[發明專利]計算機互聯網多個機器人組成的電動汽車電池組更換系統

有效

• 申請號: 201410053423.X
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN104828028B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 韓磊
• 申請（專利權）人: 韓磊
• 主分類號: B60S5/06
• 分類號: B60S5/06;B65G43/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種計算機互聯網多個機器人組成的電動汽車電池組更換系統，其特征是：電動汽車(26)車載裝置(131)包括主控制模塊、CAN總線通信模塊、3G/4G無線通信模塊(135)、GPS數據接收處理模塊(134)和用戶交互模塊，CAN總線通信模塊通過SPI總線與主控制模塊雙向連接，3G/4G無線通信模塊(135)、GPS數據接收處理模塊(134)和用戶交互模塊均通過串口與主控制模塊雙向連接，主控制模塊包括主控制器和Android/Windows嵌入式操作系統，液晶屏通過液晶插口連接主控制板，用于人機交互顯示，嵌入式操作系統提供訪問框架應用程序接口的權限，并提供驅動模塊和TCP/IP協議棧，主控制器包括通過引腳連接主控制板的ARMCortex-A8系列的32/64位微處理器、ROM時鐘、RAM時鐘和復位電路，CAN總線通信模塊包括CAN總線物理接口、數據處理和存儲單元、CAN總線收發器、CAN總線控制器以及外部晶體，CAN總線物理接口掛接在電動汽車CAN總線上，CAN總線收發器通過CAN_H和CAN_L與CAN總線控制器連接，CAN總線控制器通過SPI接口與主控制板連接，數據處理和存儲單元對測量值進行處理，并對裝置采集的包括測量值、狀態量和報警事件的實時數據和歷史數據的集中存儲，CAN總線物理接口實時采集電動汽車(26)的運行狀態和電池信息，運行狀態包括運行速度和運行里程，電池信息包括整車充/放電電壓、整車充/放電電流、電池SOC、電池模塊溫度、單體電池最高電壓、單體電池最低電壓，3G/4G無線通信模塊包括3G/4G通信芯片、實時數據交互模塊和實時數據對時模塊，3G/4G通信芯片通過引腳與主控制板連接，實時數據交互模塊向監控中心(137)轉發電動汽車(26)的運行狀態及電池信息，并接收監控中心(137)下發包括充/換電站站點信息、電價信息和新聞的服務信息，對時單元接收監控中心(137)下發的同步時鐘對時指令，以保證區域內裝置時間的一致性，GPS數據接收處理模塊提供導航服務并監控運營網絡，導航服務包括目的地檢索、路線查看、模擬導航和真實導航，通過地圖實時顯示運營區域內換電站、分散充電樁分布位置及電動汽車運行狀態監控運營網絡，并顯示包括電動汽車地理位置、電動汽車(26)速度和剩余電量的狀態信息，電動汽車電池更換系統的監控系統硬件部署示意圖，配電監控系統的監控工作站、服務器、打印機、配電系統通信管理機和用電信息采集終端通過本地工業以太網與充電監控系統的網絡交換機連接，配電監控系統的網絡交換機通過本地工業以太網與上級系統的通信網關連接，配電系統通信管理機通過3G/4G無線網絡通信鏈路與配電系統以及上級系統的通信網關連接，用電信息采集終端通過3G/4G無線網絡通信鏈路與計量系統以及上級系統的通信網關連接，電動汽車電池更換監控系統的智能通信終端通過本地工業以太網與充電監控系統的網絡交換機連接，電動汽車電池組更換車間(133)包括第一碼垛機器人(86)、第二碼垛機器人(87)、擺渡機器人(25)、四柱舉升機(22)、鋼軌(24)、第一輸送線(85)和第二輸送線(88)，用監控中心計算機控制、指揮、引導電動汽車更換電池的各個步驟，視頻監控系統的視頻服務器通過本地工業以太網與上級系統的通信網關連接，其中數據服務器可以存儲監控系統歷史數據，前置服務器可以采集和解析相關實時數據，并轉發給其他計算機，安防監控工作站用于視頻監控系統的監視和控制，通信網關可以實現CAN總線和本地工業以太網之間的轉換，網絡交換機有24口，可以劃分VLAN(Virtual Local Area Network，虛擬局域網)，實現各個子系統之間的通信，電動汽車電池組更換系統由計算機、多種計算機監控軟件、有線互聯網/無線互聯網、碼垛機器人、擺渡機器人、輸送線、舉升機組成，由計算機互聯網與車載3G/4G無線網絡連接后，由監控計算機前工作人員用遠程操控程序用十五個步驟完成更換電動汽車電池組的更換：

第一步、所要充電的電動汽車(26)駕駛員用電動汽車車載裝置主控制器(131)通過3G/4G網絡(136)與第三監控工作站(129)聯系，查到距離其最近的電動汽車電池組更換車間(133)，到達電動汽車電池組更換車間(133)后，把電動汽車(26)開上四柱舉升機(22)，電動汽車(26)駕駛室內的駕駛員在電動汽車車載裝置(131)的LCD液晶屏幕上啟動可以由第三監控工作站(129)控制遠程監控換電池模式；

第二步、第三監控工作站(129)操控人員通過網絡把電動汽車(26)的換電池過程移交給第一監控工作站(127)，這時候第一監控工作站(127)開始進行遠程監控，啟動電動汽車(26)的底盤下的電池盒自動更換系統(97)中的第一電動千斤頂(110)彈出在電動汽車(26)底盤下的第二電池組盒(105)落在四柱舉升機(22)下等待的擺渡機器人(25)頂部電池托盤(44上面)，擺渡機器人(25)載著第二電池組盒(105)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)軌道行走到工位一(90)位置，準確定位；

第三步、第一碼垛機器人(86)把在工位一A位置的擺渡機器人(25)頂部電池托盤(44)上面的第二電池組盒(105)抓取到放到工位七(96),卸載下來的虧電的第二電池組盒(105)由第一輸送線(85)輸入到第二碼垛機器人(87)抓取工位五(94)位置，并定位準確；

第四步、第二碼垛機器人(87)在工位五(94)位置抓取到虧電的第二電池組盒(105)后，移動到工位六(95)位置進行碼垛，碼完一垛后人工叉車將整垛虧電的第二電池組盒(105)叉走；

第五步、整垛充滿電的第二電池組盒(105)由叉車移動到工位四(93)后,第二碼垛機器人(87)將第二電池組盒(105)拆入工位三(92)處，第二電池組盒(105)隨第二輸送線(88)向工位二(91)位置流去并定位準確；

第六步、擺渡機器人(25)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)行走進入到工位一(90)，第一碼垛機器人(86)到工位二(91)位置抓取到第二電池組盒(105)，放到工位一(90)位置的在等待的擺渡機器人(25)頂部電池托盤((44)上面，由于單個第二電池組盒(105)在第二輸送線(88)上傳輸能準確定位，所以三維掃描識別器不工作，第一碼垛機器人(86)抓取前輸送線上的第二電池組盒(105)的高度通過光電開關來判斷；

第七步、擺渡機器人(25)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)軌道行走四柱舉升機(22)下，擺渡機器人(25)完成X/Y方向定位后，機器人上升的過程利用超聲測距傳感器的輸出與液壓機構編碼器的輸出差值運算后，作為PID控制器的輸入對比例流量閥進行PID控制，當液壓機構舉升至預期位置停止上升；定位準確，由第一監控工作站(127)或者監控工作站(02)向擺渡機器人(25)發出開始安裝電動汽車第二電池組盒(105)的指令，擺渡機器人(25)把電動汽車第二電池組盒(105)頂到電池組盒自動更換系統(97)上面的電動汽車第二電池組盒(105)放置位置，監控計算機(01)操控人員啟動第一電動千斤頂(28)把第二電池組盒(105)固定在電池組盒自動更換系統(97)上；

第八步、第一監控工作站(127)開始進行遠程監控，啟動電動汽車(26)的底盤下的電池組盒自動更換系統(97)中的第二電動千斤頂(111)彈出在電動汽車(26)底盤下的第一電池組盒(99)落在四柱舉升機(22)下等待的擺渡機器人(25)頂部電池托盤((44)上面，擺渡機器人(25)載著第一電池組盒(99)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)軌道行走到工位一(90)位置，準確定位；

第九步、第一碼垛機器人(86)把在工位一(90)位置的擺渡機器人(25)頂部電池托盤((44)上面的第一電池組盒(99)抓取到放到工位七(96),卸載下來的虧電的第一電池組盒(99)由第一輸送線((85)輸入到第二碼垛機器人(87)抓取工位五(94)位置，并定位準確；

第十步、第二碼垛機器人(87)在工位五(94)位置抓取到虧電的第一電池組盒(99)后，移動到工位六(95)位置進行碼垛，碼完一垛后人工叉車將整垛虧電的第一電池組盒(99)叉走；

第十一步、整垛充滿電的第一電池組盒(99)由叉車移動到工位四(93)后,第二碼垛機器人(87)將第二電池組盒(105)拆入工位三(92)處，第一電池組盒(99)隨第二輸送線(88)向工位二(91)位置流去并定位準確；

第十二步、擺渡機器人(25)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)行走進入到工位一(90)，第一碼垛機器人(86)到工位二B位置抓取到第一電池組盒(99)，放到工位一(90)位置的在等待的擺渡機器人(25)頂部電池托盤((44)上面，由于單個第二電池組盒(105)在第二輸送線(88)上傳輸能準確定位，所以三維掃描識別器不工作，第一碼垛機器人(86)抓取前輸送線上的電動汽車第一電池組盒(99)的高度通過光電開關來判斷；

第十三步、擺渡機器人(25)沿著擺渡機器人行走鋼軌(24)軌道行走四柱舉升機(22)下，擺渡機器人(25)完成X/Y方向定位后，機器人上升的過程利用超聲測距傳感器的輸出與液壓機構編碼器的輸出差值運算后，作為PID控制器的輸入對比例流量閥進行PID控制，當液壓機構舉升至預期位置停止上升；定位準確，由第一監控工作站(127)或者監控工作站(02)向擺渡機器人(25)發出開始安裝電動汽車第一電池組盒(99)的指令，擺渡機器人(25)把第一電池組盒(99)頂到電池組盒自動更換系統(97)上面的第一電池組盒(99)的放置位置，監控計算機(01)操控人員啟動第二電動千斤頂(111)把第一電池組盒(99)固定在電池組盒自動更換系統(97)上；

第十四步、電池更換過程結束，四柱舉升機(22)落下，駕駛員駕駛電動汽車(26)駛離電動汽車電池組更換車間(133)；

第十五步、第一監控工作站(127)發出電池更換完畢信號，整個電池更換系統完成原點復位。