组合式换电机器人的制作方法

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1.本发明涉及新能源电动汽车换电机器人技术，可用于换电站或换电设施建设。


背景技术：

2.新能源电动汽车补充电能通常采用充电和换电两种方式，由于现有锂电池技术的限制，无论是通过交流充电桩还是直流快充桩进行充电，充电耗时与充电设施覆盖范围都无法与燃油汽车相媲美。另一方面，现有新能源汽车续航里程偏短，造成新能源汽车车主在使用过程中普遍存在的“里程焦虑”思想，这一点在长途旅行时尤为突出。而且由于城市空间的限制，停车位一位难求，供电设施不足和消防安全忧虑造成充电桩在申请安装时困难重重，这些缺点让新能源汽车的潜在消费者望而却步。通过建设换电站，可以为新能源汽车提供换电服务，能够在数分钟内完成更换一块满电量的电池。换电过程体验与燃油汽车在加油站加油一样快速便捷，既解决了车主对续航里程的焦虑，也可以解决车主难以安装充电桩的困境。换电模式还有利于实施车电分离，降低用户初始购车门槛，有利于车辆推广和开展新的业务。虽然采用换电模式有这些优点，但由于缺乏相关标准，各种汽车厂家车型与电池规格参数都不一致，而且电池模组重量与成本都比较高，造成换电设备的设计与投资也比较困难，这些问题导致换电技术目前还难以进行推广，仅仅局限于单一厂家为单一车型配套较少的换电设施。


技术实现要素：

3.针对现有换电技术领域的所面临的困难点，本发明提供了一种组合式换电机器人设计。能够满足不同车型，多种规格电池模组换电需求，具有灵活机动，换电速度快，投资少等优点，还能满足未来无人化需求，降低运营成本。
4.为实现上述目的，本发明的技术特征为：组合式换电机器人，是由举升机器人与换电机器人构成的可分离结合组合式机器人。举升机器人负责定位举升车辆，为换电机器人提供换电操作空间。换电机器人则根据举升机器提供的位置信息负责换电操作，两者协调配合。其中：举升机器人采用可变间距剪式举升架，主要部件包括剪式举升装置、可调轴距轮胎夹持装置、举升架变距连杆、变距可调螺杆、变距滑块和中央导轨构成；换电机器人集成悬挂高度可调驱动轮、中央导槽、控制设备和电池组件装卸机械臂。两者通过举升机器人中央导轨与换电机器人中央导槽进行机械与电气连接，而且换电机器人可沿举升机器人中央导轨方向移动进行分离、结合和定位调整。
5.本发明中举升机器人采用的可变间距剪式举升架，是为了满足不同车型车宽举升要求而设计。可变间距机构由变距连杆，滑块和可调螺杆构成。变距连杆一端连接两侧剪式举升架，另一端连接变距滑块，滑块通过中心内螺纹安装在可调螺杆上，螺杆为一中心对称反方向螺纹螺杆，当可调螺杆旋转时，因两端螺纹方向相反，2端滑块则沿螺杆作同步反向运动，继而带动变距连杆张开与收缩，实现两侧剪式举升架间距调整。可调螺杆及调节驱动装置与滑块安装在举升机器人中央导轨内，构成一个整体的部件。
6.本发明中的举升机器人可调轴距车轮夹持装置，是为了满足不同车型轴距车轮夹持举升而设计。举升机器人的4轮夹持装置安装在两侧剪式举升架上臂两端，每侧举升架的2个车轮夹持装置分别由齿轮齿条驱动，可根据车辆轴距沿举升架上臂滑动而调节相对距离。夹持机构由可旋转外臂与固定内臂构成，两者由螺纹拉杆驱动，当需要夹持车轮时，螺纹拉杆拉动可旋转外臂逐渐旋转角度，当旋转外臂轴线与拉杆平行时，夹持机构呈“f”形，然后拉杆继续带动外臂进入圆孔内，此时，外臂角度被固定，且夹持机构的固定内臂与可旋转外臂间距缩小，直至紧密夹持到车轮外缘完成夹持动作。解锁车轮动作与之相反，由螺纹拉杆推动可旋转外臂，解锁车轮，当外臂杆被推出圆孔时，外臂角度方向解锁，当外臂继续往前运动至连杆作用位置时，外置连杆则拉动外臂旋转张开，夹持机构恢复至初始位置。
7.本发明中的换电机器人包含悬挂高端可调驱动轮，中央导槽、控制设备和电池组件装卸机械臂等部件。
附图说明
8.图1是组合式换电机器人整机示意图
9.图2是举升机器人与换电机器人分离结合示意图
10.图3是举升机器人根据车辆4轮定位示意图
11.图4是剪式举升架间距调整示意图
12.图5是车轮夹持装置轴距调整示意图
13.图6是车轮夹持装置部件示意图
14.图7是车轮夹持装置结构动作示意图
15.图8是换电机器人平面结构示意图
16.图9是换电机器人可调悬挂驱动轮调整示意图
17.图10是组合式换电机器人换电流程操作示意图
具体实施方式：
18.下面结合附图图示介绍组合式换电机器人各部件结构与工作原理，该实施办法仅用于对本发明技术方案作进一步解释说明，而不能限定本发明的保护范围。
19.如附图1组合式换电机器人整机示意图所示，组合式换电机器人由举升机器人2与换电机器人1组成，可调轴距4轮夹持装置3安装在举升机器人剪式举升架上臂两端。
20.如附图2举升机器人与换电机器人分离结合示意图所示，举升机器人与换电机器人是通过举升机器人中央导轨7与换电机器人中央导槽19进行分离、结合和定位调整。中央导轨与中央导槽间还集成有电气接口，换电机器人可以为举升机器人提供动力与控制信号，举升机器人可根据换电机器人指令进行举升或下降。
21.如附图3举升机器人依据车辆4轮定位示意图所示，当举升机器人四轮夹持机构完成车轮4轮夹持后，举升机器人对车辆位置完成定位，为下一步换电机器人装卸电池组件提供精确的车轮位置信息。换电机器人再沿中央导轨方向移动调整与举升机器人的相对位置，进而完成对车辆电池组件的位置定位。
22.如附图4剪式举升架间距调整示意图所示，举升机器人剪式举升架间距调整机构由变距连杆4，可调螺杆5和变距滑块6构成。变距连杆4两端分别连接滑块6与两侧剪式举升
架。可调螺杆两端螺纹方向为中心对称的反向螺纹，变距滑块6通过中心螺纹安装在螺杆上。如附图4所示，当可调螺杆顺时针旋转时，两块变距滑块6作同步反方向向外运动，带动变距连杆4张开，进而带动两侧举升架张开，两侧举升架间距变大。螺杆逆时针转动时，则间距变小。可调螺杆与变距滑块安装在中央导轨7中，构成一个整体部件。
23.如附图5车轮夹持装置轴距调整示意图所示，剪式举升架两端的车轮夹持装置3是靠对称齿条9与齿轮8驱动，当齿轮8旋转时，驱动齿条9带动车轮夹持装置3沿举升架上臂进行滑动，可以满足对不同车型轴距车轮夹持举升要求。
24.如附图6车轮夹持装置部件示意图所示，车轮夹持装置3由可旋转夹持上臂14，固定下臂15，限位连杆16和螺纹拉杆18构成，可旋转夹持上臂与螺纹拉杆18由圆柱销17连接，螺纹拉杆18安装在固定下臂上的螺孔中。限位连杆16作用为对可旋转上臂14进行角度调节。
25.如附图7车轮夹持装置结构动作示意图所示，当夹持车辆车轮时，螺纹拉杆18由驱动装置驱动向下运动，带动可旋转夹持上臂14逆时针旋转直至与拉杆轴线平行，此时旋转上臂14与固定下臂15呈“f”型。当螺纹拉杆18继续向下运动时，带动圆柱17销轴连接部位进入固定下臂15的圆孔中，此时可旋转上臂14角度位置被固定，只能在螺纹拉杆18的带动下继续往下运动，直至与车辆车轮形成紧密接触，与下臂一起完成车轮夹持动作。夹持机构的解锁动作与之相反，只需驱动螺纹拉杆向上运动即可完成车轮解锁与上臂旋转收起动作。
26.图8是换电机器人平面结构示意图所示，换电机器人由4轮可调悬挂高度驱动轮10、中央导槽19、电池组件装卸机械臂20和动力与设备仓21构成。可调悬挂高度驱动轮驱动机器人自主运动，可安装转向拉杆或依靠两侧驱动轮差速转向。悬挂高度可调整为换电机器人作业面与电池组件底盘接触进行装卸操作提供条件。
27.图9是换电机器人可调悬挂调整示意图所示，可调悬挂驱动轮由驱动轮摆臂22、柱销11、驱动轮12和可调长度减震筒13构成。当减震筒13伸长时，摆臂22下压，则驱动轮12与柱销11中心高度增加，换电机器人底盘上升，顶部作业面升高。当减震筒13缩短时，则摆臂22抬高，驱动轮12与柱销11中心高度降低，换电机器人底盘下降，顶部作业面与电池组件底盘脱离。
28.图10是组合式换电机器人换电流程操作示意图。首先完成换电车辆的登记与识别，根据车辆车型获取有关车宽、轴距与电池组安装信息，然后举升机器人根据信息调整夹持机构轴距，规划行动路线。调整完成后，组合换电机器人整体运动至车辆底部，当探测到后车轮位置时，举升机器人扩张举升架至两侧车轮处，当举升架扩张至夹持装置3抵住车轮内侧时，举升架扩张完成。举升机器人再驱动夹持装置3进行轴距调整，当夹持装置固定内臂15与车轮内缘接触时，轴距调整完成。夹持装置3再继续驱动旋转外臂14紧密夹持住车轮外缘，车辆4轮夹持完成，举升机器人完成车辆位置定位。换电机器人再根据车辆电池组件参数沿中央导轨7移动，完成对电池组件位置定位。定位完成后，换电机器人升高驱动轮直至作业面紧密接触到电池组件底盘。然后电池组件装卸机械臂解锁电池组件，实现电池组件与车辆分离。电池组件拆卸完成后，换电机器人指令举升机器人举升车辆，为电池拖运提供操作空间。举升完成后，换电机器人则装运拆卸的电池组件沿中央导轨7驶出运至换电站储电架。接下来可以选择由换电机器人重新装载满电量电池，也可以选择另一辆已经装载好电池的换电机器人待命。在前置换电机器人驶出的同时，待机换电机器人也沿中央导轨7
驶入安装，以进行流水线操作，极大的提高换电速度。电池的安装与拆卸过程相反，首先换电机器人沿中央导轨7进行位置调整，调整完成后，通知举升机器人降低车辆高度，直至电池组件与车辆结合，然后换电机器人装卸机械臂再将电池组件锁紧。电池锁紧后，换电机器人降低悬挂高度与电池底盘脱离，举升机器人则继续降低高度直至车轮自然接触地面，然后再解锁车轮夹持机构，收缩举升架间距。举升机器人再与换电机器人结合成整体驶出车辆底盘，至此全部换电操作完成。