CN112297943B - 一种机器人不断电自动更换电池的***及方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人不断电自动更换电池的***及方法，包括机器人本体、电池拆换存储装置和调度后台，机器人本体上设置有电池仓、辅助电池、供电接头和第一通信模块，更换主电池时由辅助电池供电；电池拆换存储装置包括电池存储仓、电池拆运机构、升降机构、第二通信模块和控制模块，每个电池存储仓均设置有充电接头，电池拆运机构可在升降机构的驱动下实现与各个电池存储仓的对接，其另一端与机器人主体上的电池仓对接，用于拆装和传输主电池。本发明可以在机器人不断电的情况下几分钟内快速自动更换电池，实现完全无人化作业；电池拆换存储装置的结构具有快速拓展性，采用简单的结构，成本低，稳定性高，维护容易，安全性高。

Description

一种机器人不断电自动更换电池的***及方法

技术领域

本发明涉及机器人供电技术领域，尤其涉及一种机器人不断电自动更换电池的***及方法。

背景技术

在机器人领域，当机器人电量比较低或无电后，一般采用手动更换电池或者是手动/自动充电的方式，手动更换电池需要人工操作，效率低下，不能实现真正的自动化和智能化；现有的手动/自动充电因为充电器充电效率问题，普遍需要5个小时以上才能充满，严重影响工作效率。而少数采用自动更换电池的方式其成本高且存在较大的设备故障风险，如采用机械臂的形式成本高(电池重需要的机械臂大)，需要场地大，无法普及；大多为外露敞开式，在人员密集的公共场合下存在一定的危险性；往往需要断电作业，更换电池后机器人需要重新启动，重新设置，影响效率。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种自动化程度高、安全可靠的机器人不断电自动更换电池***。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种机器人不断电自动更换电池***，包括机器人本体、电池拆换存储装置和调度后台。

所述机器人本体上设置有电池仓、辅助电池、供电接头和第一通信模块，主电池设置在所述电池仓中，所述供电接头设置在所述电池仓的一端，主电池通过所述供电接头与机器人本体上的元件相连以给这些元件供电；同时，所述主电池通过所述供电接头与辅助电池相连，主电池工作时通过供电接头给辅助电池充电，辅助电池与机器人本体上的元件相连，更换主电池时由辅助电池给这些元件供电，更换好主电池后，再切换为由主电池为这些元件和辅助电池供电，从而实现机器人不断电更换电池。

所述电池拆换存储装置包括支撑框架和设置在所述支撑框架上的电池存储柜、电池拆运机构、升降机构、第二通信模块和控制模块；所述电池存储柜上从上至下依次设置有若干个用于存储主电池的电池存储仓，每个电池存储仓的一端(与主电池充电接口相对应的位置)均设置有充电接头，用于为主电池充电；所述升降机构设置在所述电池存储柜的一侧，所述电池拆运机构设置在所述升降机构上并可在升降机构的驱动下沿支撑框架升降，实现与电池存储柜上各个电池存储仓的对接，所述电池拆运机构另一端与机器人主体上的电池仓对接，电池拆运机构用于拆装电池仓和电池存储仓中的主电池，并实现主电池在电池仓与电池存储仓之间的传输，具体描述为：取下机器人本体上的欠电电池，并通过升降机构上下移动至电池存储柜中空置的电池存储仓处，将取下的欠电电池装入空置的电池存储仓中，再通过升降机构取出电池存储仓中已充好电的主电池，然后通过升降机构移动至机器人主体的电池仓处，将主电池装入机器人主体的电池仓中，以完成更换电池的任务。更换下来的欠电电池在电池存储仓中进行充电。所述控制模块分别与各个电池存储仓、电池拆运机构、升降机构和第二通信模块相连，用于控制电池拆运机构和升降机构的动作以实现更换电池的功能，获取各个电池存储仓的存储情况和主电池的电量状况，并通过第二通信模块收发数据。

所述机器人本体上的第一通信模块、电池拆换存储装置上的第二通信模块、与调度后台相互通信连接，实现机器人本体、电池拆换存储装置、调度后台三者之间的通信。

所述机器人本体与电池拆换存储装置上还设置有传感器，用于更换电池时机器人本体与电池拆换存储装置之间的准确对位，指导机器人本体精准停车，电池拆换存储装置一般放置在固定的位置。

所述调度后台负责跟踪***中各电池的状态，并根据各主电池的电量状况和电池存储柜中的存贮情况，调度机器人本体和电池拆换存储装置进行更换电池。具体表现为：当机器人本体的主电池电量不足时，调度机器人移动至电池拆换存储装置处；根据电池存储柜中的存储情况及各电池电量情况，调度电池拆换存储装置与机器人本体之间进行更换电池的操作。

进一步改进的技术方案是，所述电池仓的两侧分别设置有第一电池定位滑轨，两条所述的第一电池定位滑轨形成渐向里收窄的通道，以便于主电池推入时能准确定位；所述第一电池定位滑轨的末端设置有第一微动开关，主电池推到位后触发第一微动开关，电池拆换存储装置控制收到信号后停止推动，机器人本体由辅助电池供电切换回主电池供电。

所述主电池上还设置有用于锁紧主电池的电池锁死结构，所述电池锁死结构包括按压把手、复位弹簧和插销；所述电池仓的底面上设置有销孔，所述插销可上下移动地设置在主电池上，主电池推入电池仓时插销刚好落入销孔中；所述按压把手活动设置在主电池的外端面上，通过按压所述按压把手来解锁电池锁死结构，所述复位弹簧一端固定在主电池上，另一端与按压把手相连，复位弹簧的伸缩方向与按压把手上按压力方向一致，按压力作用在按压把手上时，复位弹簧被压缩，当按压力撤除时，复位弹簧的弹性力使按压把手复位；所述按压把手的背面设置有第一楔形面，所述插销上设置有与所述第一楔形面相配合滑移的第二楔形面，按压把手在按压力作用下通过所述第一楔形面带动第二楔形面移动使插销上移脱出所述销孔中，从而解锁电池锁死结构，当主电池推入时按压力撤除，按压把手在复位弹簧的弹性力作用下第一楔形面渐与第二楔形面分离，插销在重力作用下下移落入销孔中，从而将主电池锁紧在电池仓中。

本发明中，主电池为包含有辅助元件如上述按压把手、插销、外壳等其它辅助功能的电池，电池电芯设置在外壳之中。

进一步改进的技术方案是，所述电池拆运机构包括转运平台和水平滑动结构，所述水平滑动结构安装在所述升降机构上，所述转运平台安装在所述水平滑动结构上，使转运平台可上下移动与电池拆换存储装置上的各个所述电池存储柜相对接，也可水平滑出所述电池拆换存储装置与所述电池仓相对接，实现电池在电池仓与电池存储仓之间的传输；所述转运平台上设置有传输带和抓取拖拉结构，所述抓取拖拉结构用于抓取电池仓或电池存储仓中的主电池至传输带上，以及将传输带上的主电池推入电池仓或电池存储仓中，所述传输带用于将抓取的主电池传输至所述转运平台上。

进一步改进的技术方案是，所述抓取拖拉结构包括第一电机、第一丝杆、第一滑块和推拉块，所述第一电机与第一丝杆传动连接，所述第一滑块螺接在所述第一丝杆上，所述推拉块安装在所述第一滑块上，所述推拉块上还设置有电磁铁，电池的一端上设置有可与所述电磁铁相吸附的金属外板，推拉块通过电磁铁与金属外板的吸附抓取电池仓或电池存储仓中的电池；所述传输带有平行设置的两组，主电池底部的两侧分别通过与两组所述的传输带相接触而被传输，所述抓取拖拉结构设置在两组传输带之间，电池首先由抓取拖拉结构拉出后，其底部两侧分别与两组传输带接触后随着传输带而被转移至转运平台上。

进一步改进的技术方案是，所述水平滑动结构包括第二电机、第二丝杆和第二滑块，所述第二电机与第二丝杆传动连接，所述第二滑块螺接在所述第二丝杆上，所述转运平台安装在所述第二滑块上。

所述升降机构包括两个结构相同且平行设置的丝杆传动结构和托板，所述丝杆传动结构包括第三电机、第三丝杆和第三滑块，所述第三电机与第三丝杆传动连接，所述第三滑块螺接在所述第三丝杆上，所述托板安装在两个丝杆传动结构上的所述第三滑块上，所述水平滑动结构安装在所述托板上。

进一步改进的技术方案是，所述电池拆换存储装置上还设置有旋转转向机构，所述旋转转向机构与升降机构相连，带动升降机构及安装在升降机构上的电池拆运机构水平旋转，从而使传输至转运平台上的主电池掉头换向，所述旋转转向机构包括安装在所述支撑框架上的第四电机，第四电机与升降机构驱动连接。设置旋转转向机构主要是方便主电池与电池存储仓中充电接头的对接，以及方便抓取拖拉结构与主电池固定表面的对接，这样可以将机器人本体上的供电接头与电池拆换存储装置上的充电接头均设置在相同的位置，在电池仓和电池存储仓的后侧面，抓取拖拉结构上的电磁铁与主电池正向的外表面相接触而进行吸附抓取。

进一步改进的技术方案是，所述电池存储仓的两侧均设置有第二电池定位滑轨，两条所述的第二电池定位滑轨形成渐向里收窄的通道，以便于电池推入时能准确定位；所述第二电池定位滑轨的末端设置有第二微动开关，第二微动开关用于感应电池到位与否，所述第二微动开关与控制模块电连接，电池推到位后触发第二微动开关，控制模块控制停止推动，记录该电池存储仓储存有电池。当电池被取出时，微动开关释放，表明该电池存储仓处于空仓状态。

进一步改进的技术方案是，所述电池拆换存储装置上还设置有外壳和自动门，外壳使整个装置封闭，提高安全性，所述自动门用于更换电池时方便电池拆运机构滑出与机器人本体上的电池仓对接，以拆装和传输机器人本体上电池仓中的主电池，所述自动门设置于电池拆换存储装置上与机器人本体上的电池仓相对接的位置处，其包括伸缩杆和门板，所述门板铰接在电池拆换存储装置底部的侧边上，所述伸缩杆的一端铰接在所述门板的侧边上，另一端铰接在电池拆换存储装置的侧边上；所述外壳还设置有显示屏和急停开关，显示屏用于显示电池存储情况、各电池的电量及充电情况，急停开关用于出现突发状况时应急使用。伸缩杆可为电动推杆或液压推杆。

一种机器人不断电自动更换电池的方法，采用上述机器人不断电自动更换电池***，包括如下步骤：

S1、机器人本体在调度后台指令或在电量低于20％的情况下自动移动至电池拆换存储装置前，并通过机器人本体和电池拆换存储装置上的传感器进行精确定位；

S2、机器人本体切换至由辅助电池供电，电池拆换存储装置上的自动门打开，电池拆运机构取出机器人本体电池仓中的主电池；

S3、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中空置的电池存储仓处，将欠电电池推入电池存储仓中进行充电；

S4、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中存储有满电电池的电池存储仓处，取出电池存储仓中的满电电池后，再通过升降机构移动至机器人本体上的电池仓处，将满电电池推入机器人本体上的电池仓中，机器人本体切换回由满电电池供电。

进一步改进的技术方案是，步骤S3中将欠电电池推入电池存储仓中之前还包括将欠电电池掉头换向(180°)的步骤，步骤S4中将满电电池推入机器人本体上的电池仓中之前也包括将满电电池掉头换向(180°)的步骤。掉头换向可通过上述旋转转向机构来完成，掉头换向的步骤可在电池拆运机构升降运动之前或之后进行，优选在电池拆运机构升降运动过程中同步进行旋转掉头换向，这样可以节省时间，加快进程。即S3步骤中电池拆运机构通过升降机构移动的过程中同步旋转180°使主电池掉头换向，再推入电池存储仓中；同理，S4步骤中装载有满电电池的电池拆运机构通过升降机构移动的过程中同步旋转180°使主电池掉头换向，再推入机器人本体上的电池仓中。

从整体实现的功能来看，本发明以自动更换电池的方式解决机器人电池欠电的问题，可以在几分钟内快速自动更换电池，增强了机器人作业的连续性及效率，真正达到人休机不休的工作状态，降低了人工干预、实现全过程的无人化作业；***可在调度管理后台的调度下，自动调配机器人移动至电池拆换存储装置处，自动调配满电电池进行更换，自动给欠电电池充电及充满后断开，可同时满足连续给多台机器人更换电池；可实时跟踪***中各电池状态并将状态信息反馈到调度***中，方便调度后台随时掌控信息。

从***的结构来看，本发明的机器人本体采用主电池加小型辅助电池的方式，满足不断电情况下的快速更换电池，大大减少人为对机器人的操作设置；电池拆换存储装置可同时具有电池存储、电池充电和拆换电池的功能，电池拆运机构可实现拆装电池、在机器人本体上的电池仓和电池拆换存储装置上的电池存储仓间传递电池的功能；电池拆换存储装置的结构具有快速拓展性，可以根据场景机器人的数量，快速拓展电池存贮空间，满足多台机器人的配套使用能力；电池拆换存储装置采用普通的机械丝杆、滑台传动及单片机控制就可完成所有动作，成本低、稳定性高，整个装置可采用封闭状态，大大提高安全性；机器人本体及电池拆换存储装置上的电池定位滑轨、电池锁定结构、定位传感器等部件的设置方便更换电池时能准确定位，机器人运行时电池更稳固。

附图说明

图1为本发明实施例中机器人本体的结构示意图。

图2为本发明实施例中机器人本体的内部结构示意图。

图3为本发明实施例中电池锁死结构的结构示意图。

图4为本发明实施例中电池拆换存储装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中电池拆换存储装置另一个角度的结构示意图。

图6为本发明实施例中电池拆换存储装置上升降机构和电池拆运机构的结构示意图。

图7为本发明实施例中电池拆换存储装置上电池拆运机构的结构示意图。

图8为本发明实施例中电池拆换存储装置上电池存储柜的结构示意图。

图9为本发明实施例自动更换电池***工作时的结构示意图。

图10为本发明实施例中电池拆换存储装置的控制框图。

附图标记：1-机器人本体；2-电池拆换存储装置；3-主电池；11-电池仓；12-红外传感器；13-电池锁死结构；14-第一电池定位滑轨；15-第一微动开关；16-供电接头；17-辅助电池；18-第一通信模块；20-支撑框架；21-升降机构；22-电池存储柜；23-电池拆运机构；24-旋转转向机构；25-自动门；26-第二通信模块；27-控制模块；28-显示屏；29-急停开关；131-按压把手；132-插销；133-复位弹簧；1311-第一楔形面；1321-第二楔形面；211-第三电机；212-第三丝杆；213-第三滑块；214-托板；221-电池存储仓；222-第二电池定位滑轨；223-第二微动开关；224-充电接头；231-水平滑动结构；2311-第二电机；2312-第二丝杆；2313-第二滑块；232-转运平台；2321-传输带；2322-抓取拖拉结构；23221-第一电机；23222-第一丝杆；23223-第一滑块；23224-推拉块；23225-电磁铁；241-第四电机；251-门板；252-伸缩杆。

具体实施方式

一种机器人不断电自动更换电池***，包括机器人本体1、电池拆换存储装置2和调度后台。

如图1、图2所示，所述机器人本体1上设置有电池仓11、辅助电池17、供电接头16和第一通信模块18，主电池3设置在所述电池仓11中，所述供电接头16设置在所述电池仓11的一端，主电池3通过所述供电接头16与机器人本体1上的元件相连以给这些元件供电；同时，所述主电池3通过所述供电接头16与辅助电池17相连，主电池3工作时通过供电接头16给辅助电池17充电，辅助电池17与机器人本体1上的元件相连，更换主电池3时由辅助电池17给这些元件供电，更换好主电池3后，再切换为由主电池3为这些元件和辅助电池17供电，从而实现机器人不断电更换电池。主电池3上与供电接头16相对应的位置设置有接头，用于自身充电或给外界供电。

如图4、图5，所述电池拆换存储装置2包括支撑框架20和设置在所述支撑框架20上的电池存储柜22、电池拆运机构23、升降机构21、第二通信模块26和控制模块27；所述电池存储柜22上从上至下依次设置有若干个用于存储主电池3的电池存储仓221，每个电池存储仓221的一端(与主电池3充电接口相对应的位置)均设置有充电接头224，用于为主电池3充电。电池存储仓221的数量可根据实际设定，本实施例中，电池存储柜22上设置有五个电池存储仓221，并可根据需要扩展。

所述升降机构21设置在所述电池存储柜22的一侧，所述电池拆运机构23设置在所述升降机构21上并可在升降机构21的驱动下沿支撑框架20升降，实现与电池存储柜22上各个电池存储仓221的对接，所述电池拆运机构23另一端与机器人主体上的电池仓11对接，电池拆运机构23用于拆装电池仓11和电池存储仓221中的主电池3，并实现主电池3在电池仓11与电池存储仓221之间的传输，具体描述为：取下机器人本体1上的欠电电池，并通过升降机构21上下移动至电池存储柜22中空置的电池存储仓221处，将取下的欠电电池装入空置的电池存储仓221中，再通过升降机构21取出电池存储仓221中已充好电的主电池3，然后通过升降机构21移动至机器人主体的电池仓11处，将主电池3装入机器人主体的电池仓11中，以完成更换电池的任务。更换下来的欠电电池在电池存储仓221中进行充电。所述控制模块27分别与各个电池存储仓221、电池拆运机构23、升降机构21和第二通信模块26相连，用于控制电池拆运机构23和升降机构21的动作以实现更换电池的功能，获取各个电池存储仓221的存储情况和主电池3的电量状况，并通过第二通信模块26收发数据。

所述机器人本体1上的第一通信模块18、电池拆换存储装置2上的第二通信模块26、与调度后台相互通信连接，实现机器人本体1、电池拆换存储装置2、调度后台三者之间的通信。

所述机器人本体1与电池拆换存储装置2上还设置有传感器，用于机器人本体1与电池拆换存储装置2之间的准确对位，指导机器人本体1精准停车，电池拆换存储装置2一般放置在固定的位置。本实施例中，传感器为红外传感器12，红外传感器12的红外发射端(红外发射传感器)和红外接收端(红外接收传感器)分别安装在机器人本体1和电池拆换存储装置2上。

所述调度后台负责跟踪***中各电池的状态，并根据各主电池3的电量状况和电池存储柜22中的存贮情况，调度机器人本体1和电池拆换存储装置2进行更换电池。具体表现为：当机器人本体1的主电池3电量不足时，调度机器人移动至电池拆换存储装置2处；根据电池存储柜22中的存储情况及各电池电量情况，调度电池拆换存储装置2与机器人本体1之间进行更换电池的操作。

作为其中一种实施方式，如图2，所述电池仓11的两侧分别设置有第一电池定位滑轨14，两条所述的第一电池定位滑轨14形成渐向里收窄的通道，以便于主电池3推入时能准确定位；所述第一电池定位滑轨14的末端设置有第一微动开关15，主电池3推到位后触发第一微动开关15，电池拆换存储装置2收到信号后控制停止推动，机器人本体1由辅助电池17供电切换回主电池3供电。

所述主电池3上还设置有用于锁紧主电池的电池锁死结构13，如图3，所述电池锁死结构13包括按压把手131、复位弹簧133和插销132；所述电池仓11的底面上设置有销孔，所述插销132可上下移动地设置在主电池3上，主电池3推入电池仓11时插销132刚好落入销孔中；所述按压把手131活动设置在主电池3的外端面上，通过按压所述按压把手131来解锁电池锁死结构13，所述复位弹簧133一端固定在主电池3上，另一端与按压把手131相连，复位弹簧133的伸缩方向与按压把手131上按压力方向一致，按压力作用在按压把手上131时，复位弹簧133被压缩，当按压力撤除时，复位弹簧133的弹性力使按压把手131复位；所述按压把手131的背面设置有第一楔形面1311，所述插销132上设置有与所述第一楔形面1311相配合滑移的第二楔形面1321，按压把手131在按压力作用下通过所述第一楔形面1311带动第二楔形面1321移动使插销132上移脱出所述销孔中，从而解锁电池锁死结构13，当主电池3推入时按压力撤除，按压把手131在复位弹簧133的弹性力作用下第一楔形面1311渐与第二楔形面1321分离，插销132在重力作用下下移落入销孔中，从而将主电池3锁紧在电池仓11中。

本发明中，主电池为包含有辅助元件如上述按压把手、插销、外壳等其它辅助功能的电池，电池电芯设置在外壳之中。

电池拆运机构23的功能是拆装电池仓11和电池存储仓221中的主电池3，并实现主电池3在电池仓11与电池存储仓221之间的传输，因此，电池拆运机构23可为任何可实现该功能的结构和形式，如机械手的方式，机械手将欠电电池拖出电池仓11后，再推入电池拆换存储装置2上空置的电池存储仓221中，机械手可采用吸盘的形式吸住电池的外表面，机械手可移动、可弯折、可升降，以实现上述功能。作为其中一种实施方式，如图6，所述电池拆运机构23包括转运平台232和水平滑动结构231，所述水平滑动结构231安装在所述升降机构21上，所述转运平台232安装在所述水平滑动结构231上，使转运平台232可上下移动与电池拆换存储装置2上的各个所述电池存储柜22相对接，也可水平滑出所述电池拆换存储装置2与所述电池仓11相对接，实现电池在电池仓11与电池存储仓221之间的传输；如图7，所述转运平台232上设置有传输带2321和抓取拖拉结构2322，所述抓取拖拉结构2322用于抓取电池仓11或电池存储仓221中的主电池3至传输带2321上，以及将传输带2321上的主电池3推入电池仓11或电池存储仓221中，所述传输带2321用于将抓取的主电池3传输至所述转运平台232上。

抓取拖拉结构2322的功能是拆装电池，可采用具有吸盘、夹爪或电磁铁等形式的机械手等可实现该功能的任何结构，作为其中一种实施方式，如图7，所述抓取拖拉结构2322包括第一电机23221、第一丝杆23222、第一滑块23223和推拉块23224，所述第一电机23221与第一丝杆23222传动连接，所述第一滑块23223螺接在所述第一丝杆23222上，所述推拉块23224安装在所述第一滑块23223上，所述推拉块23224上还设置有电磁铁23225，电池的一端上设置有可与所述电磁铁23225相吸附的金属外板，推拉块23224通过电磁铁23225与金属外板的吸附抓取电池仓11或电池存储仓221中的电池；所述传输带2321有平行设置的两组，主电池3底部的两侧分别通过与两组所述的传输带2321相接触而被传输，所述抓取拖拉结构2322设置在两组传输带2321之间，电池首先由抓取拖拉结构2322拉出后，其底部两侧分别与两组传输带2321接触后随着传输带2321而被转移至转运平台232上。电机可为步进电机或伺服电机。

本实施例中，为配合主电池3中电池锁死结构13，将推拉块23224设计成如图7所示的结构，与电池锁死结构13上的按压把手131相接触的部分凸出于电磁铁铁23225，推拉块23224先按压按压把手131将主电池3解锁，电磁铁23225吸附主电池3表面进行拖拉。

作为其中一种实施方式，如图6，所述水平滑动结构231包括第二电机2311、第二丝杆2312和第二滑块2313，所述第二电机2311与第二丝杆2312传动连接，所述第二滑块2313螺接在所述第二丝杆2312上，所述转运平台232安装在所述第二滑块2313上。水平滑动结构231也可为气缸、油缸驱动的结构和形式。

所述升降机构21包括两个结构相同且平行设置的丝杆传动结构和托板214，所述丝杆传动结构包括第三电机211、第三丝杆212和第三滑块213，所述第三电机211与第三丝杆212传动连接，所述第三滑块213螺接在所述第三丝杆212上，所述托板214安装在两个丝杆传动结构上的所述第三滑块213上，所述水平滑动结构231安装在所述托板214上。升降机构21可为皮带式的升降结构，水平滑动结构231、转运平台232均随升降机构21上下升降。同样，升降机构21也可为气缸、油缸驱动的结构和形式。

作为其中一种实施方式，所述电池拆换存储装置2上还设置有旋转转向机构24，如图4、图5，所述旋转转向机构34与升降机构21相连，带动升降机构21及安装在升降机构21上的电池拆运机构23水平旋转，从而使传输至转运平台232上的主电池3掉头换向，所述旋转转向机构24包括安装在所述支撑框架20上的第四电机241，第四电机241与升降机构21驱动连接。设置旋转转向机构主要是方便主电池与电池存储仓中充电接头的对接，以及方便抓取拖拉结构与主电池固定表面的对接，这样可以将机器人本体上的供电接头与电池拆换存储装置上的充电接头均设置在相同的位置，在电池仓和电池存储仓的后侧面，抓取拖拉结构上的电磁铁与主电池正向的外表面相接触而进行吸附抓取。

本实施例中，转运平台232和水平滑动结构231固定在升降机构21上，升降机构21的两组丝杆传动结构通过上下两端的托板214连接在一起，形成一个整体结构，升降机构21下端的托板214中间通过轴承安装在支撑框架20的底板上，升降机构21上端的托板214直接与支撑框架20顶板上的第四电机241驱动相连，第四电机241驱动整个升降机构21旋转，带动升降机构21上的转运平台232和水平滑动结构231旋转，从而使转运平台232上的主电池3掉头换向。

作为其中一种实施方式，如图8，所述电池存储仓221的两侧均设置有第二电池定位滑轨222，两条所述的第二电池定位滑轨222形成渐向里收窄的通道，以便于电池推入时能准确定位；所述第二电池定位滑轨222的末端设置有第二微动开关223，第二微动开关223用于感应电池到位与否，所述第二微动开关223与控制模块27电连接，电池推到位后触发第二微动开关223，控制模块27控制停止推动，记录该电池存储仓221储存有电池。当电池被取出时，微动开关释放，指示该电池存储仓221处于空仓状态。

作为其中一种实施方式，所述电池拆换存储装置2上还设置有外壳和自动门25，外壳使整个装置封闭，提高安全性，所述自动门25用于更换电池时方便电池拆运机构23滑出与机器人本体1上的电池仓11对接，以拆装和传输机器人本体1上电池仓11中的主电池3，所述自动门25设置于电池拆换存储装置2上与机器人本体1上的电池仓11相对接的位置处，其包括伸缩杆252和门板251，所述门板251铰接在电池拆换存储装置2底部的侧边上，所述伸缩杆252的一端铰接在所述门板251的侧边上，另一端铰接在电池拆换存储装置2的侧边上；所述外壳上设置有显示屏28和急停开关29，显示屏28用于显示电池存储情况、各电池的电量及充电情况，急停开关29用于出现突发状况时应急使用。伸缩杆252可为电动推杆或液压推杆，本实施例中，伸缩杆252为电动推杆，与控制模块27相连实现自动控制。

本实施例中，如图10，电池拆换存储装置2上的控制模块27与升降机构21、旋转转向机构24、自动门25、显示屏28、急停开关29、第二通信模块26、红外传感器、电池存储柜22、电池拆运机构23分别相连，用于控制自动门25的开闭，抓取拖拉结构2322中电磁铁23225的通电、推拉块23224的伸出，传输带2321、水平滑动结构231和升降机构21的工作，旋转转向机构24的旋转，控制给电池自动充电断电，通过第二通信模块26实现与机器人本体1、调度后台之间的数据通信，通过红外传感器判断机器人的停车情况。

一种机器人不断电自动更换电池的方法，采用上述机器人不断电自动更换电池***，包括如下步骤：

S1、机器人本体在调度后台指令或在电量低于20％的情况下自动移动至电池拆换存储装置前，并通过机器人本体和电池拆换存储装置上的传感器进行精确定位；

S2、机器人本体1切换至由辅助电池供电，如图9，电池拆换存储装置上的自动门打开，电池拆运机构取出机器人本体电池仓中的主电池；

S3、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中空置的电池存储仓处，将欠电电池推入电池存储仓中进行充电；

S4、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中存储有满电电池的电池存储仓处，取出电池存储仓中的满电电池后，再通过升降机构移动至与机器人本体上电池仓的对接处，将满电电池推入机器人本体上的电池仓中，机器人本体切换回由满电电池供电。

作为其中一种实施方式，步骤S3中将欠电电池推入电池存储仓中之前还包括将欠电电池掉头换向(180°)的步骤，步骤S4中将满电电池推入机器人本体上的电池仓中之前也包括将满电电池掉头换向(180°)的步骤。掉头换向可通过上述旋转转向机构来完成，掉头换向的步骤可在电池拆运机构升降运动之前或之后进行，优选在电池拆运机构升降运动过程中同步进行旋转掉头换向，这样可以节省时间，加快进程。即S3步骤中电池拆运机构通过升降机构移动的过程中同步旋转180°使主电池掉头换向，再推入电池存储仓中；同理，S4步骤中装载有满电电池的电池拆运机构通过升降机构移动的过程中同步旋转180°使主电池掉头换向，再推入机器人本体上的电池仓中。本实施例中，机器人不断电自动更换电池***的更换电池方法，更具体如下：

(1)当机器人电量低于20％或调度***下发更换电池指令时，机器人开始执行自动更换电池流程作业，机器人自动运行到电池拆换存储装置2前；

(2)机器人到达电池拆换存储装置2的自动门25前低速运动，机器人上的红外发射传感器与电池拆换存储装置2上的红外接收传感器进行红外信号对接，直至读取到信号后机器人停止，达到精确定位；

(3)机器人定位好后自动切换到由辅助电池17供电，同时机器人发送到位信号给电池拆换存储装置2；

(4)电池拆换存储装置2的自动门25打开，转运平台232在水平滑动结构231的驱动下滑出，抓取拖拉结构2322上的推拉块23224伸出并按压解锁电池锁死结构13，电池锁死结构13松开，推拉块23224上的电磁铁23225吸住电池表面并拉动电池脱离机器人车体，欠电电池在传输带2321的作用下移动到转运平台232上；

(5)转运平台232移动回电池拆换存储装置2中，转运平台232和水平滑动结构231在升降机构21和旋转转向机构24的驱动下升降的过程中同步水平旋转180°，电池完成调头换向；

(6)升降机构21将主电池3运送到空置的电池存储仓221处，抓取拖拉结构2322伸出，将主电池3推入空仓，电池沿着第二电池定位滑轨222进入空仓，并与充电接头224自动对接，电池到位后触动第二微动开关223，信号反馈到抓取拖拉结构2322使其停止，***记录该电池存储仓221有电池，电池拆换存储装置2自动检测欠电电池信息，并进行充电作业；

(7)抓取拖拉结构2322返回至转运平台232，转运平台232和水平滑动结构231升降移动到***指定的满电电池存储仓221的位置，抓取拖拉结构2322上的电磁铁23225吸住电电池表面，满电电池在抓取拖拉结构2322和输送带的作用下转移到转运平台232上；

(8)转运平台232和水平滑动结构231在升降机构21和旋转转向机构24的驱动下升降的过程中同步水平旋转180°，电池完成调头换向；

(9)转运平台232和水平滑动结构231升降运动至与机器人本体1上电池仓11的对接处，转运平台232滑出，抓取拖拉结构2322将满电电池推入电池仓11，满电电池沿着第一电池定位滑轨14滑入，充电接头224自动对接，电池到位后触动第一微动开关15，机器人将到位信号发送给电池拆换存储装置2，抓取拖拉结构2322停止推动，电池自动锁死固定，机器人切换到主电池3供电状态，并给辅助电池17充电，充满自动断开；

(10)抓取拖拉结构2322复位，转运平台232复位，电池拆换存储装置2的自动门25关闭，完成整个更换电池流程作业。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种机器人不断电自动更换电池***，其特征在于，包括机器人本体、电池拆换存储装置和调度后台；

所述机器人本体上设置有电池仓、辅助电池、供电接头和第一通信模块，主电池设置在所述电池仓中，所述供电接头设置在所述电池仓的一端，主电池通过所述供电接头与机器人本体上的元件相连以供电；同时主电池通过所述供电接头与所述辅助电池相连以给辅助电池充电，所述辅助电池与机器人本体上的元件相连，用于更换主电池时给这些元件供电，从而实现机器人本体不断电更换电池；

所述电池拆换存储装置包括支撑框架和设置在所述支撑框架上的电池存储柜、电池拆运机构、升降机构、第二通信模块和控制模块；所述电池存储柜从上至下依次设置有若干个用于存储主电池的电池存储仓，每个电池存储仓的一端均设置有充电接头，用于为主电池充电；所述升降机构设置在所述电池存储柜的一侧，所述电池拆运机构设置在所述升降机构上并可在升降机构的驱动下上下移动，以实现与电池存储柜上各个电池存储仓的对接，所述电池拆运机构另一端与机器人主体上的电池仓对接，电池拆运机构用于拆装电池仓和电池存储仓中的主电池，并实现主电池在电池仓与电池存储仓之间的传输；所述控制模块分别与各个电池存储仓、电池拆运机构、升降机构和第二通信模块相连；

所述机器人本体上的第一通信模块、电池拆换存储装置上的第二通信模块、与调度后台相互通信连接，实现机器人本体、电池拆换存储装置、调度后台三者之间的通信；

所述机器人本体与电池拆换存储装置上还设置有传感器，用于更换电池时机器人本体与电池拆换存储装置之间的准确对位；

所述调度后台负责跟踪***中各电池的状态，并根据各主电池的电量状况和电池存储柜中的存贮情况，调度机器人本体和电池拆换存储装置进行更换电池作业；

所述电池仓的两侧分别设置有第一电池定位滑轨，两条所述的第一电池定位滑轨形成渐向里收窄的通道，以便于主电池推入时能准确定位；所述第一电池定位滑轨的末端设置有第一微动开关，主电池推到位后触发第一微动开关，推动停止，机器人本体由辅助电池供电切换回主电池供电；

所述主电池上还设置有用于锁紧主电池的电池锁死结构，所述电池锁死结构包括按压把手、复位弹簧和插销；所述电池仓的底面上设置有销孔，所述插销可上下移动地设置在主电池上，主电池推入电池仓时插销刚好落入销孔中；所述按压把手活动设置在主电池的外端面上，所述复位弹簧一端固定在主电池上，另一端与按压把手相连，复位弹簧的伸缩方向与按压把手上按压力方向一致；所述按压把手的背面设置有第一楔形面，所述插销上设置有与所述第一楔形面相配合滑移的第二楔形面，按压把手在按压力作用下通过所述第一楔形面带动第二楔形面移动使插销上移脱出所述销孔中而完成解锁，主电池推入时按压力撤除，按压把手在复位弹簧的弹性力作用下渐与插销分离，插销下移落入销孔中而锁紧主电池；

所述电池拆运机构包括转运平台和水平滑动结构，所述水平滑动结构安装在所述升降机构上，所述转运平台安装在所述水平滑动结构上，使转运平台可上下移动与各个所述电池存储柜相对接，也可水平滑出使所述电池拆换存储装置与所述电池仓相对接；所述转运平台上设置有传输带和抓取拖拉结构，所述抓取拖拉结构用于抓取电池仓或电池存储仓中的主电池至传输带上，以及将传输带上的主电池推入电池仓或电池存储仓中，所述传输带用于将抓取的主电池传输至所述转运平台上；

所述抓取拖拉结构包括第一电机、第一丝杆、第一滑块和推拉块，所述第一电机与第一丝杆传动连接，所述第一滑块螺接在所述第一丝杆上，所述推拉块安装在所述第一滑块上，所述推拉块上还设置有电磁铁，主电池的一端上设置有可与所述电磁铁相配合吸附的金属外板，推拉块通过电磁铁与金属外板的吸附抓取电池仓或电池存储仓中的主电池；所述传输带有平行设置的两组，主电池底部的两侧分别通过与两组所述的传输带相接触而被传输，所述抓取拖拉结构设置在两组传输带之间；

所述电池拆换存储装置上还设置有旋转转向机构，所述旋转转向机构与升降机构相连，带动升降机构及安装在升降机构上的电池拆运机构水平旋转，从而使转运平台上的主电池掉头换向，所述旋转转向机构包括安装在所述支撑框架上的第四电机，所述第四电机与升降机构驱动连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人不断电自动更换电池***，其特征在于，所述水平滑动结构包括第二电机、第二丝杆和第二滑块，所述第二电机与第二丝杆传动连接，所述第二滑块螺接在所述第二丝杆上，所述转运平台安装在所述第二滑块上；

所述升降机构包括两个结构相同且平行设置的丝杆传动结构和托板，所述丝杆传动结构包括第三电机、第三丝杆和第三滑块，所述第三电机与第三丝杆传动连接，所述第三滑块螺接在所述第三丝杆上，所述托板安装在两个丝杆传动结构上的所述第三滑块上，所述水平滑动结构安装在所述托板上。

3.根据权利要求1所述的一种机器人不断电自动更换电池***，其特征在于，所述电池存储仓的两侧均设置有第二电池定位滑轨，两条所述的第二电池定位滑轨形成渐向里收窄的通道，以便于电池推入时能准确定位；所述第二电池定位滑轨的末端设置有第二微动开关，第二微动开关用于感应电池到位与否，所述第二微动开关与控制模块电连接，电池推到位后触发第二微动开关，控制模块控制停止推动。

4.根据权利要求1所述的一种机器人不断电自动更换电池***，其特征在于，所述电池拆换存储装置上还设置有外壳和自动门，所述自动门用于更换电池时方便电池拆运机构滑出与机器人本体上的电池仓对接，所述自动门设置于电池拆换存储装置上与机器人本体上的电池仓相对接的位置处，其包括伸缩杆和门板，所述门板铰接在电池拆换存储装置底部的侧边上，所述伸缩杆的一端铰接在所述门板的侧边上，另一端铰接在电池拆换存储装置的侧边上；所述外壳上设置有显示屏和急停开关，显示屏用于显示电池存储情况、各电池的电量及充电情况，急停开关用于出现突发状况。

5.一种机器人不断电自动更换电池的方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的机器人不断电自动更换电池***，包括如下步骤：

S1、机器人本体在调度后台指令或在电量低于20％的情况下自动移动至电池拆换存储装置前，并通过机器人本体和电池拆换存储装置上的传感器进行精确定位；

S2、机器人本体切换至由辅助电池供电，电池拆换存储装置上的自动门打开，电池拆运机构取出机器人本体电池仓中的主电池；

S3、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中空置的电池存储仓处，将欠电电池推入电池存储仓中进行充电；

S4、电池拆运机构通过升降机构移动至电池存储柜中存储有满电电池的电池存储仓处，取出电池存储仓中的满电电池后，再通过升降机构移动至机器人本体上的电池仓处，将满电电池推入机器人本体上的电池仓中，机器人本体切换回由满电电池供电。

6.根据权利要求5所述的一种机器人不断电自动更换电池的方法，其特征在于，步骤S3中将欠电电池推入电池存储仓中之前还包括将欠电电池掉头换向的步骤，步骤S4中将满电电池推入机器人本体上的电池仓中之前也包括将满电电池掉头换向的步骤。

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