CN110949159B - 一种充换电一体的自动岸电配套装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充换电一体的自动岸电配套装置，包括装置室和起重机构，起重机构包括底座、水平回转平台、垂直转台、固设在垂直转台上的第一机械臂、与第一机械臂顶端铰接的第二机械臂、与第二机械臂铰接的第三机械臂、与第三机械臂铰接的插接模块，插接模块包括转动轴、充电插头、与转动轴固连的导向套、旋转并滑动嵌设在导向套内的限位套及固设在充电插头上的定位套，定位套与限位套旋转卡合，充电插头上安装加速度传感器、超声波传感器、角度传感器及红外线传感器。本发明实现了充电插头与充电接口的自动精准对接，提高了船舶充电效率，充电插头可替换为夹取充电电池的夹取机构，满足了船舶自动更换电池的要求，总体装备兼容性好。

Description

一种充换电一体的自动岸电配套装置
技术领域
本发明涉及船舶舶接供电技术领域，特别是涉及一种充换电一体的自动岸电配套装置。
背景技术
现在的大部分岸电船舶接用岸电技术，是指船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机，而改用陆地电源供电。港口提供岸电的功率应能保证满足船舶停泊后所必需的全部电力设施用电需求，包括：生产设备(如：舱口盖驱动装置、压载水泵等)以及生活设施、安全设备和其它设备。港口(提供岸电)和靠港船舶(接受岸电)各自都专门带有一套岸电***。
现有的港口码头的岸电装置，由于岸电箱静止安装在地面上，船舶需要充电时，需要大量人工配合，通过岸电电缆输送装置将电缆从地面上的岸电箱提升牵引到船上，然后由人工进行插头安装和拆卸，每一次船舶充电周期，都需要重复将电缆人工拖引安装到岸电电缆输送装置上，电缆输送到船上后，人工安装插头，充电完成后，又要将电缆从电缆输送装置上拆卸，安装拆卸过程人力和时间成本过大，对于短暂停泊船只不够友好，并且电缆杂乱的铺在地面上，存在很大的安全隐患也不美观，另外由于岸电电缆直径比较大，重量比较重，反复的安装拆卸效率都非常低，且对电缆易造成损坏，当港口同时间有大量船舶入港需要充电时，需要大量人力，且效率低下，使得港口整体自动化程度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种充换电一体的自动岸电配套装置，岸上充电插头可与船舶上的充电接口自动精准对接，提高了港口岸边的船舶充电效率和充电稳定性，实现了港口充电自动化，且充电插头高度可灵活调节，并能替换为夹取充电电池的夹取机构，满足了船舶自动更换电池的要求，总体装备兼容性好。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种充换电一体的自动岸电配套装置，包括装置室和可折叠收缩置入装置室的起重机构，所述起重机构包括可升降的底座、固装在底座一侧的水平回转平台、转动安装在水平回转平台上的可在竖直面发生转动的垂直转台、固设在垂直转台上的第一机械臂、与第一机械臂顶端相互铰接并通过A变幅油缸驱动其在竖直面发生转动的第二机械臂、与第二机械臂外端相互铰接并通过B变幅油缸驱动其在竖直面发生转动的第三机械臂、与第三机械臂前端相互铰接并通过C变幅油缸驱动其在竖直面发生转动的插接模块，所述垂直转台、第二机械臂及第三机械臂的转动方向均相同且所述插接模块的转动方向与第三机械臂的转动方向相反，所述插接模块包括转动轴、充电插头、与转动轴前端固连的导向套、可旋转并滑动嵌设在导向套内的限位套以及固定套设在充电插头中部外壁的定位套，所述定位套与限位套通过旋转卡合方式连接，所述充电插头壳体上安装有呈圆周分布的加速度传感器、超声波传感器、角度传感器及红外线传感器，所述充电插头上连接有电缆且电缆通过安装在底座另一侧的收束盘控制收放。
所述A变幅油缸的尾端与第一机械臂中部铰接，A变幅油缸的动力输出端通过第一连接件与第一机械臂顶端铰接，铰接于第一机械臂的所述第二机械臂的端部还通过第一推拉件与第一连接件铰接。
所述B变幅油缸的尾端与第二机械臂中部铰接，B变幅油缸的动力输出端通过第二连接件与第二机械臂外端铰接，所述第三机械臂包括与第二机械臂前端铰接的A机械臂部和通过电动伸缩杆连接在A机械臂部前端的B机械臂部，铰接于第二机械臂的所述A机械臂部端部还通过第二推拉件与第二连接件铰接。
所述C变幅油缸的尾端与B机械臂部铰接，C变幅油缸的动力输出端通过第三连接件与B机械臂部前端铰接，所述B机械臂部前端与转动轴铰接且转动轴还通过第三推拉件与第三连接件铰接。
所述充电插头中部形成第一台阶部和第二台阶部，所述第一台阶部的外径尺寸大于第二台阶部的外径尺寸，所述限位套底面中部设有凸环，所述凸环与第二台阶部间通过软管连接。
所述导向套内滑动嵌设有推盘，所述推盘的两侧空间内分别设有电机和气缸，所述定位套套设在第一台阶部上，所述限位套前端外壁设有圆周均布的限位块，所述定位套中部设有开口朝内的环形限位槽，所述定位套面向限位套的端面凹陷形成圆周均布的通孔，所述限位块通过气缸驱动穿过通孔并通过电机驱动旋转使得限位块贴合嵌入限位槽内。
所述充电插头的前端面四周设有垫圈。
本发明的有益效果是：本装置不需要利用电缆提升输送装置将电缆牵引提升至船上，而是通过控制起重机构的运作实现岸上充电插头与船舶上的充电接口的自动精准对接，工作时只需要一名人员进行监管就能完成船舶的充电操作，大大提高了港口岸边的船舶充电效率，减少了人力消耗，实现了港口充电自动化；本装置的插接模块可以跟随船舶在水面上的动态位置实时进行跟随调整，接口稳定性高，充电过程平稳，增加了船舶的充电效率，且充电插头与转动轴之间通过定位套与限位套的旋转卡合作用实现硬性连接使得充电插头可被稳定的插接至船舶充电接口，充电插头插接完毕后通过电机及气缸的作用使得定位套与限位套相脱离，利用软管连接限位套和充电插头使得充电插头与转动轴之间以软性连接方式相连，防止在充电时水面起伏给充电插头及船舶充电接口造成的损坏，进一步保证充电平稳性；本装置起重机构能够根据不同船型、不同大小，以转动或是伸缩方式自动调整相应机械臂的高度来调整充电插头的位置，充电插头也可以替换为用于夹取充电电池的夹取机构，能够适应船舶自动更换电池的要求，总体的装备兼容性好；在待命状态，起重机构可折叠收缩入地下装置室内，可使港口人员和车辆经地下装置室而正常通行，提升了地面空间的利用率；本装置组件采用刚性强度好且耐久好的钢制材料制成，表面涂覆有耐候性、耐盐雾性能优越的防腐涂料，具有IP67级防尘防水性能，能很好地经受住港口的恶劣环境，进行长期工作。
附图说明
图1为本发明的主要体现起重机构的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为本发明的插接模块的部分结构示意图；
图4为本发明的定位套的立体示意图；
图5为本发明的限位套的立体示意图；
图6为本发明体现充电插头插接面的示意图；
图7为本发明的起重机构收缩入地下装置室的示意图；
图8为本发明的地下装置室的盖板翻转的部分立体示意图。
图中：装置室1、盖板11、信号警示灯12、装置室超声波传感器13、装置室红外线传感器14、排水槽15、控制箱16、工作警示灯17、底座2、缓冲垫圈21、托盘22、水平回转平台3、垂直转台4、第一机械臂5、A变幅油缸51、第一连接件52、第一推拉件53、第二机械臂6、B变幅油缸61、第二连接件62、第二推拉件63、第三机械臂7、A机械臂部71、B机械臂部72、电动伸缩杆73、C变幅油缸74、第三连接件75、第三推拉件76、插接模块8、转动轴81、充电插头82、加速度传感器821、超声波传感器822、角度传感器823、红外线传感器824、垫圈825、第一台阶部826、第二台阶部827、固定器83、定位套84、限位槽841、通孔842、限位套85、限位块851、凸环852、软管853、导向套86、推盘87、电机88、气缸89、收束盘9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1～图8所示，一种充换电一体的自动岸电配套装置，包括装置室1和可折叠收缩置入装置室1的起重机构，所述起重机构包括可升降的底座2、固装在底座2一侧的水平回转平台3、转动安装在水平回转平台3上的可在竖直面发生转动的垂直转台4、固设在垂直转台4上的第一机械臂5、与第一机械臂5顶端相互铰接并通过A变幅油缸51驱动其在竖直面发生转动的第二机械臂6、与第二机械臂6外端相互铰接并通过B变幅油缸61驱动其在竖直面发生转动的第三机械臂7、与第三机械臂7前端相互铰接并通过C变幅油缸74驱动其在竖直面发生转动的插接模块8，所述垂直转台4、第二机械臂6及第三机械臂7的转动方向均相同且插接模块8的转动方向与第三机械臂7的转动方向相反，所述插接模块8包括转动轴81、充电插头82、与转动轴81前端固连的导向套86、可旋转并滑动嵌设在导向套86内的限位套85以及固定套设在充电插头82中部外壁的定位套84，所述定位套84与限位套85通过旋转卡合方式连接，所述充电插头82壳体上安装有呈圆周分布的加速度传感器821、超声波传感器822、角度传感器823及红外线传感器824，所述充电插头82上连接有电缆且电缆通过安装在底座2另一侧的收束盘9控制收放。本发明中，底座2通过安装在装置室1内的升降装置(图中未画出)控制升降，底座2的上表面铺设有缓冲垫圈21，可有效避免起重机构动作时对底座2和地面的刚性损坏；水平回转平台3用于控制起重机构在水平面作来回转动，其与垂直转台4相配合实现第一机械臂5、第二机械臂6、第三机械臂7、插接模块8等结构收缩后的卧倒动作或是工作时的张开动作；三个机械臂和三台变幅油缸配合完成插接模块8的伸缩和上下位置调节，配合加速度传感器821、超声波传感器822、角度传感器823、红外线传感器824与转动轴81的配合作用，使得充电插头82可以跟随船舶在水面上的动态位置实时进行跟随调整，实现了岸上充电插头82与船舶上的充电接口的自动精准对接及两者间的位置和角度的精准微调，使得充电过程平稳，增加船舶的充电效率，提高了充电稳定性，其中，第三机械臂7为可伸缩结构，可以很好地消除水面高度对充电位置对接的影响；转动轴81上设有固定器83，其与收束盘9配合，将电缆进行固定和收放。
所述A变幅油缸51的尾端与第一机械臂5中部铰接，A变幅油缸51的动力输出端通过第一连接件52与第一机械臂5顶端铰接，铰接于第一机械臂5的所述第二机械臂6的端部还通过第一推拉件53与第一连接件52铰接。
所述B变幅油缸61的尾端与第二机械臂6中部铰接，B变幅油缸61的动力输出端通过第二连接件62与第二机械臂6外端铰接，所述第三机械臂7包括与第二机械臂6前端铰接的A机械臂部71和通过电动伸缩杆73连接在A机械臂部71前端的B机械臂部72，铰接于第二机械臂6的所述A机械臂部71端部还通过第二推拉件63与第二连接件62铰接。
所述C变幅油缸74的尾端与B机械臂部72铰接，C变幅油缸74的动力输出端通过第三连接件75与B机械臂部72前端铰接，所述B机械臂部72前端与转动轴81铰接且转动轴81还通过第三推拉件76与第三连接件75铰接。
所述充电插头82中部形成第一台阶部826和第二台阶部827，所述第一台阶部826的外径尺寸大于第二台阶部827的外径尺寸，所述限位套85底面中部设有凸环852，所述凸环852与第二台阶部827间通过软管853连接。
定位套84与限位套85旋转卡合连接的具体方式为：所述导向套86内滑动嵌设有推盘87，所述推盘87的两侧空间内分别设有电机88和气缸89，，所述定位套84套设在第一台阶部826上，所述限位套85前端外壁设有圆周均布的限位块851，所述定位套84中部设有开口朝内的环形限位槽841，所述定位套84面向限位套85的端面凹陷形成圆周均布的通孔842，所述限位块851通过气缸89驱动穿过通孔842并通过电机88驱动旋转使得限位块851贴合嵌入限位槽841内。
由于港口岸边有时风浪较大，船舶受风浪的影响而有较大的起伏且起伏方向不定，当进行充电时，若充电插头82与转动轴81为硬性连接，在第三机械臂7的伸缩调节下充电插头82任将受到转动轴81及第三机械臂7等的作用而不能完全随船舶的起伏而起伏，这就极易造成充电插头82与船舶充电接口的损坏，导致接触不良而无法充电，提升维修成本，本发明通过上述定位套84、限位套85等结构的设置实现了充电插头82与转动轴81间由硬性连接(即充电插头82对接时，定位套84与限位套85处于旋转卡合状态)向软性连接(即完成充电插头82对接后，定位套84与限位套85处于脱离状态)的转换，使得充电时充电插头82可完全随船舶的起伏而起伏，进一步提升了充电的稳定性，降低了维修成本。
所述充电插头82的前端面四周设有垫圈825，垫圈825采用橡胶材料制成，可防止充电插头82对船身漆面造成划痕和损伤，同时能够有效缓解充电插头82与船舶充电接口对接时产生的冲击。
装置室1包括可自动翻转的盖板11，盖板11上安装有信号警示灯12，装置室1的两侧壁上分别设有装置室超声波传感器13、装置室红外线传感器14且装置室1的底面设有排水槽15，装置室1的两侧地面分别设有控制箱16和工作警示灯17，起重机构在工作完成后或者待命时是折叠收起的，并且随底座2整体收回至装置室1内，通过盖板11的闭合将起重机构隐藏于地面下方，而盖板11上方仍可让港口人员和车辆进行正常通行，提升了地面空间的利用率；工作时，通过信号警示灯12及工作警示灯17的设置，确保了人员和设备的安全；在下雨的环境中，排水槽15可以将灌入装置室1内的雨水直接排出，避免积水。
本发明装置用于充电时分为三个状态：待命状态、工作状态和停止(紧急)状态，具体如下：
(1)待命状态：当港口内没有充电需求的船只时，整台装置处于收拢形态，即起重机构折叠收回在装置室1内，时刻待命。具体为：水平回转平台3处于0度位置，不执行转向动作，垂直转台4将第一机械臂5转至与地平线保持平行，A变幅油缸51将第二机械臂6收回并与收回的第一机械臂5保持平行，B变幅油缸61将第三机械臂7收回，C变幅油缸74将转动轴81收回，电动伸缩杆73收回至最短位置，机构中的所有可变结构都处在动作最初位置，且处在锁定状态，底座2上设有托盘22，托盘22将收回的整体托起，使得整体装置收回后的作用力分摊，对整体装置起到保护作用，盖板11收回将装置室1封盖并与地面保持一体性，同时，工作警示灯17和信号警示灯12不会亮起，设备处于待命状态。
(2)工作状态，当港口有准备驶入的船舶发出需要的充电的指令时，本装置进入工作状态，具体情况如下：收到充电命令后，在船舶还没有完全入港停稳之前，装置进入预启动模式，此时信号警示灯12和工作警示灯17均闪烁亮起，并发出警示声响，盖板11自动缓慢打开，同时，装置室超声波传感器13和装置室红外线传感器14在盖板11动作时会实时监测盖板11位置和附近是否有阻挡物，当盖板11运动至与地平线保持垂直角度时停止动作；水平回转平台3先保持原先位置不动作，垂直转台4运动至与地面水平线保持垂直，将起重机构整体竖直提起，竖直动作到位后，A变幅油缸51、B变幅油缸61、C变幅油缸74依次推动第二机械臂6、第三机械臂7、转动轴81展开，工作状态预启动模式结束；船舶到港，停泊固定后，水平回转平台3带动起重机构进行转向，加速度传感器821、超声波传感器822、角度传感器823、红外线传感器824对需要充电的船舶的充电接口位置进行跟踪和定位，同时各机械臂和转动轴81实时进行微调，定位完成后，起重装置带动充电插头82与船舶充电接口进行对接，进行充电。当水面有较小的波浪和水位对船舶的高度有影响时，电动伸缩杆73将会进行伸缩调整，来确保充电插头82与充电接口的对接状态。当风浪较大时，为避免大风浪对充电的影响，电机88运转带动限位套85转动至限位块851与通孔842对齐，电机88停止运转，气缸89启动，带动电机88、推盘87、限位套85后退而使限位块851脱出定位套84，此时充电插头82与转动轴81为软性连接，在限位套85发生转动时，由于软管853的特性软管853也将发生一定扭转，待充电结束后，气缸89启动带动电机88、推盘87、限位套85前进而使限位块851进入定位套84，当限位块851与限位槽841抵接时，启动电机88带动限位套85逆向转动使得限位块851与限位槽841重新卡合，恢复充电插头82与转动轴81的硬性连接，方便充电插头82的拔出。
当船舶结束充电工作准备驶出港口或者船舶充电电池充满后，工作状态结束，进入收回程序，起重机构带动充电插头82脱离充电接口，电动伸缩杆73收缩至最短位置，A变幅油缸51、B变幅油缸61、C变幅油缸74依次带动第二机械臂6、第三机械臂7、转动轴81收起，水平回转平台3转回初始位置，随后垂直转台4将收起的起重臂机构，缓慢放倒至与水平线保持平行，托盘22将放倒的机构托起，装置室超声波传感器13和装置室红外线传感器14监测到没有阻挡物后，盖板11自动收起至将装置室1封盖，动作到位后，信号警示灯12和工作警示灯17带报警警示闪烁停止，警示声结束，工作状态结束。
(3)停止(紧急)状态，具体包括：①在待命模式和工作模式的任一环节，盖板11开启或收回时，装置室超声波传感器13和装置室红外线传感器14监测到有障碍物时会发出信号给控制箱16使盖板11紧急停止，保持当前位姿，同时工作警示灯17带报警发出鸣响报警声；②起重机构在工作状态，充电插头82上的加速度传感器821、超声波传感器822、角度传感器823、红外线传感器824监测到瞬间角度，位移发生时，起重机构立即断开充电，小幅收回充电插头82，使之不与船舶触碰，同时工作警示灯17带报警发出鸣响报警声；③当其他紧急情况发生时，监护人员都可通过控制箱16对本装置进行紧急停止，确保人员和设备的安全。
充电插头82可替换为用于抓取船舶上充电电池的夹取机构(充电电池与船舶充电接口电连接)，满足了自动更换充电电池的需求。夹取机构的连接方式同充电插头82，其他结构均不发生变化，更换后，装置的工作模式同安装充电插头82时的操作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种充换电一体的自动岸电配套装置，包括装置室(1)和可折叠收缩置入装置室(1)的起重机构，其特征在于：所述起重机构包括可升降的底座(2)、固装在底座(2)一侧的水平回转平台(3)、转动安装在水平回转平台(3)上的可在竖直面发生转动的垂直转台(4)、固设在垂直转台(4)上的第一机械臂(5)、与第一机械臂(5)顶端相互铰接并通过A变幅油缸(51)驱动其在竖直面发生转动的第二机械臂(6)、与第二机械臂(6)外端相互铰接并通过B变幅油缸(61)驱动其在竖直面发生转动的第三机械臂(7)、与第三机械臂(7)前端相互铰接并通过C变幅油缸(74)驱动其在竖直面发生转动的插接模块(8)，所述垂直转台(4)、第二机械臂(6)及第三机械臂(7)的转动方向均相同且插接模块(8)的转动方向与第三机械臂(7)的转动方向相反，所述插接模块(8)包括转动轴(81)、充电插头(82)、与转动轴(81)前端固连的导向套(86)、可旋转并滑动嵌设在导向套(86)内的限位套(85)以及固定套设在充电插头(82)中部外壁的定位套(84)，所述定位套(84)与限位套(85)通过旋转卡合方式连接，所述充电插头(82)壳体上安装有呈圆周分布的加速度传感器(821)、超声波传感器(822)、角度传感器(823)及红外线传感器(824)，所述充电插头(82)上连接有电缆且电缆通过安装在底座(2)另一侧的收束盘(9)控制收放。
2.如权利要求1所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述A变幅油缸(51)的尾端与第一机械臂(5)中部铰接，A变幅油缸(51)的动力输出端通过第一连接件(52)与第一机械臂(5)顶端铰接，铰接于第一机械臂(5)的所述第二机械臂(6)的端部还通过第一推拉件(53)与第一连接件(52)铰接。
3.如权利要求1所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述B变幅油缸(61)的尾端与第二机械臂(6)中部铰接，B变幅油缸(61)的动力输出端通过第二连接件(62)与第二机械臂(6)外端铰接，所述第三机械臂(7)包括与第二机械臂(6)前端铰接的A机械臂部(71)和通过电动伸缩杆(73)连接在A机械臂部(71)前端的B机械臂部(72)，铰接于第二机械臂(6)的所述A机械臂部(71)端部还通过第二推拉件(63)与第二连接件(62)铰接。
4.如权利要求3所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述C变幅油缸(74)的尾端与B机械臂部(72)铰接，C变幅油缸(74)的动力输出端通过第三连接件(75)与B机械臂部(72)前端铰接，所述B机械臂部(72)前端与转动轴(81)铰接且转动轴(81)还通过第三推拉件(76)与第三连接件(75)铰接。
5.如权利要求1所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述充电插头(82)中部形成第一台阶部(826)和第二台阶部(827)，所述第一台阶部(826)的外径尺寸大于第二台阶部(827)的外径尺寸，所述限位套(85)底面中部设有凸环(852)，所述凸环(852)与第二台阶部(827)间通过软管(853)连接。
6.如权利要求5所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述导向套(86)内滑动嵌设有推盘(87)，所述推盘(87)的两侧空间内分别设有电机(88)和气缸(89)，所述定位套(84)套设在第一台阶部(826)上，所述限位套(85)前端外壁设有圆周均布的限位块(851)，所述定位套(84)中部设有开口朝内的环形限位槽(841)，所述定位套(84)面向限位套(85)的端面凹陷形成圆周均布的通孔(842)，所述限位块(851)通过气缸(89)驱动穿过通孔(842)并通过电机(88)驱动旋转使得限位块(851)贴合嵌入限位槽(841)内。
7.如权利要求1所述一种充换电一体的自动岸电配套装置，其特征在于：所述充电插头(82)的前端面四周设有垫圈(825)。
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