專利名稱：電動商用車電池箱單程更換機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池箱換電機器人，尤其涉及一種電動商用車電池箱單程更換機器人。
背景技術：
作為新能源戰略和智能電網的重要組成部分，電動汽車逐漸成為汽車工業和能源發展的重點。在電動汽車領域，電動商用車的商業化運營顯得尤為突出，電動商用車商業化運營的關鍵點在于車輛的能量補給，所謂能量由電池箱提供，為了解決電動汽車的續航里程，受單箱電池容量的限制，需要由多箱電池成組使用。目前能量補給主要分為充電與換電兩種，充電存在等待時間長等弊端，就目前的發展形式而言，電動車的換電方案可行性程度更高，由于由多箱電池組成，每箱電池的體積大、重量大，人工更換效率低，電池箱的更換成為電動商用車產業化發展的技術難題。為了解決這一技術難題，出現了電池箱快速更換機器人，可在8 —10分鐘內完成電池組的全部更換。中國專利CN101214814A提出了一種四箱更換的方式，以解決電池箱的更換問題，但是這種方式同時更換，對于機械結構加工要求精度過高，出現變形后，定位難度大。中國專利CN102673536A提出了一種獨立對稱的換電機構，兩側電池架都能夠獨立旋轉、伸縮、升降，當更換電池時需要旋轉180度，這樣造成占地面積大，而且兩側電池架的旋轉功能可以省略，只留中間的換電功能就滿足使用要求，重復的旋轉功能造成機械機構復雜度提高。中國專利CN202641653A的旋轉裝置安裝在托盤的底部，這樣會造成高度的增加，對于底盤較低的車輛，會影響換電效果。
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因此現有的電池箱更換方式存在以下技術不足:1.目前市場上換電設備的旋轉裝置安裝在底部，這樣造成高度受限，在換電過程中，對于底盤較低的車輛無法完成換電操作，適應性能力較弱；2.多是采用多個設備間的相互配合，或是單個設備的重復運動，這種換電方式造成了換電區域面積大、換電時間長、重復定位次數多，控制程序復雜、故障率高等，從而嚴重影響了換電效率。3.升降裝置的前后和左右定位，采用8個輪子限位前后方向，8個輪子限位左右方向，造成結構復雜度高、定位難度大、不易調節等問題。4.升降傳動裝置的驅動部分大都設置在設備的頂端，由于載物臺載電池箱數量不同，隨著重量的增加，驅動裝置的功率隨之增加，對設備頂端的結構造成影響，同時也造成功耗的增加。
發明內容
本發明的目的就是為解決目前換電機器人存在工作行程大、工序繁雜，復雜度高，換電時間長，占地面積大、功耗損耗大、限位方式不合理等問題，提供了一種電動商用車電池箱單程更換機器人，它有效減小了換電機器人的體積，節省了用地，降低了功耗、縮短了換電時間，同時改變了現有的換電機器人中換電裝置的安裝方式，變為懸掛式安裝，易于與電動公交車相配合。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種電動商用車電池箱單程更換機器人，它包括:框架組合，框架組合安裝在行走組合上；框架組合的一側為電池箱暫存架，另一側安裝控制柜；框架組合的頂部安裝升降傳動組合，升降傳動組合與升降組合連接，升降組合與配重組合連接；升降組合安裝在框架組合內并上下移動，其四角則設有與框架組合的矩形鋼立柱相配合的定位輪組；載物臺組合以自由旋轉方式懸掛在升降組合下部，同時載物臺組合與載物臺組合轉動驅動裝置連接，從而使載物臺組合在懸掛處原地自由轉動，載物臺組合上還設有轉動限位裝置；更換電池箱用的貨叉組合以及電池推手組合安裝在載物臺組合底部；控制柜與后臺計算機通信，并通過監測系統控制行走組合、升降傳動組合、載物臺組合、載物臺組合轉動驅動裝置、貨叉組合以及電池推手組合中的各電機，完成所述電動商用車電池箱單程更換機器人的行走與電池更換動作。所述升降組合包括:升降方鋼框架，在升降方鋼框架四角安裝定位輪組，所述定位輪組為V型輪組；升降方鋼框架四角還設有升降連接板，用于連接升降傳動組合以及配重組合；升降方鋼框架中部安裝有鏤空的升降安裝板，升降安裝板上設有若干升降加強筋，其中位于中間的加強筋板部分伸出；升降安裝板底部安裝載物臺組合轉動驅動裝置，載物臺組合懸掛在載物臺組合轉動驅動裝置上。所述載物臺組合轉動驅動裝置包括轉盤軸承，它位于升降安裝板鏤空部分的下部，并與升降齒輪嚙合，升降齒輪通過升降減速機與升降電機連接，升降電機與控制柜連接；所述轉盤軸承的內圈比外圈略高，內圈與升降安裝板連接固定。所述V型輪組共有8個，分為四對，每對V型輪組分別安裝在一根鋼管的兩端，各鋼管固連在升降方鋼框架的四角；每個V型輪組均有一個V型滾輪，每個V型滾輪的兩個內側面均卡合在相應的矩形鋼立柱的直角邊。所述載物臺組合包括:焊接主體框架，它為一方形立體結構；俯仰電機以及俯仰減速機，它們焊接主體框架一側底部，俯仰減速機輸出軸帶俯仰齒輪，俯仰齒輪驅動貨叉組合，完成俯仰動作，俯仰電機與控制柜連接；焊接主體框架的前后側底部分別焊接俯仰軸承座安裝板，貨叉組合安裝在俯仰軸承座安裝板上；轉盤軸承外圈安裝板焊接在主體框架的頂部，轉盤軸承外圈安裝板底下是限位塊安裝板，限位裝置安裝在限位塊安裝板上；
限位裝置為滑動式結構，由限位滑軌和限位滑塊組成，所述限位滑軌固定，限位滑塊與限位滑軌配合運動，限位滑軌兩端各有限位擋板限位。所述貨叉組合分為上下兩層:下層貨叉下面一側安裝部分齒輪，部分齒輪是將一個齒輪截斷后取用的包括幾個齒的部分，部分齒輪與俯仰齒輪嚙合；下層貨叉的下面中間安裝貨叉電機、貨叉減速機，貨叉減速機輸出軸安裝貨叉驅動齒輪；下層貨叉中間開一個長條孔，貨叉驅動齒輪從長條孔露出一部分；下層貨叉前后側安裝俯仰軸承座，俯仰軸承座安裝在俯仰軸承座安裝板上；下層貨叉上面安裝槽軌道；上層貨叉的下面安裝軌道條，所述軌道條上安裝尼龍塊，尼龍塊在槽軌道內往復運動；上層貨叉的下面安裝貨叉驅動齒條，所述貨叉驅動齒條與貨叉驅動齒輪嚙合；上層貨叉的上面安裝多排滾輪安裝座，兩側的安裝座外側面與上層貨叉外側面平齊，兩側的安裝座內安裝滾輪I，中間的安裝座安裝滾輪II，中間的安裝座左側安裝電池推手驅動齒條，兩側的安裝座與中間的安裝座間設有電池推手滑軌，電池推手組合安裝在電池推手滑軌上；上層貨叉兩外側安裝區域定位傳感器DMP，貨叉電機、區域定位傳感器DMP均與控制柜連接。所述電池推手組合由板材焊接而成，呈L型機構，L型結構由立板和平板組成，兩者結合處設有肋板；立板前面安裝用于讀取電池箱信息的RFID讀寫器，立板兩側后面安裝激光測距傳感器安裝座，安裝座上安裝激光測距傳感器，所述激光測距傳感器用于測量電池推手與電池箱的距離與水平角度；立板中間安裝解鎖機構驅動電機，解鎖機構驅動電機輸出軸與解鎖頭連接；平板上安裝電池推手驅動電機，平板底面兩側安裝滑動安裝座，滑動安裝座與電池推手滑軌配合實現電池推手的運動；RFID讀寫器、激光測距傳感器、解鎖機構驅動電機均與控制柜連接。所述解鎖頭呈圓盤型，分為兩個半圓型開口套、轉動器、嵌入式圓盤三部分組成；所述兩個半圓型開口套與電池推手組合的立板連接固定；所述轉動器呈“土”字型，上端直徑略小的圓盤與兩個半圓型開口套配合，在套內旋轉；中間的豎圓柱與解鎖機構驅動電機輸出軸配合，下端直徑大的圓盤與嵌入式圓盤連接固定；所述嵌入式圓盤，中間為嵌入式一字機構，嵌入式圓盤內面焊接限位塊。所述框架組合包括:中間框架和兩側框架，它們外部設有鈑金蒙皮；中間框架由上焊接面、下焊接面、四根矩形鋼立柱連接組合而成，升降傳動組合安裝在上焊接面；兩側框架也為矩形鋼結構，上端與中間框架連接固定，底部與行走組合槽鋼框架連接固定；配重組合安裝在兩側框架內；行走組合主要由行走驅動電機、行走減速機、槽鋼框架、傳動軸、聯軸器、軌道輪組成，行走驅動電機輸出動力通過行走減速機兩側輸出動力，帶動傳動軸轉動，傳動軸帶動軌道輪實現行走功能；行走驅動電機與控制柜連接。
所述升降傳動組合包括:一對平行安裝在中間框架頂部的升降傳動軸，兩者一端通過鏈條聯動，兩升降傳動軸的兩端分別設有升降傳動鏈輪，在中間框架底部與頂部升降傳動鏈輪對應的位置也設有相應的升降傳動鏈輪，上、下對應的升降傳動鏈輪間也通過升降傳動鏈條連接；升降傳動驅動電機、升降傳動減速機也安裝在中間框架頂部，升降傳動減速機與一個升降傳動軸連接；升降傳動驅動電機與控制柜連接。所述配重組合包括:兩對實體鋼塊組合，分別位于兩側框架內；配重鏈輪，安裝在兩側框架的頂部；配重鏈條，一端與實體鋼塊連接，另一端通過配重鏈輪與升降組合連接。所述控制柜內設有的PLC控制器單元，PLC控制器單元包括電源模塊、CPU模塊、串口模塊、位置模塊、模擬量輸入模塊、開關量輸出模塊、開關量輸入模塊，各模塊并排安裝在控制柜內的導軌上，彼此靠接口相連接；其中，CPU模塊通過RS-232總線或以太網口與觸摸屏連接；串口模塊通過RS-485總線與后臺計算機連接，同時還與監測系統連接；開關量輸出模塊與控制面板連接；位置模塊通過驅動器與所述各電機連接，在所述各電機的軸端部設有編碼器，編碼器與各驅動器連接；模擬量輸入模塊與監測系統連接；開關量輸入模塊還與按鈕連接，按鈕包括普通運行按鈕和急停按鈕，急停按鈕用于對換電機器人運行中的異常情況進行急停，優先級為第一。所述監測系統包括:長距激光傳感器，它安裝在框架組合的頂部；條碼傳感器，它安裝在升降組合沿框架組合縱向升降的路徑上，長距激光傳感器以及條碼傳感器分別與串口模塊連接；激光測距傳感器和區域定位傳感器DMP與模擬量輸入模塊連接； 在升降組合的上升與下降的極限位置、在貨叉組合伸、縮的兩極限位置、在電池推手組合伸、縮的兩極限位置分別設有極限開關；在解鎖機構的解鎖機構驅動電機輸出軸端設有原點開關，原點開關及極限開關分別與開關量輸入模塊連接。本發明在使用時，先將利用升降傳動組合降升降組合下降到電動汽車電池箱所在位置，然后利用電池推手組合將電池解鎖后取出，然后將該電池移動到沒有電池箱的暫存架，采用原地轉身的方式轉換電池箱方向，然后再利用電池推手組合將電池箱放入暫存架；隨后升降組合再移動到裝有已充好電的電池箱所在暫存架處，利用電池推手組合將電池箱取出，然后再原地轉身后，下降到電動公交車的電池箱出，用電池推手組合將電池送入電動公交車并鎖止。上述未詳細描述的結構、連接關系、位置關系等均為本領域的常規設置，屬于公知常識，在此不再贅述。
本發明的有益效果是:1.換電設備上安裝暫存架，能一次性取換電車輛一側所需的全部電池，減少了工作行程，縮短換電時間。2.行走方式采用了雙軌設計，雙軌設計比單軌設計穩定性可靠。3.升降傳動方式采用鏈輪、鏈條傳動方式，實現遠距離力的傳遞。4.采用原地旋轉方式對電池進行更換，此種方式的使用，在滿足電池箱轉送的前提下，縮小了設備體積。5.旋轉方式采用吊籃式結構，這樣設備的離地高度進一步降低，適應多種型號電動汽車換電，實用性得到提高。6.升降方式使用V型滾輪與矩形鋼邊角配合，既減少了滾輪的使用數量，又滿足了前后、左右的限位功能。7.配重組合的使用，使得升降傳動組合驅動電機的功率降低，減輕了重量。8.控制系統不僅使得控制機構精簡化，還縮短了多種換電機器人或機構間的配合時間和工作行程時間，使得原來多種機器人多結構、多配合、多定位、多重復的工作方式改為了一步式到位，換電機器人在換電過程中，能夠實現多軸聯動，還可以實現對電池狀態自動定位、姿態調整，自動識別以及快速、準確、安全的對電動公交車電池進行更換，進而實現電池抓取、安裝等功能的優點。更進一步提高了換電設備的可靠性和更換效率。
圖1為本發明的整體結構示意圖；圖2為換電組合結構示意圖；圖3為行走組合結構示意圖；圖4為框架組合結構示意圖；圖5為配重組合結構示意圖；圖6為升降傳動組合結構示意圖；圖7為升降組合結構示意圖；圖8為載物臺組合結構示意圖；圖9為限位裝置結構示意圖；圖10為貨叉組合和電池組合結構示意圖；圖11為解鎖機構結構示意圖；圖12為解鎖頭結構示意圖；圖13為圖12剖面圖；圖14為控制系統結構圖。其中，1.升降組合，2.載物臺組合，3.貨叉組合，4.電池推手組合，5.解鎖機構，
6.限位裝置，7.升降電機，8.升降減速機，9.升降齒輪，10.升降方鋼框架，11.V型輪組，
12.轉盤軸承13.升降安裝板，14.升降加強筋，15.升降連接板，16.焊接主體框架，17.俯仰電機，18.俯仰減速機，19.俯仰齒輪，20.俯仰軸承座安裝板，21.轉盤軸承外圈安裝板，22.限位裝置安裝板，23.限位滑軌，24.限位滑塊，25.限位擋板，26.下層貨叉，27.部分齒輪，28.貨叉電機，29.貨叉減速機，30.貨叉驅動齒輪，31.俯仰軸承座，32.槽軌道，33.上層貨叉，34.軌道條，35.尼龍塊，36.貨叉驅動齒條，37.滾輪安裝座，38.滾輪I，39.滾輪II，40.電池推手驅動齒條，41.電池推手滑軌，42.區域定位傳感器DMP，43.立板，44.平板，45.肋板，46.RFID讀寫器，47.激光測距傳感器，48.解鎖機構驅動電機，49.電池推手驅動電機，50.滑動安裝座，51.半圓型開口套，52.轉動器，53.嵌入式圓盤，54.限位塊，55.解鎖機構，56.框架組合，57.升降傳動組合，58.配重組合，59.暫存架，60.行走組合，61.控制柜，62.行走驅動電機，63.行走減速機，64.聯軸器，65.軌道輪，66.傳動軸，67.槽鋼框架，68.上焊接面，69.下焊接面，70.矩形鋼立柱，71.兩側框架，72.配重鏈條，73.配重鏈輪，74.實體鋼塊組合，75.升降傳動驅動電機，76.升降傳動減速機，77.升降傳動軸，78.升降傳動鏈條，79.升降傳動鏈輪，80.后臺計算機，81.長距激光傳感器，82.條碼傳感器，83.控制面板，84.按鈕，85.編碼器，86.原點開關，87.極限開關，88.電源模塊，89.CPU模塊，90.串口模塊,91.位置模塊,92.模擬量輸入模塊,93.開關量輸出模塊,94.開關量輸入模塊，95.觸摸屏，96.驅動器。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。圖1、圖2中，本發明的電動商用車電池箱單程更換機器人包括一個框架組合56，在框架組合56外部設有鈑金蒙皮整個包裹起來，為外部裝飾蒙皮，所述裝飾蒙皮分為若干個零部件，通過螺栓相互連接組裝而成，不僅美觀，而且能夠有效防止異物進入換電機器人內部，造成設備損壞，影響正常工作。在框架組合56的兩側分別設有控制柜61和電池箱的暫存架59 ；在框架組合56的頂部設有升降傳動組合57用于升降組合I的升降，同時在框架組合56的兩側還設有配重組合58，協助升降組合I的升降。在框架組合56的底部是行走組合60，行走組合60帶動整個框架組合60的運動。升降組合底部懸掛可自由轉動的載物臺組合2，載物臺組合上設有貨叉組合3、電池推手組合4以及解鎖機構5，它通過貨叉組合3從電動商用車上取下或送入電池箱，電池推手組合4將電池箱推入電動商用車或暫存架59內；由于載物臺組合2采用可自由轉動的懸掛方式，在將電池從電動商用車上取下后，原地轉身即可將取下的電池箱送入有空位的暫存架59內，然后再將充好電的電池箱從暫存架59取下，回轉后將電池箱送回到電動商用車上。解鎖結構5完成電池箱取下時的解鎖，以及安裝后的上鎖。所述暫存架59由鈑金折彎組合而成，分為若干層，分別用于安裝盛放電池箱用的外框。外框由鈑金折彎焊機而成，外框底面有若干排U型槽，U型槽內安裝滾輪，所述滾輪
為工字型。圖3中，所述行走組合60主要由行走驅動電機62、行走減速機63、槽鋼框架67、傳動軸66、聯軸器64、軌道輪65等組成，其中行走驅動電機62通過行走減速機63兩側輸出動力，帶動傳動軸66轉動，傳動軸66帶動軌道輪65實現行走功能。圖4中，所述框架組合56主要由中間框架和對稱的兩側框架71組成，所述中間框架由上焊接面68、下焊接面69、四根矩形鋼立柱70通過螺栓連接組合而成，所述兩側框架71為矩形鋼結構，上端與中間框架連接固定，底部與行走組合60的槽鋼框架67連接固定。
圖5中，所述配重組合58主要由一對實體鋼塊組合74、配重鏈條72、配重鏈輪73組成，所述配重鏈條72 —端與升降組合I的升降連接板15連接固定，另一端通過配重鏈輪73與實體鋼塊組合74連接，當升降組合I上升時，配重組合58通過配重鏈輪73與配重鏈條72間的配合下降。配重鏈輪73安裝在兩側框架71的頂部。圖6中，所述升降傳動組合57主要由升降傳動驅動電機75、升降傳動減速機76、多個升降傳動鏈輪79、多個升降傳動鏈條78、一對升降傳動軸77組成。兩升降傳動軸77平行的安裝在中間框架的上焊接面68，兩者的一端通過升降傳動鏈條78連接進行聯動；在兩升降傳動軸77的兩端還分別安裝有升降傳動鏈輪79，在下焊接面69的相應位置也設有與上方升降傳動鏈輪79對應的升降傳動鏈輪79，它們之間通過相應的升降傳動鏈條78連接，通過升降傳動減速機76輸出動力，帶動兩升降傳動軸77轉動，升降傳動軸77帶動升降傳動鏈輪79轉動，升降傳動鏈輪79通過升降傳動鏈條78帶動下焊接面68的升降傳動鏈輪79轉動，實現升降傳動。圖2、圖7、圖8中，所述升降組合I主要由升降電機7、升降減速機8、升降齒輪9、升降方鋼框架10、v型輪組11、轉盤軸承12、升降安裝板13、升降加強筋14、升降連接板15組成。所述升降方鋼框架10有一個框架平面，平面四角與四根鋼管垂直焊接，V型輪組11共8個，分為4對，分別安裝在四根鋼管的兩端；所述升降安裝板13焊接在框架平面的中間，升降安裝板13中間鏤空；升降加強筋14焊接在升降安裝板13表面與框架平面連接，中間位置的升降加強筋14部分伸出，起旋轉限位作用。每個V型輪組11主要由滾輪安裝座、支撐軸、軸套、軸承、V型滾輪組成，所述安裝座由底板、兩側安裝板焊接而成，軸承外圈與V型滾輪內孔配合，支撐軸與軸承內圈配合，兩側各一個軸套，支撐軸安裝在兩側安裝板上，V型滾輪沿四根矩形鋼立柱70角邊升降。載物臺組合轉動驅動裝置包括轉盤軸承12，它位于升降安裝板13鏤空部分的下部，并與升降齒輪9嚙合，升降齒輪9通過升降減速機8與升降電機7連接，升降電機7與控制柜61連接；所述轉盤軸承12的內圈比外圈略高，內圈與升降安裝板13連接固定。在框架平面的四角還設有升降連接板15，為“工”字型焊接結構，用于與升降傳動鏈條78連接。圖8中，所述載物臺組合2主要由一個焊接主體框架16、俯仰電機17、俯仰減速機
18、俯仰齒輪19、俯仰軸承座安裝板20、轉盤軸承外圈安裝板21、限位裝置安裝板22、限位裝置6等組成。所述焊接主體框架16為一方形立體結構，焊接主體框架16 —側底部安裝俯仰電機17帶動俯仰減速機18，俯仰減速機18輸出軸帶俯仰齒輪19 ；兩俯仰軸承座安裝板20焊接在焊接主體框架16底部的前后側；所述轉盤軸承外圈安裝板21焊接在主體框架16的頂部，轉盤軸承外圈安裝板21中間鏤空，其下部是限位裝置安裝板22，限位裝置6安裝在限位裝置安裝板22上，所述限位裝置6為滑動式結構，如圖9所示包括限位滑軌23和限位滑塊24組成，所述限位滑軌23固定，限位滑塊24與限位滑軌23配合運動，限位滑軌23兩端各有限位擋板25限位，對載物臺組合2的轉動角度進行限制。圖10中，所述貨叉組合3具有伸縮功能，分為上下兩層。下層貨叉26下面一側安裝部分齒輪27，所述部分齒輪27為齒輪截斷，取用幾個齒，它與俯仰齒輪19嚙合，完成俯仰動作；下層貨叉26下面中間安裝貨叉電機28，它帶貨叉減速機29，貨叉減速機29輸出軸安裝貨叉驅動齒輪30，下層貨叉26中間開一個長條孔，貨叉驅動齒輪30從長條孔露出一部分；下層貨叉26下面前后安裝俯仰軸承座31，俯仰軸承座31安裝在俯仰軸承座安裝板20上；下層貨叉26上面安裝槽軌道32。上層貨叉33下面安裝軌道條34，所述軌道條34上安裝尼龍塊35，所述尼龍塊35在槽軌道32內往復運動；上層貨叉33下面還安裝貨叉驅動齒條36，貨叉驅動齒條36與貨叉驅動齒輪30嚙合；上層貨叉26上面安裝三排滾輪安裝座37，兩側的安裝座37外側面與上層貨叉33外側面平齊，兩側的安裝座37內分別安裝滾輪138，中間的安裝座37內安裝滾輪1139，中間的安裝座37左側安裝電池推手驅動齒條40，兩側的安裝座37與中間的安裝座37之間安裝電池推手滑軌41。上層貨叉33兩側前端安裝區域定位傳感器DMP42，用于調節行走、升降坐標值。圖11中，所述電池推手組4合由板材焊接而成，呈L型機構，L型結構為立板43和平板44組成，為了增加強度，兩者結合出焊接肋板45。立板43前面安裝讀取電池箱信息的RFID讀寫器46，立板43兩側安裝激光測距傳感器47，所述激光測距傳感器47用于測量電池推手與電池箱的距離與水平角度，中間安裝解鎖機構驅動電機48 ;平板44上安裝電池推手驅動電機49，平板44底面兩側與滑動安裝座50通過螺栓連接，通過與電池推手滑軌41配合實現電池推手的運動。圖12-圖13中，所述解鎖機構55呈圓盤型，分為兩個半圓型開口套51、轉動器52、嵌入式圓盤53三部分組成，兩個半圓型開口套51與電池推手組合的立板43連接固定；所述轉動器52呈“土”字型，上端直徑略小的圓盤與半圓型開口套51配合，在套內旋轉；中間豎圓柱與解鎖機構驅動電機48輸出軸配合,下端直徑大的圓盤與嵌入式圓盤53連接固定；所述嵌入式圓盤53中間為嵌入式一字機構，嵌入式圓盤53內面焊接限位塊。控制柜61由鈑金折彎組合而成，內設PLC控制器單元，通過采集監測系統信號控制升降電機7、俯仰電機17、貨叉電機28、區域定位傳感器DMP42、RFID讀寫器46、激光測距傳感器47、解鎖機構驅動電機48、電池推手驅動電機49、行走驅動電機62、升降傳動驅動電機75等。PLC控制器單元包括電源模塊88、CPU模塊89、串口模塊90、位置模塊91、模擬量輸入模塊92、開關量輸出模塊93、開關量輸入模塊94 ;各模塊并排安裝在控制柜61內的導軌上，彼此靠接口相連接；CPU模塊89通過RS-232總線或以太網口與觸摸屏95連接；串口模塊90通過RS-485總線與后臺計算機80連接；位置模塊91與驅動器96連接，驅動器96驅動所述各電機，同時在所述各電機的軸端部設有編碼器85，編碼器85則與驅動器96連接。模擬量輸入模塊92與監測系統連接；開關量輸出模塊93與控制面板83連接；開關量輸入模塊94還與按鈕84連接，按鈕包括普通運行按鈕和急停按鈕，急停按鈕用于對換電機器人運行中的異常情況進行急停，優先級為第一。所述監測系統包括:長距激光傳感器81，它安裝在框架組合56的頂部；條碼傳感器82，它安裝在升降組合I沿框架組合56縱向升降的路徑上，分別用于對換電機器人行走和提升方向的測量定位；長距激光傳感器81以及條碼傳感器82分別與串口模塊90連接；激光測距傳感器47和區域定位傳感器DMP42與模擬量輸入模塊92連接；在升降組合I的上升與下降的極限位置、在貨叉組合3伸、縮的兩極限位置、在電池推手組合4伸、縮的兩極限位置分別設有極限開關87 ;在解鎖機構5的解鎖機構驅動電機48輸出軸端設有原點開關86，原點開關86及極限開關87分別與開關量輸入模塊94連接。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
權利要求
1.一種電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，它包括: 框架組合，框架組合安裝在行走組合上； 框架組合的一側為電池箱暫存架，另一側安裝控制柜； 框架組合的頂部安裝升降傳動組合，升降傳動組合與升降組合連接，升降組合與配重組合連接； 升降組合安裝在框架組合內并上下移動，其四角則設有與框架組合的矩形鋼立柱相配合的定位輪組； 載物臺組合以自由旋轉方式懸掛在升降組合下部，同時載物臺組合與載物臺組合轉動驅動裝置連接，從而使載物臺組合在懸掛處原地自由轉動，載物臺組合上還設有轉動限位裝置； 更換電池箱用的貨叉組合以及電池推手組合安裝在載物臺組合底部； 控制柜與后臺計算機通信，并通過監測系統控制行走組合、升降傳動組合、載物臺組合、載物臺組合轉動驅動裝置、貨叉組合 以及電池推手組合中的各電機，完成所述電動商用車電池箱單程更換機器人的行走與電池更換動作。
2.如權利要求1所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述升降組合包括: 升降方鋼框架，在升降方鋼框架四角安裝定位輪組，所述定位輪組為V型輪組； 升降方鋼框架四角還設有升降連接板，用于連接升降傳動組合以及配重組合； 升降方鋼框架中部安裝有鏤空的升降安裝板，升降安裝板上設有若干升降加強筋，其中位于中間的加強筋板部分伸出； 升降安裝板底部安裝載物臺組合轉動驅動裝置，載物臺組合懸掛在載物臺組合轉動驅動裝置上。
3.如權利要求2所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述載物臺組合轉動驅動裝置包括轉盤軸承，它位于升降安裝板鏤空部分的下部，并與升降齒輪嚙合，升降齒輪通過升降減速機與升降電機連接，升降電機與控制柜連接；所述轉盤軸承的內圈比外圈略高，內圈與升降安裝板連接固定。
4.如權利要求2所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述V型輪組共有8個，分為四對，每對V型輪組分別安裝在一根鋼管的兩端，各鋼管固連在升降方鋼框架的四角；每個V型輪組均有一個V型滾輪，每個V型滾輪的兩個內側面均卡合在相應的矩形鋼立柱的直角邊。
5.如權利要求1所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述載物臺組合包括: 焊接主體框架，它為一方形立體結構； 俯仰電機以及俯仰減速機，它們焊接主體框架一側底部，俯仰減速機輸出軸帶俯仰齒輪，俯仰齒輪驅動貨叉組合，完成俯仰動作，俯仰電機與控制柜連接；焊接主體框架的前后側底部分別焊接俯仰軸承座安裝板，貨叉組合安裝在俯仰軸承座安裝板上； 轉盤軸承外圈安裝板焊接在主體框架的頂部，轉盤軸承外圈安裝板底下是限位塊安裝板，限位裝置安裝在限位塊安裝板上； 限位裝置為滑動式結構，由限位滑軌和限位滑塊組成，所述限位滑軌固定，限位滑塊與限位滑軌配合運動，限位滑軌兩端各有限位擋板限位。
6.如權利要求5所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述貨叉組合分為上下兩層: 下層貨叉下面一側安裝部分齒輪，部分齒輪是將一個齒輪截斷后取用的包括幾個齒的部分，部分齒輪與俯仰齒輪嚙合；下層貨叉的下面中間安裝貨叉電機、貨叉減速機，貨叉減速機輸出軸安裝貨叉驅動齒輪；下層貨叉中間開一個長條孔，貨叉驅動齒輪從長條孔露出一部分；下層貨叉前后側安裝俯仰軸承座，俯仰軸承座安裝在俯仰軸承座安裝板上；下層貨叉上面安裝槽軌道 ； 上層貨叉的下面安裝軌道條，所述軌道條上安裝尼龍塊，尼龍塊在槽軌道內往復運動；上層貨叉的下面安裝貨叉驅動齒條，所述貨叉驅動齒條與貨叉驅動齒輪嚙合；上層貨叉的上面安裝多排滾輪安裝座，兩側的安裝座外側面與上層貨叉外側面平齊，兩側的安裝座內安裝滾輪I，中間的安裝座安裝滾輪II，中間的安裝座左側安裝電池推手驅動齒條，兩側的安裝座與中間的安裝座間設有電池推手滑軌，電池推手組合安裝在電池推手滑軌上；上層貨叉兩外側安裝區域定位傳感器DMP，貨叉電機、區域定位傳感器DMP均與控制柜連接。
7.如權利要求6所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述電池推手組合由板材焊接而成，呈L型機構，L型結構由立板和平板組成，兩者結合處設有肋板； 立板前面安裝讀取電池箱信息的RFID讀寫器，立板側面安裝激光測距傳感器，所述激光測距傳感器用于測量電池推手與電池箱的距離與水平角度； 立板中間安裝解鎖機構驅動電機，解鎖機構驅動電機輸出軸與解鎖頭連接；平板上安裝電池推手驅動電機，平板底面兩側安裝滑動安裝座，滑動安裝座與電池推手滑軌配合實現電池推手的運動； RFID讀寫器、激光測距傳感器、解鎖機構驅動電機均與控制柜連接。
8.如權利要求7所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述解鎖頭呈圓盤型，分為兩個半圓型開口套、轉動器、嵌入式圓盤三部分組成； 所述兩個半圓型開口套與電池推手組合的立板連接固定； 所述轉動器呈“土”字型，上端直徑略小的圓盤與兩個半圓型開口套配合，在套內旋轉；中間的豎圓柱與解鎖機構驅動電機輸出軸配合，下端直徑大的圓盤與嵌入式圓盤連接固定; 所述嵌入式圓盤，中間為嵌入式一字機構，嵌入式圓盤內面焊接限位塊。
9.如權利要求1所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述框架組合包括: 中間框架和兩側框架，它們外部設有鈑金蒙皮； 中間框架由上焊接面、下焊接面、四根矩形鋼立柱連接組合而成，升降傳動組合安裝在上焊接面； 兩側框架也為矩形鋼結構，上端與中間框架連接固定，底部與行走組合槽鋼框架連接固定；配重組合安裝在兩側框架內； 行走組合主要由行走驅動電機、行走減速機、槽鋼框架、傳動軸、聯軸器、軌道輪組成，行走驅動電機輸出動力通過行走減速機兩側輸出動力，帶動傳動軸轉動，傳動軸帶動軌道輪實現行走功能；行走驅動電機與控制柜連接。
10.如權利要求9所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述升降傳動組合包括: 一對平行安裝在中間框架頂部的升降傳動軸，兩者一端通過鏈條聯動， 兩升降傳動軸的兩端分別設有升降傳動鏈輪，在中間框架底部與頂部升降傳動鏈輪對應的位置也設有相應的升降傳動鏈輪，上、下對應的升降傳動鏈輪間也通過升降傳動鏈條連接； 升降傳動驅動電機、升降傳動減速機也安裝在中間框架頂部，升降傳動減速機與一個升降傳動軸連接； 升降傳動驅動電機與控制柜連接。
11.如權利要求9所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述配重組合包括: 一對實體鋼塊組合，分別位于兩側框架內； 配重鏈輪，安裝在兩側框架的頂部； 配重鏈條，一端與實體鋼塊連接，另一端通過配重鏈輪與升降組合連接。
12.如權利要 求1所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述控制柜內設有的PLC控制器單元，PLC控制器單元包括電源模塊、CPU模塊、串口模塊、位置模塊、模擬量輸入模塊、開關量輸出模塊、開關量輸入模塊，各模塊并排安裝在控制柜內的導軌上，彼此靠接口相連接；其中， CPU模塊通過RS-232總線或以太網口與觸摸屏連接； 串口模塊通過RS-485總線與后臺計算機連接，同時還與監測系統連接； 開關量輸出模塊與控制面板連接； 位置模塊通過驅動器與所述各電機連接，在所述各電機的軸端部設有編碼器，編碼器與各驅動器連接； 模擬量輸入模塊與監測系統連接； 開關量輸入模塊還與按鈕連接，按鈕包括普通運行按鈕和急停按鈕，急停按鈕用于對換電機器人運行中的異常情況進行急停，優先級為第一。
13.如權利要求1或6或12所述的電動商用車電池箱單程更換機器人，其特征是，所述監測系統包括: 長距激光傳感器，它安裝在框架組合的頂部； 條碼傳感器，它安裝在升降組合沿框架組合縱向升降的路徑上； 長距激光傳感器以及條碼傳感器分別與串口模塊連接； 激光測距傳感器和區域定位傳感器DMP與模擬量輸入模塊連接； 在升降組合的上升與下降的極限位置、在貨叉組合伸、縮的兩極限位置、在電池推手組合伸、縮的兩極限位置分別設有極限開關；在解鎖機構的解鎖機構驅動電機輸出軸端設有原點開關，原點開關及極限開關分別與開關量輸入模塊連接。
全文摘要
本發明涉及一種電動商用車電池箱單程更換機器人，它有效減小了換電機器人的體積，節省了用地，同時采用改變了現有的換電機器人中換電裝置的安裝方式，變為懸掛式安裝，易于與電動公交車相配合。它包括框架組合，框架組合安裝在行走組合上，在框架組合的一側為暫存架，另一側安裝控制柜；框架組合的頂部安裝升降傳動組合，升降傳動組合與升降組合連接，同時升降傳動組合還與配重組合連接；在升降組合下部懸掛可原地轉動的載物臺組合，在載物臺組合底部設有貨叉組合以及電池推手組合；所述升降組合四角設有與換電機器人框架的矩形鋼立柱相配合的V型輪組；在升降組合上設有載物臺組合轉動驅動裝置，在載物臺組合上設有限位裝置。
文檔編號B60S5/06GK103144615SQ20131010463
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者厲秉強, 楊勇, 尚文政, 高先進, 陳凡明 申請人:山東魯能智能技術有限公司