標(biāo)對(duì)象的距離，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號(hào)，控制電池托盤(pán)7完成在Y軸方向8的伸縮和 R方向的角度糾正。當(dāng)?shù)竭_(dá)準(zhǔn)確位置后，Z軸交流伺服電機(jī)11驅(qū)動(dòng)電池托盤(pán)7上升到電動(dòng)乘用車(chē)4電池組的正下方，電池托盤(pán)7上的壓力傳感器將壓力信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出機(jī)械鎖解鎖命令，舊的電池組隨電池托盤(pán)7共同完成Z軸方向10的下降，Y軸方向8 的縮回，R軸的角度糾偏以及X軸的水平運(yùn)動(dòng)，整個(gè)電動(dòng)乘用車(chē)4電池組卸下過(guò)程結(jié)束。電池組放置到充電架3的過(guò)程與電動(dòng)乘用車(chē)4電池組卸下的原理相同。無(wú)論是卸下還是放置電池組的操作，采用此裝置均只需機(jī)械部分四個(gè)方向的配合運(yùn)動(dòng)即可完成。與先前的電動(dòng)公交車(chē)電池組取放方式相比，操作更加簡(jiǎn)單，設(shè)備的穩(wěn)定性更高，運(yùn)行更加精確。
權(quán)利要求1.電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，它由機(jī)械單元和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的機(jī)械單元包括四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為χ軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌、Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)、Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)和R軸方向?qū)崿F(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別連有驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述的Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)上設(shè)有電池托盤(pán)，Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)與Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)垂直活動(dòng)連接，Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)與X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌垂直活動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述的電池托盤(pán)下固定有六個(gè)承載支撐的球形腳支。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述的控制系統(tǒng)包括與伺服電機(jī)相連的電氣系統(tǒng)、設(shè)在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的傳感器模塊、與傳感器模塊相連的控制模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述的電氣系統(tǒng)包括一臺(tái)主電控柜和操作臺(tái)，主電控柜的內(nèi)部安裝有CPU控制模塊、擴(kuò)展模塊、電源模塊、供電系統(tǒng)，操作臺(tái)安裝有觸摸屏和操控按鈕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述的CPU控制模塊與觸摸屏之間通過(guò)PR0FIBUS-DP連接通訊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述傳感器模塊包括多個(gè)超聲波傳感器和壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，所述控制模塊采用西門(mén)子S7-300-315T模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人，其特征是，它由機(jī)械單元和控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，所述的機(jī)械單元包括四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為X軸方向?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)的直線導(dǎo)軌、Y軸方向?qū)崿F(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)、Z軸方向?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)和R軸方向?qū)崿F(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別連有驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)。本實(shí)用新型所提供的電動(dòng)乘用車(chē)底盤(pán)電池快換機(jī)器人的機(jī)械單元包含四個(gè)自由度，在控制系統(tǒng)控制和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，確保了快換機(jī)器人的精確定位。同時(shí)，承載壓力被均衡在系統(tǒng)的不同方向，交流伺服電機(jī)無(wú)需提供過(guò)大扭矩，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)B60S5/06GK202089044SQ20112017201
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者孫玉田, 張華棟, 戚暉, 王鑫, 趙金龍 申請(qǐng)人:山東電力研究院