本發明屬于電動汽車更換電池領域，涉及一種電動汽車全自動換電機器人。

背景技術：

環境污染和石油資源不足是目前汽車行業發展的瓶頸。在此背景下，新能源純電動汽車應運而生。所謂純電動汽車是指以車載電源為動力，用電池驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。雖然純電動汽車使用的是清潔能源，但由于目前電池技術的局限性，使得純電動汽車的續航能力有限，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。快速充電技術可以在短時間內充滿電池電量，但嚴重損害了電池的壽命；而對于充電樁技術，由于電動汽車及電池標準不統一，需要設計專車充電樁，嚴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、充電機等設備的換電站，將電動汽車用完的電池取出并放入充電架進行充電，同時將已充滿電的電池放入電動汽車內，滿足電動汽車的續航要求。

目前，電動汽車為了使續航能力能達到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的調整都十分困難，現有的換電方式通常效率低下，而且準確性較差。一旦電池的方位姿態調整出現問題，便很容易卡住，損壞電池和車體，嚴重的還會引起電池爆炸起火等危險事故。

技術實現要素：

為了解決現有的換電技術存在的效率低、準確性差的技術問題，本發明提供一種電動汽車全自動換電機器人。

本發明的技術解決方案是：一種電動汽車全自動換電機器人，其特殊之處在于：包括可移動的底盤，底盤上安裝主機體，主機體內安裝換電治具；

上述主機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、貨叉和推拉機構；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機構與治具提升架相連；所述貨叉通過一個俯仰機構與治具本體相連；所述推拉機構安裝于貨叉上，推拉機構上設置有電池解鎖機構。

上述提升裝置包括兩個平行設置的傳動軸A和傳動軸B；傳動軸A通過一個減速機與提升電機相連；傳動軸A上安裝有驅動鏈輪，傳動軸B上安裝有從動鏈輪，所述驅動鏈輪通過一根驅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。

上述方位旋轉機構包括旋轉驅動電機、旋轉驅動齒輪和回轉齒輪；所述回轉齒輪包括可同軸轉動的外圈和內圈；回轉齒輪的外圈與治具本體固定連接，回轉齒輪的內圈與治具提升架固定連接；所述旋轉驅動電機通過減速機與旋轉驅動齒輪相連，旋轉驅動齒輪與回轉齒輪的外圈咬合；所述旋轉驅動電機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置有一根伸縮從動齒條，貨叉固定板上設置有一個與所述伸縮從動齒條的位置相對應的通孔；所述伸縮驅動齒輪穿過通孔后與伸縮從動齒條咬合；所述伸縮驅動齒輪通過一個減速機與伸縮驅動電機相連；所述伸縮驅動電機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；所述俯仰機構包括俯仰驅動電機、俯仰驅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置；所述俯仰驅動齒輪與俯仰從動齒條咬合；所述俯仰驅動齒輪通過一個減速機與俯仰驅動電機相連；所述俯仰驅動電機安裝于治具本體上。

上述推拉機構包括推拉板、推拉驅動電機、推拉驅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置；所述推拉驅動齒輪與推拉固定齒條咬合；所述推拉驅動齒輪通過一個減速機與推拉驅動電機相連；所述推拉驅動電機安裝于推拉板上。

上述解鎖機構包括解鎖驅動電機和解鎖頭；所述解鎖頭穿過推拉板后再通過一個減速機與解鎖驅動電機相連；所述解鎖驅動電機安裝于推拉板上；所述解鎖頭為三爪結構。

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

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

本發明的有益效果在于：

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

(2)本發明通過提升裝置、方位旋轉機構、俯仰機構以及推拉機構的配合工作，實現了多個方向上的運動自由度，可以高效準確的匹配電池的位置和姿態。

(3)本發明通過設置暫存架可以暫時存放需要更換或者更換后的電池，避免了換電機器人在待換電車輛與充電架之間的頻繁移動，進一步提高了換電效率。

附圖說明

圖1為本發明電動汽車全自動換電機器人的較佳實施例結構示意圖。

圖2為本發明的底盤驅動部分較佳實施例結構示意圖。

圖3為本發明的換電治具較佳實施例結構示意圖。

圖4為本發明的提升裝置較佳實施例結構示意圖。

圖5為本發明的方位旋轉機構較佳實施例結構示意圖。

圖6為本發明的貨叉較佳實施例結構示意圖。

圖7為本發明的貨叉活動板收回狀態示意圖。

圖8為本發明的貨叉活動板伸出狀態示意圖。

圖9為本發明的俯仰機構較佳實施例結構示意圖。

圖10為本發明的推拉機構較佳實施例結構示意圖。

圖11為本發明的解鎖機構較佳實施例結構示意圖。

具體實施方式

參見圖1，本發明提供的電動汽車全自動換電機器人結構主要包括可移動的底盤100，用于完成換電機器人的位移行走動作。底盤上安裝主機體200，主機體內安裝換電治具400，用于完成電池的取放動作。

主機體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器人的結構本體，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，用于完成換電機器人上下方向的動作；較佳的，主框架210內還可以設置一個暫存架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置的大電池架、小電池架和尺寸可調的兼容架。

進一步的，底盤100包括底盤驅動電機110、兩個同軸設置的驅動輪160和兩個同軸設置的行走輪170。驅動輪位于底盤一端，行走輪位于底盤的另一端與驅動輪相對設置，二者一起支撐整個換電機器人并沿軌道180行走。

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

參見圖3，本發明提供一種換電治具的較佳實施例，其結構主要包括治具提升架410、治具本體420、貨叉430和推拉機構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通過一個方位旋轉機構470與治具提升架410相連，方位旋轉機構470用于控制治具本體420在水平方向上做旋轉動作。貨叉430通過一個俯仰機構460與治具本體420相連，俯仰機構460用于控制貨叉430相對于治具本體420在一定角度范圍內做傾斜俯仰動作。推拉機構440安裝于貨叉430上，在取電池時推拉機構440向內運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，在放電池時推拉機構440向外運動將電池移出貨叉430。推拉機構440上設置有電池解鎖機構450，用于完成電池的鎖定和解鎖。

參見圖4，本發明提供一種提升裝置的較佳實施例，其結構包括兩個平行設置的傳動軸240，傳動軸A通過一個減速機230與提升電機220相連。傳動軸A上安裝有驅動鏈輪250，傳動軸B上安裝有從動鏈輪270，驅動鏈輪250通過一根驅動鏈條與從動鏈輪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220通過減速機230帶動傳動軸240轉動，提升鏈輪280帶動提升鏈條290上下運動，驅動鏈輪250帶動從動鏈輪270運動從而帶動對稱布置在另一側的兩個提升鏈輪280同時轉動，實現4根提升鏈條290同步的上下運動，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。進一步的，在治具提升架的四個角上還可以分別設置一個或多個導向輪，供提升鏈條290穿過(圖2所示為每個角上各設置兩個導向輪的治具提升架示例)。

參見圖5，本發明提供一種方位旋轉機構的較佳實施例，其結構包括旋轉驅動電機471、旋轉驅動齒輪473和回轉齒輪474。回轉齒輪474包括可同軸轉動的外圈和內圈，回轉齒輪474的外圈與治具本體固定連接，回轉齒輪474的內圈與治具提升架固定連接。旋轉驅動電機471通過減速機472與旋轉驅動齒輪473相連，旋轉驅動齒輪473與回轉齒輪474的外圈咬合。旋轉驅動電機471安裝于治具提升架上。旋轉驅動電機471通過減速機472帶動旋轉驅動齒輪473轉動，旋轉驅動齒輪473帶動回轉齒輪474的外圈轉動，從而使整個治具本體在水平方向上完成旋轉動作。

參見圖6，本發明提供一種貨叉的較佳實施例，其結構包括貨叉固定板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置有一根伸縮從動齒條434，貨叉固定板上設置有一個與伸縮從動齒條的位置相對應的通孔，伸縮驅動齒輪433穿過通孔后與伸縮從動齒條434咬合。伸縮驅動齒輪433通過一個減速機432與伸縮驅動電機431相連，伸縮驅動電機431安裝于貨叉固定板436上。伸縮驅動電機431通過減速機432和伸縮驅動齒輪433帶動伸縮從動齒條434運動，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和收回狀態示例。

參見圖9，本發明提供一種俯仰機構的較佳實施例。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。俯仰機構460的結構包括俯仰驅動電機461、俯仰驅動齒輪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置，俯仰驅動齒輪463與俯仰從動齒條464咬合。俯仰驅動齒輪463通過一個減速機462與俯仰驅動電機461相連，俯仰驅動電機461安裝于治具本體上。俯仰驅動電機461通過減速機462帶動俯仰驅動齒輪463旋轉，使俯仰從動齒條464上下運動，從而驅使整個貨叉沿軸承座軸向旋轉，實現俯仰動作。該俯仰機構可以實現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，本發明提供一種推拉機構的較佳實施例，其結構包括推拉板447、推拉驅動電機441、推拉驅動齒輪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平行設置，推拉驅動齒輪443與推拉固定齒條444咬合。推拉驅動齒輪443通過一個減速機442與推拉驅動電機441相連，推拉驅動電機441安裝于推拉板447上。推拉驅動電機441通過減速機442驅動推拉驅動齒輪443將驅動力傳給推拉固定齒條444，反作用力驅使推拉板447在貨叉上沿滑軌445前進或后退，從而實現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，本發明提供一種解鎖機構的較佳實施例，其結構包括解鎖驅動電機451和解鎖頭453。解鎖頭453穿過推拉板后再通過一個減速機452與解鎖驅動電機451相連，解鎖驅動電機451安裝于推拉板上，解鎖頭453為三爪結構。解鎖驅動電機451通過減速機452帶動解鎖頭453旋轉，從而實現電池取放過程中的鎖止和解鎖動作。

在本發明中，換電機器人沿軌道方向(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動方向稱為T軸、解鎖頭沿著自身的軸心旋轉稱為S軸、治具本體沿著回轉支撐的軸心旋轉方向稱為B軸(方位軸)、治具本體沿著軸承座的旋轉稱為C軸(俯仰軸)。

本發明提供的換電機器人具體工作方式如下：

電動汽車停靠在指定的位置，可用減速帶或其他設備限制車輛前輪或后輪的位置來對車輛前后方向進行粗定位。

換電機器人沿軌道行走到預設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確坐標后反饋給換電機器人，機器人的X軸、Z軸、B軸、C軸、Y軸行走到準確的電池坐標。

機器人的S軸旋轉至解鎖狀態，T軸伸出到準確的電池坐標，S軸旋轉至鎖止狀態，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，此時治具本體可以載著電池進行X、Y、Z、B、C、T、S軸動作，從而實現將缺電電池暫存入暫存架，從暫存架取預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進行充電。亦或直接將從汽車上取出的缺電電池放入充電機充電，從充電機其他艙位取滿電電池放入汽車，也可以實現換電過程。