專利名稱：可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電動乘用車準確定位的換電平臺，尤其涉及一種用于電動乘用車姿態(tài)的調整和位置固定的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)。
背景技術：
電動汽車作為一種新型交通工具，具有“零排放”、能量來源廣等優(yōu)點，是緩解我國石油資源緊張、城市大氣污染問題嚴重的重要手段，是推進交通發(fā)展模式轉變，推進節(jié)能減排工作的有效載體。然而，相關電池技術以及充電技術的落后成為了束縛電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，各國政府和企業(yè)下大力度完善電動汽車配套基礎產(chǎn)業(yè)。目前，電動汽車能源補給主要有整車充電和機械換電兩大類。整車充電需要的充電時間較長，并且容易對電網(wǎng)側產(chǎn)生諧波污染，因此，該模式有很大的弊端。與此相比，機械換電操作簡單，能夠在5分鐘內完成乘用車電池組的快速更換，同時，可利用夜間進行電池組的集中充電，實現(xiàn)了電力負荷的 “調峰填谷”，提高了電力設備的綜合利用效率，獲得了研究人員的持續(xù)關注。在已公開的實用新型專利CN200910090807.8中，介紹了一種用于電動乘用車底盤電池更換的方法，屬于機械換電方式的一種。其機器人換電的方式為電動乘用車底部有四個剛性舉升支點，舉升執(zhí)行設備將電動乘用車固定支撐至輪胎離地的適當高度。此舉升過程中無法滿足電動乘用車前后和左右的定位，兩個方向的誤差較大，且沒有對應的擬補措施，造成更換設備實現(xiàn)電池自動更換的可行性不高。

實用新型內容本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供了一種可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，它使用方便，定位準確，滿足了電動汽車快速更換電池的需要。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，它包括換電平臺以及與換電平臺相配合的快換機器人和充電架，換電平臺和快換機器人分別與控制系統(tǒng)連接，所述換電平臺為一鏤空的梯形臺體，在換電平臺的水平部位設有水平糾偏的旋轉圓環(huán)， 在水平糾偏的旋轉圓環(huán)上嵌裝自由升降的圓盤；在該水平部位還設有輔助車體定位裝置； 水平糾偏的旋轉圓環(huán)和自由升降的圓盤分別與各自的驅動裝置連接，驅動裝置與控制系統(tǒng)連接。所述輔助車體定位裝置為X向的左右導引線和Y向的前后導引線以及車輪導向槽。所述水平糾偏的旋轉圓環(huán)的下端布置有旋轉圓環(huán)伺服電機和扇形大齒輪以及鏈接裝置；其中旋轉圓環(huán)伺服電機驅動扇形大齒輪旋轉，所述扇形大齒輪通過與之配合的小齒輪帶動水平糾偏的圓環(huán)旋轉；控制系統(tǒng)與旋轉圓環(huán)伺服電機連接。[0009]所述自由升降的圓盤位于水平糾偏的旋轉圓環(huán)內部，下端布置有升降圓盤伺服電機和蝸輪蝸桿以及鏈接裝置；其中升降圓盤伺服電機帶動蝸桿旋轉，以實現(xiàn)自由升降的圓盤的升降運動。所述換電平臺還設有車體位置檢測模塊，它包括設置在換電平臺前端設置兩個激光測距傳感器以及設置在左右兩側，相對排列四個激光測距傳感器，各激光測距傳感器與控制系統(tǒng)連接。所述旋轉圓環(huán)伺服電機和升降圓盤伺服電機均為交流伺服電機，它們與各自的編碼器連接，各編碼器與對應的驅動器連接，各驅動器則與控制系統(tǒng)連接。所述控制系統(tǒng)包括上位機以及上位機連接的PLC控制器，它通過CAN總線與各激光測距傳感器連接；各驅動器、編碼器以及快換機器人也與PLC控制器連接。本實用新型的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺，主要由機械單元和控制系統(tǒng)兩個部分組成。其中，機械單元包括可實現(xiàn)電池更換的換電平臺、輔助車體定位的導引結構、可實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構以及可上下自由升降的圓盤結構。換電平臺采用側面開口和中間可上下自由升降圓盤的鏤空結構，可實現(xiàn)快換機器人電池托盤的插入以及垂直舉升操作。換電平臺上有輔助車體定位的導引結構以及車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構，配合不同方向上的激光測距傳感器，實現(xiàn)車體的準確定位。輔助車體定位的導引結構，包括車輪導向槽、前后導引線及左右導引線。車輪導向槽可實現(xiàn)車體的粗定位，而前后左右導引線可實現(xiàn)車體的準確定位。所述的實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構，下端布置有驅動裝置和扇形大齒輪以及鏈接裝置。采用伺服電機驅動扇形大齒輪旋轉，以實現(xiàn)水平糾偏圓環(huán)旋轉的機械原理，可實現(xiàn)車體的角度糾偏與微調，各激光測距傳感器從六個方向實時傳遞車體的位置信息，控制系統(tǒng)驅動交流伺服電機動作，確保車體與換電平臺外側保持平行?？缮舷伦杂缮档膱A盤結構，位于水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構的內部，下端布置有驅動裝置和蝸輪蝸桿以及鏈接裝置。采用交流伺服電機驅動蝸桿旋轉，以實現(xiàn)圓盤自由升降的機械原理。當電動乘用車駛入換電平臺時，上下自由升降的圓盤與水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構水平高度保持一致。完成車體水平和前后位置準確定位后，自由升降的圓盤結構下降到預期位置，換電機器人實現(xiàn)Y軸的伸縮和Z軸的升降運動，進而完成電池組的取放操作。實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構和可上下自由升降的圓盤結構，均跟與之配合的交流伺服電機連接，交流伺服電機則與各自的編碼器連接，各編碼器與對應的驅動器連接。控制系統(tǒng)包括上位機以及上位機連接的PLC控制器、電氣系統(tǒng)和車體位置檢測模塊。所述PLC控制器采用西門子S7-300-315PLC控制器。PLC控制器通過驅動器與相應的編碼器連接；PLC控制器通過CAN總線與上位機通信。所述電氣系統(tǒng)包括擴展模塊、電源模塊、供電系統(tǒng)。所述車體位置檢測模塊包括多個激光測距傳感器，以確定車體的前后左右位置， 經(jīng)由CAN總線與上位機通信。換電平臺前端設置兩個激光測距傳感器，左右相向排列四個激光測距傳感器。換電平臺上包含輔助車體定位的導引結構、實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構以及可上下自由升降的圓盤結構。電動乘用車隨導引結構駛上換電平臺，前端兩個激光測距傳感器實時反饋車體的實際位置，并傳遞給控制系統(tǒng)后臺。當車輛到達準確的前后位置后， 仍需要進行車體水平角度糾偏。水平糾偏的圓環(huán)結構旋轉，并配合左右四個激光測距傳感器，實現(xiàn)車體水平方向的準確定位。自由升降的圓盤結構下降到預期位置，換電機器人實現(xiàn) Y軸的伸縮和Z軸的升降運動，并完成電池組的取放操作。本實用新型的有益效果是所提供的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車平臺，在控制系統(tǒng)和相關導引結構的配合下，確保了電動乘用車的準確定位?？刂葡到y(tǒng)接收傳感器傳遞的車體實時位置，并驅動水平糾偏圓環(huán)結構的旋轉以及上下升降圓盤結構的升降運動，實現(xiàn)了電動乘用車的準確定位。整個設計更加的巧妙，系統(tǒng)運行的可靠性和準確性更
尚ο

圖1為本實用新型實施例中電動乘用車電池組更換總體過程的示意圖(主視圖)；圖2為本實用新型電動乘用車換電平臺的俯視圖；圖3為本實用新型電動乘用車換電平臺的等軸測圖；圖4為本實用新型電動乘用車水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構圖；圖5為本實用新型電動乘用車自由升降的圓盤結構圖；圖6為控制系統(tǒng)原理框圖；圖7為換電工作流程圖。圖中1、換電平臺，2、快換機器人，3、充電架，4、自由升降的圓盤，5、水平糾偏的旋轉圓環(huán)，6、前后導引線，7、左右導引線，8、車輪導向槽，9、小齒輪，10、扇形大齒輪，11、蝸桿， 12、蝸輪，13、上位機，14、PLC控制器，15、旋轉圓環(huán)驅動器，16、升降圓盤驅動器，17、激光測距傳感器，18、旋轉圓環(huán)伺服電機，19、升降圓盤伺服電機。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明?？蓪崿F(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺1，由機械單元和控制系統(tǒng)兩個部分組成。所述的機械單元包括快換機器人2和換電平臺1、輔助車體定位的導引結構、 可實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)5以及可上下自由升降的圓盤4。所述的換電平臺1為鏤空的梯形高臺結構，可將車體提升到一定高度。換電平臺 1采用側面開口和中間可上下自由升降的圓盤結構4，可實現(xiàn)快換機器人2電池托盤的插入以及垂直舉升操作。換電平臺1上有輔助車體定位的導引結構以及車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構5，配合六個激光測距傳感器17，實現(xiàn)車體的準確定位。所述的輔助車體定位的導引結構，包括車輪導向槽8、前后導引線6及左右導引線 7。斜坡上的車輪導向槽8可實現(xiàn)車體的粗定位，而兩導引線可實現(xiàn)車體的前后左右方向準確定位。所述的實現(xiàn)車體水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構5，下端布置有旋轉圓環(huán)伺服電機18和扇形大齒輪10以及鏈接裝置。采用旋轉圓環(huán)伺服電機18驅動扇形大齒輪10旋轉的機械原理，可實現(xiàn)車體的角度糾偏與微調，換電平臺1上左右相向排列的四個激光測距傳感器 17可實時傳遞車體位置信息，確保車體與換電平臺1外側平行。所述的可上下自由升降的圓盤4，位于水平糾偏的旋轉圓環(huán)5結構的內部，下端布置有升降圓盤伺服電機19和蝸輪12、蝸桿11以及鏈接裝置。采用升降圓盤伺服電機19帶動蝸桿11旋轉以實現(xiàn)圓盤上下自由升降的機械原理。當電動乘用車駛入換電平臺1時，上下自由升降的圓盤4與水平糾偏的旋轉圓環(huán)5水平高度保持一致。完成車體水平和前后位置準確定位后，自由升降的圓盤4下降到預期位置，快換機器人2實現(xiàn)Y軸的伸縮和Z軸的升降運動，進而完成電池組的取放操作。水平糾偏的旋轉圓環(huán)5和自由升降的圓盤4，分別跟與之配合的旋轉圓環(huán)伺服電機18、升降圓盤伺服電機19連接，各伺服電機與相應的編碼器連接，各編碼器與對應的驅動器連接。所述控制系統(tǒng)包括上位機13以及上位機連接的控制模塊、電氣系統(tǒng)和車體位置檢測模塊。所述控制模塊采用西門子S7-300-315PLC控制器。PLC控制器14通過驅動器與相應的編碼器連接；PLC控制器14通過CAN總線與上位機13通信。所述的驅動器可分為旋轉圓環(huán)驅動器15，它與旋轉圓環(huán)伺服電機18連接；升降圓盤驅動器16，它與升降圓盤伺服電機19連接。所述電氣系統(tǒng)包括擴展模塊、電源模塊、供電系統(tǒng)。所述車體位置檢測模塊包括六個激光測距傳感器17，以確定車體的前后左右位置，并經(jīng)由CAN總線與上位機通信。其中換電平臺1前端設置兩個激光測距傳感器17，左、 右相向排列兩對激光測距傳感器17。本實用新型的使用方法參照說明附圖1，本實用新型電動乘用車電池組更換總體流程，主要包括換電平臺 1，底盤電池快換機器人2，充電架3。在換電平臺1的機械單元和控制系統(tǒng)的配合下，實現(xiàn)了電動乘用車的準確定位， 其位置信息被傳遞給上位機13。操作人員通過觸摸屏的操作按鈕啟動快換機器人2，控制系統(tǒng)驅動快換機器人2到達預定的位置，進而完成整個電池組的卸下。然后，快換機器人2 將取下的舊電池放入充電架3的固定單元內。整個舊電池的取放過程結束。參照說明附圖2、3、4、5、6、7，本實用新型電動乘用車換電平臺的俯視圖，等軸測圖，電動乘用車水平糾偏的旋轉圓環(huán)結構圖，電動乘用車自由升降的圓盤結構圖，控制系統(tǒng)原理框圖以及換電工作流程圖。本實用新型的工作流程，包括以下幾個主要步驟1、電動乘用車沿實現(xiàn)車體粗定位的車輪導向槽8駛上換電平臺1。2、配合前后導引線6及左右導引線7，進一步實現(xiàn)車體的前后左右位置定位。換電平臺1前端兩個激光測距傳感器17實時傳遞車體前后位置信息給控制系統(tǒng)，配合換電平臺 1旁的指示綠燈信號，確保車體到達準確位置。3、根據(jù)換電平臺1上左右相對排列的四個激光測距傳感器17傳遞的車體實時位置信息，旋轉圓環(huán)伺服電機18驅動扇形大齒輪10旋轉，扇形大齒輪10通過配合小齒輪9帶動水平糾偏的圓環(huán)旋轉，最終實現(xiàn)車體與換電平臺1外沿平行。4、升降圓盤伺服電機19帶動蝸桿11旋轉，配合位置固定的蝸輪12以實現(xiàn)自由升降的圓盤4下降到達預期位置。5、快換機器人2接收控制系統(tǒng)發(fā)送的車體位置信息，完成其Y軸伸縮和Z軸升降運動。當快換機器人2到達電動乘用車的正下方，車體機械鎖打開，電池組落入電池托盤上，整個待充電池組取下的過程結束。采用此換電平臺1只需機械單元和控制系統(tǒng)的配合即可完成電動乘用車姿態(tài)的調整和位置的準確定位。與先前的車體舉升方式相比，該設計更加的巧妙，系統(tǒng)運行的可靠性和準確性更高。以上示例性說明，不對本實用新型的保護范圍作具體限定，其技術特征的等同替代方式和/或明顯變形方式應當落在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，它包括換電平臺以及與換電平臺相配合的快換機器人和充電架，換電平臺和快換機器人分別與控制系統(tǒng)連接， 其特征是，所述換電平臺為一鏤空的梯形臺體，在換電平臺的水平部位設有水平糾偏的旋轉圓環(huán)，在水平糾偏的旋轉圓環(huán)上嵌裝自由升降的圓盤；在該水平部位還設有輔助車體定位裝置；水平糾偏的旋轉圓環(huán)和自由升降的圓盤分別與各自的驅動裝置連接，驅動裝置與控制系統(tǒng)連接。
2.如權利要求1所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述輔助車體定位裝置為X向的左右導引線和Y向的前后導引線以及車輪導向槽。
3.如權利要求1所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述水平糾偏的旋轉圓環(huán)下端布置有旋轉圓環(huán)伺服電機和扇形大齒輪以及鏈接裝置；其中旋轉圓環(huán)伺服電機驅動扇形大齒輪旋轉，所述扇形大齒輪通過與之配合的小齒輪帶動水平糾偏的圓環(huán)旋旋轉；控制系統(tǒng)與旋轉圓環(huán)伺服電機連接。
4.如權利要求1所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述自由升降的圓盤位于水平糾偏的旋轉圓環(huán)的內部，下端布置有升降圓盤伺服電機和蝸輪、蝸桿以及鏈接裝置；其中升降圓盤伺服電機帶動蝸桿旋轉，以實現(xiàn)自由升降的圓盤的升降。
5.如權利要求1所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述換電平臺還設有車體位置檢測模塊，它包括設置在換電平臺前端設置兩個激光測距傳感器，左右相對排列的兩對激光測距傳感器，各激光測距傳感器與控制系統(tǒng)連接。
6.如權利要求1或3或4所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述旋轉圓環(huán)伺服電機和升降圓盤伺服電機均為交流伺服電機，它們與各自的編碼器連接，各編碼器與對應的驅動器連接，各驅動器與控制系統(tǒng)連接。
7.如權利要求1所述的可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，其特征是，所述控制系統(tǒng)包括上位機以及上位機連接的PLC控制器，它通過CAN總線與各激光測距傳感器連接；各驅動器、編碼器以及快換機器人也與PLC控制器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種可實現(xiàn)姿態(tài)自動調整及車輛定位的乘用車換電平臺系統(tǒng)，它包括換電平臺以及與換電平臺相配合的快換機器人和充電架，換電平臺和快換機器人分別與控制系統(tǒng)連接，所述換電平臺為一鏤空的梯形臺體，在換電平臺的水平部位設有水平糾偏的旋轉圓環(huán)，在水平糾偏的旋轉圓環(huán)上嵌裝自由升降的圓盤；在該水平部位還設有輔助車體定位裝置；水平糾偏的旋轉圓環(huán)和自由升降的圓盤分別與各自的驅動裝置連接，驅動裝置與控制系統(tǒng)連接。本實用新型通過控制系統(tǒng)接收傳感器傳遞的車體實時位置，并驅動水平糾偏圓環(huán)結構的旋轉以及上下升降圓盤結構的升降運動，實現(xiàn)了電動乘用車的準確定位。整個設計更加的巧妙，系統(tǒng)運行的可靠性和準確性更高。
文檔編號B60S5/06GK202186365SQ201120246760
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權日2011年7月13日
發(fā)明者孫勇, 孫玉田, 王鑫, 趙金龍 申請人:山東電力研究院