电动乘用车电池快换机器人的控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电动乘用车电池快换机器人的控制系统，包括主控机构，数据采集模块，执行机构，I/O模块，所述数据采集模块、执行机构分别与主控制机构经I/O模块电联接，所述主控制机构包括主控计算机、PLC控制器，所述数据采集模块包括电机编码器、超声传感器、光电传感器、DMP传感器，所述执行机构包括3自由度的直线运行单元驱动电机，3个电机的伺服驱动器及控制柜，限位开关，I/O模块包括与PLC控制器电联接的急停开关；电动乘用车电池快换机器人控制系统，可以在3个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动乘用车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及新能源的技术应用领域，尤其涉及一种电动乘用车电池快换机器人的控制系统。
技术介绍
随着世界能源及环境问题的日益严重，电能作为一种清洁能源广泛应用于汽车领域，为电动汽车提供了广阔的应用空间。然而，由于受到当前电池能量密度的限制，电动汽车的续航里程一般在一百公里至两百公里之间，远不如传统汽车的续航里程。因此，能否快速为汽车提供能量补给，直接影响到电动汽车的推广应用。对电池慢速充电需要几个小时才能完成，快速充电会对电池的寿命产生影响，而且单箱电池比较笨重，不利于人工更换。 针对这一难题，研究能够快速更换电池的机器人代替人工更换是解决电动汽车能量快速补给的有效办法之一。电动乘用车应用范围广泛，有运营性质的需要长时间工作的出租车及公务用车，对能量的快速补给要求迫切。根据目前的电池容量现状，一组电池最多运行4小时就要更换，如用人工更换，至少要半个小时的时间，这对运营商和用户来讲，是不容许的，因此，快速更换电池获取能量补给成了电动乘用车应用推广的主要障碍。目前，国内相关企业机构对电动乘用车的电池更换系统有一定的研究。中国专利ZL201010297770. 9提出了一种电动乘用车电池更换装置及换电系统。该系统提出了一种电动乘用车电池更换方案，本方案提出了一种利用换电机构旋转180°的方式，解决电池插接件在载物台上与车体方向的一致性问题，但该方案存在的缺陷是控制系统复杂，控制精度不高，换电时间长，容易出现电池箱更换时卡住或者停滞的现象。因此非常有必要设计一套新型的电动乘用车电池快换机器人控制系统。
技术实现思路
本技术的研究目的就是为了克服上述技术问题，提供一种电动乘用车电池快换机器人的控制系统；该系统能在3个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，其控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动乘用车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案—种电动乘用车电池快换机器人的控制系统，包括主控机构，数据采集模块，执行机构，I/O模块，所述数据采集模块、执行机构分别与主控制机构经I/O模块电连接。所述主控机构包括主控计算机和PLC控制器，PLC控制器通过工业以太网与主控计算机通信。所述数据采集模块包括电机编码器、超声传感器、SICK的DMP位置监测传感器、光电传感器，所述电机编码器与执行机构电连接，超声传感器安装在电池托盘上，用于实时监测电池托盘与车辆底盘之间的距离，DMP位置监测传感器安装在电池托盘上，用于监测电池与车辆底盘之间的角度偏差，光电传感器与PLC控制器电连接，用于对X轴行走进行定位。所述光电传感器安装在所述机器人的上横梁和立柱上充电电池两侧位置，用于对机器人的X轴和Z轴方向的定位。所述执行机构包括X轴、R轴和Z轴的3自由度的直线运行单元驱动电机，以及所述3个电机的伺服驱动器及控制柜，所述X轴为换电机器人水平运动方向，其行程两端安装限位开关；Z轴由两级油缸控制，接近电动汽车底盘；R轴为旋转轴，能够实现电池托盘的水平调整。所述I/O模块包括与PLC控制器电联接的急停开关。 本技术中的X轴电机驱动器，液压控制单元，R轴电机驱动器均为现有技术，在此不再赘述。本技术的主控机构负责充换电站的监控、换电流程的管理、换电机器人的运行状态和故障处理等功能。欧姆龙PLC是整个控制系统的核心，通过对外部传感器的信号进行判断，对机器人的3个自由度的电机进行逻辑控制来满足整个换电流程的要求。超声传感器，能检测电池托盘与电池之间的距离，PLC通过判断距离信号判断电池托盘是否成功托起电池，如果尚未托起则继续使油缸上升，逐渐接近底盘电池。机器人上装有两个DMP位置监测传感器，在相对电池充电工位进行取电池和放电池时，首先根据示教存储的坐标值进行初步定位，然后，两个DMP位置监测传感器对安装在电池充电工位的反光装置进行定位，进行二次确认，只有两次的确认无误，机器人才对电池进行取放。光电传感器，在机器人的X轴上对应电池充电架的每一列的电池两侧位置安装光电传感器，用于机器人对电池充电架在X轴方向的定位。本技术的工作原理控制系统的主控计算机负责充换电站的监控、换电流程的管理、换电平台的状态和故障处理等功能。PLC控制器是整个控制系统的核心，通过对外部传感器的信号进行判断，对机器人的3个自由度的驱动电机进行位置控制来满足整个换电流程的要求。超声波传感器，一是检测电池托盘与电池之间的距离，PLC依据距离信号判断电池托盘是否成功托起电池；二是判断两端安装超声波传感器的电池托盘与电池箱的距离，调整电池托盘的水平角度，使电池托盘端部与电池箱平行。DMP位置监测传感器对安装在电池充电工位上的反光板标识点进行搜索捕捉，进而调整电池托盘相对车体或电池充电架的姿态，提高抓取电池的成功率。光电传感器，在机器人的X轴上对应电池充电架的每一列的电池两侧位置安装光电传感器，用于机器人对电池充电架在X轴方向的定位检测。色标传感器，用于对电池箱在充电架或电动乘用车上锁止状态的检测，判断电池箱是否锁止或解锁成功。本技术的有益效果电动乘用车电池快换机器人控制系统，可以在3个自由度上实现电池箱姿态的自动调整，控制精度高、电池更换时间短，大大提高了电动乘用车电池快换机器人的工作效率、安全性和可靠性。附图说明图I :电动乘用车电池快换机器人的控制系统示意图；图中，101、主控计算机，102、PLC控制器，103、X轴电机驱动器，104、液压控制单元，105、R轴电机驱动器，106、编码器，107、超声传感器，108、DMP传感器，109、光电传感器。具体实施方式以下结合附图对本技术的技术方案作进一步说明电动乘用车电池快换机器人的控制系统包括主控机构，数据采集模块，执行机构，I/o模块，前述各部件之间电气连接。如图I所示，主控制机构包括主控计算机10UPLC控制器102，PLC控制器102通过工业以太网与主控计算机101进行通信，主控计算机101 包括显示器、鼠标、键盘和主机。数据采集模块包括电机编码器106、超声传感器107、DMP位置监测传感器108、光电传感器和色标传感器。执行机构包括X轴电机驱动器103，液压控制单元104，R轴电机驱动器105及控制柜。超声传感器107、DMP位置监测传感器108安装在电池托盘上。I/O模块包括与PLC控制器102电联接的急停开关。PLC逻辑控制器102是整个控制系统的核心部件，通过工业以太网与主控计算机101进行通信，通过对超声传感器107、DMP位置监测传感器108信号的综合判断对相应驱动电机进行控制。光电传感器安装在机器人上横梁和立柱上充电电池两侧位置，用于对机器人X轴和Z轴方向的定位，DMP位置监测传感器108与快换机器人托盘上安装的DMP位置监测传感器配合使用。色标传感器，用于对电池箱在充电架或电动乘用车上锁止状态的检测，判断电池箱是否锁止或解锁成功。R轴电机驱动器105调整电池托盘的水平和俯仰姿态，使电池能够精确放入车体，其复位标志开关在中间，方便实现电池相对车体的姿态调整。上述虽然结合附图对本技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动乘用车电池快换机器人的控制系统，其特征是，包括主控机构，数据采集模块，执行机构，I/O模块，所述数据采集模块、执行机构分别与主控制机构经I/O模块电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭林，赵金龙，戚晖，高先进，黄德旭，
申请(专利权)人：山东电力集团公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：实用新型
国别省市：