电动乘用车底盘电池快换机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及电动乘用车底盘电池快换机器人，其特征是，它由机械单元和控制系统两个部分组成，所述的机械单元包括四个自由度的运动机构，四个自由度的运动机构为X轴方向实现水平运动的直线导轨、Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构、Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构和R轴方向实现角度偏转的蜗轮蜗杆结构，四个自由度的运动机构分别连有驱动其运动的伺服电机。本实用新型专利技术所提供的电动乘用车底盘电池快换机器人的机械单元包含四个自由度，在控制系统控制和交流伺服电机驱动下，确保了快换机器人的精确定位。同时，承载压力被均衡在系统的不同方向，交流伺服电机无需提供过大扭矩，保证了系统的稳定运行。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于电动汽车底盘电池组更换的机器人，具体是用于电动汽车电池自动取放的设备。
技术介绍
电动汽车作为一种新型交通工具，具有“零排放”、能量来源广等优点，是缓解我国石油资源紧张、城市大气污染问题严重的重要手段，是推进交通发展模式转变，推进节能减排工作的有效载体。然而，相关电池技术以及充电技术的落后成为了束缚电动汽车产业发展的瓶颈，各国政府和企业下大力度完善电动汽车配套基础产业。目前，电动汽车能源补给主要有整车充电和机械换电两大类。整车充电需要的充电时间较长，并且容易对电网侧产生谐波污染，因此，该模式有很大的弊端。与此相比，机械换电操作简单，能够在5分钟内完成乘用车电池组的快速更换，同时，可利用夜间进行电池组的集中充电，实现了电力负荷的 “调峰填谷”，提高了电力设备的综合利用效率，获得了研究人员的持续关注。在作者已获授权的技术专利CN200920310360.6中，公开了一种用于电动公交车侧面电池组更换的机器人结构，属于机械换电方式的一种。其整体由底座、执行机构和控制装置三部分组成，机器人换电的方式为底座下的滚轮按照预期导轨运行，执行机构中的伺服电机驱动旋转臂运动，进而完成电池组的更换。此过程中小臂要承受大约250千克的重量，因而，小臂的伺服电机需要输出过大的力矩，造成整体设备的稳定性不高。
技术实现思路
本技术针对现有技术的上述缺陷，提供了一种快速、可靠地更换电动乘用车电池组的机器人。本技术采用的技术方案为电动乘用车底盘电池快换机器人，由机械单元和控制系统两个部分组成，所述的机械单元包括四个自由度的运动机构，四个自由度的运动机构为X轴方向实现水平运动的直线导轨、Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构、Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构和R轴方向实现角度偏转的蜗轮蜗杆结构，四个自由度的运动机构分别连有驱动其运动的伺服电机。所述的Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构上设有电池托盘，Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构与Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构垂直活动连接，Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构与X轴方向实现水平运动的直线导轨垂直活动连接。所述的电池托盘下固定有六个承载支撑的球形脚支。所述控制系统包括与伺服电机相连的电气系统、设在运动机构上的传感器模块、 与传感器模块相连的控制模块。所述电气系统包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有CPU控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有触摸屏和各类操控按钮。所述的CPU控制模块与触摸屏之间通过PR0FIBUS-DP连接通讯。所述传感器模块包括多个超声波传感器和压力传感器。所述控制模块采用西门子S7-300-315T模块。机械单元安装有四个交流伺服电机，接收控制系统命令后，驱动机械单元四个方向的运动。X轴方向水平运动，采用直线导轨定位方式，在传感器的配合下，交流伺服电机驱动快换机器人到达预定的水平位置。Y轴和Z轴方向伸缩和升降运动，采用齿轮齿条结构， 在交流伺服电机驱动下到达准确的预期位置。R轴方向角度纠偏运动，电池托盘能够完成士 10°的角度偏转。电池托盘下固定有六个承载支撑的球形脚支，能够有效缓解电池托盘的负荷载重。超声波传感器，根据声波信号空间传输的时间，得到快换机器人与目标对象的实际距离。控制系统结合两者的实时距离，驱动伺服电机，完成机械单元四个方向的运动。 压力传感器感受到压力信号，将该信号反馈给控制系统，电池组完成机械解锁操作，进而实现乘用车电池组的卸下。本技术所提供的电动乘用车底盘电池快换机器人的机械单元包含四个自由度，在控制系统控制和交流伺服电机驱动下，确保了快换机器人的精确定位。同时，承载压力被均衡在系统的不同方向，交流伺服电机无需提供过大扭矩，保证了系统的稳定运行。附图说明图1为本技术实施例中电动乘用车电池组更换总体过程的示意图(主视图)。图2为本技术电动乘用车底盘电池快换机器人的主视图。图3为本技术电动乘用车底盘电池快换机器人的左视图。图中1、换电平台，2、电动乘用车底盘电池快换机器人，3、充电架，4、电动乘用车， 5、直线导轨，6、X轴交流伺服电机，7、电池托盘，8、Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构， 9、Y轴交流伺服电机，10、Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构，11、Z轴交流伺服电机， 12、R轴交流伺服电机。具体实施方式下面对本技术作示例性说明，不对本技术的保护范围作具体限定，其技术特征的等同替代方式和/或明显变形方式应当落在本技术的保护范围之内。电动乘用车底盘电池快换机器人，由机械单元和控制系统两个部分组成，所述的机械单元包括四个自由度的运动机构，四个自由度的运动机构为X轴方向实现水平运动的直线导轨5、Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构8、Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构10和R轴方向实现角度偏转的蜗轮蜗杆结构，四个自由度的运动机构分别连有驱动其运动的伺服电机6、9、11、12。所述的Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构8上设有电池托盘7，Y轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构8与Z轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构10垂直活动连接，Z 轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构10与X轴方向实现水平运动的直线导轨5垂直活动连接。所述的电池托盘7下固定有六个承载支撑的球形脚支。所述控制系统包括与伺服电机相连的电气系统、设在运动机构上的传感器模块、与传感器模块相连的控制模块。所述电气系统包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有CPU控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有触摸屏和各类操控按钮。所述的CPU控制模块与触摸屏之间通过PR0FIBUS-DP连接通讯。所述传感器模块包括多个超声波传感器和压力传感器。所述控制模块采用西门子S7-300-315T模块。X轴交流伺服电机设在X轴和Z轴的连接处，Y轴交流伺服电机和Z轴交流伺服电机均设在Y轴和Z轴的连接处，R轴交流伺服电机设在Y轴上。使用方法参照说明附图1，本技术电动乘用车电池组更换总体流程，主要包括换电平台 1，底盘电池快换机器人2，充电架3，电动乘用车4。在换电平台1的定位装置控制下，电动乘用车4的位置是固定不变的。操作人员通过触摸屏的操作按钮启动底盘电池快换机器人2，控制系统驱动快换机器人2到达预定的位置，进而完成整个电池组的卸下。然后，快换机器人2将取下的旧电池放入充电架3的固定单元内。整个旧电池的取放过程结束。参照说明附图2至3，本技术电动乘用车底盘电池快换机器人的主视图和左视图。当电动乘用车4行驶到换电平台1上，其固定位置信息被传递到底盘电池快换机器人2的控制系统中。操作人员启动快换机器人2，电动乘用车底盘电池快换过程开始。首先，X轴交流伺服电机6驱动快换机器人2沿着X轴的直线定位导轨5运动到预先的水平位置，随后，电池托盘7在Y轴交流伺服电机9和R轴交流伺服电机12的驱动下，完成Y方向和R方向的伸缩和角度纠偏运动。此过程中，超声测距传感器实时反馈和传递电池托盘 7与目标对象的距离，控制系统根据反馈信号，控制电池托盘7完成在Y轴方向8的伸缩和 R方向的角度纠正。当到达准确位置后，Z轴交流伺服电机11驱动电池托盘7上升到电动乘用车4电池组的正下方，电池托盘7上的压力传感器将压力信号传递给控本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．电动乘用车底盘电池快换机器人，其特征是，它由机械单元和控制系统两个部分组成，所述的机械单元包括四个自由度的运动机构，四个自由度的运动机构为Ｘ轴方向实现水平运动的直线导轨、Ｙ轴方向实现伸缩运动的齿轮齿条结构、Ｚ轴方向实现升降运动的齿轮齿条结构和Ｒ轴方向实现角度偏转的蜗轮蜗杆结构，四个自由度的运动机构分别连有驱动其运动的伺服电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华栋，孙玉田，赵金龙，王鑫，戚晖，
申请(专利权)人：山东电力研究院，
类型：实用新型
国别省市：88