CN215942945U - 一种基于换电机器人的柔性机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于换电机器人的柔性机械手，包括基座，基座安装在桁架上，基座受电机驱动，可沿自身轴线水平旋转，基座上安装有电缸，电缸的固定端固定在基座上，输出端穿过基座铰接有安装架，安装架位于电缸的纵向下方的位置，安装架的底部固定有抓取组件。本实用新型为一种基于换电机器人的柔性机械手，采用桁架机器人的形式，对车辆进行快速换电，采用电机控制整体进行横向的旋转调节，采用电缸铰接的方式进行纵向的竖直调节，使得整体机械手具有灵活可调节性的同时，又避免了类似于吊绳结构(柔性连接件)的不稳定性。

Description

一种基于换电机器人的柔性机械手

技术领域

本实用新型涉及新能源车换电相关技术领域，具体为一种基于换电机器人的柔性机械手。

背景技术

对于纯电动重载车辆顶部吊装式换电，目前的悬臂梁顶部吊装式结构通常采用设置在悬臂梁上的电池抓取机构将待换电车辆上的缺电电池箱从上方抓取，将缺电电池箱吊装旋转一定角度放入电池存放区域，或从电池存放区域上方抓取已充电电池箱，将已充电电池箱吊装旋转一定角度放置于待换电车辆上。

目前均是采用软连接的吊装方式，如公开号为：CN112758837A的换点机器人，其公开了采用柔性件连接吊具，对电池箱进行拾取。这一方式，再实际实施中，结合到旋转动作的执行，稳定性低，换电时间长(需要等到电池箱不再发生摇晃，才能将其放下)。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于换电机器人的柔性机械手，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于换电机器人的柔性机械手，包括基座，基座安装在桁架上，基座受电机驱动，可沿自身轴线水平旋转，基座上安装有电缸，电缸的固定端固定在基座上，输出端穿过基座铰接有安装架，安装架位于电缸的纵向下方的位置，安装架的底部固定有抓取组件。

优选的，桁架机器人包括X轴、Y轴以及Z轴的滑轨，Z轴用于调整机抓取组件的高度。

优选的，电缸设置有四个，且呈矩形分布在安装架的四个角处。

优选的，角度调整模块包括水平调整单元以及竖直调整单元。

优选的，安装架的中部经球节与上方的基座铰接。

优选的，基座基于抓取组件，向两侧延伸出一段，在延伸处的底部安装有激光传感器或者摄像头。

优选的，安装座的中心与基座经球节铰接。

优选的，电机安装在基座的上方侧向位置，通过齿轮的方式驱动基座，基座的中心位置预留出安装位，用于与坐标滑轨连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型为一种基于换电机器人的柔性机械手，采用桁架机器人的形式，对车辆进行快速换电，采用电机控制整体进行横向的旋转调节，采用电缸铰接的方式进行纵向的竖直调节，使得整体机械手具有灵活可调节性的同时，又避免了类似于吊绳结构(柔性连接件)的不稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的整体布局示意俯视图；

图2为本实用新型的整体布局示意主视图；

图3为本实用新型机器人与电池箱的示意图；

图4为本实用新型机器人的结构立体图；

图5为图4的剖视图；

图6为抓取组件立体图；

图7为图6的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

本实施例在于提供一种针对新能源车的换电机器人。具体方案参照图1-图2所示。

在整个换电工作区域内，包括用于给缺电电池箱充电的充电架，充电架的一侧设置通道，通道供车辆驶入；车辆驶入通道的特定位置停止后，机器人将车辆上的缺电电池箱取下放入充电架上，并将充电架上完成充电的电池箱放入车辆中。

由于充电架与通道的空间布局呈并列式，所以机器人的路径驱动采用桁架坐标的方式。具体参照图1以及图2，通过桁架的布置，使得机器人在充电架与通道之间形成行走路径。

机器人在桁架主体上完成XY坐标上的位移，在与桁架主体的连接上增加一段Z轴的坐标滑轨，使得机器人完成高度上的调整。

机器人本体可采用抓取机器人，用于实现电池箱的抓取以及放置。

在另一个优选实施例中，选用如图1-2的布局，即两个充电架以及通道，呈左右对称分布。另外，在两侧配套两个桁架-机器人的组合。在换电工序中，一侧的机器人抓取充电架上的电池箱，另一侧的机器人抓取车辆上的电池箱，从而同步实现，车辆上缺电电池箱的取走，以及满电电池箱的放入。同时，还可以通过两个通道实现。两辆车的同时换电操作。

由于车辆每次在通道停留的位置不同，就会造成电池箱在车辆上的姿势(即车辆上的电池架)不是固定的，而机器人不管是在车辆上抓取电池箱，还是将电池箱放入车辆上，均会受到电池架姿势的影响。

为了解决以上问题，首先，在机器人上安装摄像头，在取电池箱时，利用视觉***获取电池架的姿势(此处值得一提的是，通过视觉***软件去判断一个静态物体的位置参数是非常成熟的现有技术，而且在本领域的应用也比较常见，如公开号为：CN110936846A的一种更换电池的方法、换电机器人及存储介质，就公开了一种视觉判断的方法，所以此处不做重点阐述，也不应视为公开不充分)，最后控制机器人本身做出适应性调整。

机器人的调整动作由以下结构实现：

参照图4以及图5所示，包括安装在Z轴上的基座11，基座11采用电机驱动，可绕自身轴线旋转。籍以控制机器人自身在XY平面的旋转角度。基座11的上端面安装有若干电缸12(或者其他直线驱动部件)，电缸12的输出端连接球节13，球节的底部铰接有安装座21；参照图5所示，电缸12呈矩形排布，布置于基座11的四个角处。用于驱动基座11旋转的电机位于中心的侧部位置，可通过齿轮啮合的方式进行驱动。中心的位置安装法兰，与坐标滑轨连接。

进一步参照图4所示，在安装座21的中部与基座11之间还通过一个主球铰14铰接，主球铰14的作用是保持安装座21在整体调节中的稳定性。事实上，由于通道的限定，以及车身结构的稳定性，电池架在Z轴上一般只有小幅度的倾斜偏转。但是机器人这边在做调整时，如果中心位置不进行限位，会造成一定程度上的偏移，各电缸连接位置的受力也不均匀，使用时间一长，故障率会变高。

综上，参照图4所示，利用电缸对机器人进行上下方向的倾斜调整。进一步的，参照图4，在安装座21的底部两侧安装抓取组件2，用于抓取电池箱。在抓取组件2的上方两侧(实质也是从安装座21本体上向两边延伸出一段区域)，用于安装激光传感器，以实现对准。另外在两个抓取组件2的中部也可以用于安装摄像头或者传感器等组件。

继续参照3、图6以及图7所示，抓取组件2固定在安装板21底部的两侧(基于电池箱的规格选择安装几个抓取组件2)。

此处值得一提的是电池箱3的结构，参照图3所示，电池箱3整体为框架结构，***由多组横梁以及纵梁围设而成，在电池箱3顶部的位置设置有侧槽31.本实施例的抓取组件2的原理是，从电池箱3顶部开口处进入，然后向侧部延伸出叉臂穿过侧槽31，从而提取到电池箱。

具体的，参照图6，抓取组件2包括两个间隔设置的载板221，载板221固定安装在安装座21的底部，籍以围设出一个空腔，空腔的底板形成滑道，滑道内滑动连接有叉臂224；

参照图7所示，叉臂224安装有两个，叉臂224上连接有齿条，两个叉臂224的齿条经中部的齿轮227啮合。其中一个叉臂224连接有气缸226；当气缸226工作时，推动一个叉臂224向外伸出，该叉臂224的齿条驱动齿轮227旋转，而安装在齿轮227另一侧的齿条被驱动，从而使得另一个叉臂224伸出。

继续参照图6，在抓取组件的两侧设置有延伸部(图中的200和201)，尤其是在靠近电池箱3端壁的延伸部201进行了加长处理。在延伸部上还固定安装有加强杆222进行加强。参照图3，在当抓取组件置入电池箱3后，抓取组件本身便位于电池箱3内。延伸部起到了导向的作用。而且，延伸部位于电池箱3的内缘，在搬运的时候，对箱体进行了一定程度的限位。防止在搬运过程中发生摇晃。

综上，本实施例的换电流程如下：

(1)车辆驶入通道，停止；

(2)换电机器人启动；若是单桁架模式，则，机器人先从车辆上提取缺电电池箱，放置回充电架上，再从电池架上提取满电电池箱，放置回车辆上；

若是双桁架模式，则一个机器人从充电架上提取满电电池箱在一旁待命，另一个机器人在此同时，从车辆上提取缺电电池箱，当取出缺电电池箱后，第一个机器人将满电电池箱置入车辆内即可；

再机器人从车辆上取缺电电池箱时，先通过视觉***获取车辆的姿态(其内电池架的姿态由车辆姿态决定)，包括是否偏移，偏移角度以及方向；通过这些参数，去控制机器人(也就是安装座21)的姿态，做到相互匹配，最后对缺电电池箱进行匹配；上述的参数，可迅速反馈到满电电池箱的抓取机器人上，使其以相同的姿态，将满电电池箱放入车辆中。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：包括基座，基座安装在桁架上，基座受电机驱动，可沿自身轴线水平旋转，基座上安装有电缸，电缸的固定端固定在基座上，输出端穿过基座铰接有安装架，安装架位于电缸的纵向下方的位置，安装架的底部固定有抓取组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：桁架机器人包括X轴、Y轴以及Z轴的滑轨，Z轴用于调整机抓取组件的高度。

3.根据权利要求1所述的一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：电缸设置有四个，且呈矩形分布在安装架的四个角处。

4.根据权利要求3所述的一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：安装架的中部经球节与上方的基座铰接。

5.根据权利要求4所述的一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：基座基于抓取组件，向两侧延伸出一段，在延伸处的底部安装有激光传感器或者摄像头。

6.根据权利要求5所述的一种基于换电机器人的柔性机械手，其特征在于：电机安装在基座的上方侧向位置，通过齿轮的方式驱动基座，基座的中心位置预留出安装位，用于与坐标滑轨连接。

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