2022電動(dòng)汽車換電機(jī)器人

電動(dòng)汽車換電機(jī)器人目錄TOC\o"1-2"\h\u266871電動(dòng)汽車換電機(jī)器人概述 3310141.1國外研究現(xiàn)狀 4190021.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 5175532電動(dòng)汽車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì) 7250912.1電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì) 794052.2電動(dòng)公交車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì) 1125743電動(dòng)汽車換電機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù) 1355153.1電池箱鎖止機(jī)構(gòu) 13135573.2自主定位技術(shù) 16298263.3自動(dòng)控制技術(shù) 19292314電動(dòng)汽車換電機(jī)器人現(xiàn)場應(yīng)用 21電動(dòng)汽車換電機(jī)器人概述電動(dòng)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(diǎn)，是緩解我國石油資源緊張、城市大氣污染嚴(yán)重問題的重要手段，是推進(jìn)交通發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，推進(jìn)節(jié)能減排工作的有效載體。能源供給是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，能源供給模式與電動(dòng)汽車的發(fā)展密切相關(guān)。目前電動(dòng)汽車難以推廣的關(guān)鍵問題是電池容量有限與充電時(shí)間過長，電池制造技術(shù)、充電技術(shù)達(dá)不到日常使用的要求。電動(dòng)汽車充換電設(shè)施主要有交流充電樁、直流充電站和電池更換站三種，提供服務(wù)的目標(biāo)對(duì)象主要有電動(dòng)公交車、電動(dòng)乘用車和電動(dòng)工程車、電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車等特種車輛。電能補(bǔ)充方式主要有常規(guī)充電、快速充電和電池更換三種模式。續(xù)駛里程不能滿足日常行駛需要的車輛，具有換電過程自動(dòng)化程度高、換電時(shí)間短等優(yōu)展相應(yīng)研究，對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生積極意義。種作業(yè)車輛，例如從2009車、清潔車等。圖7－1列出了換電機(jī)器人服務(wù)的幾類車型。圖7－1各種電動(dòng)汽車（a）申沃純電動(dòng)城市客車；（b）安凱純電動(dòng)城市客車；（c）日產(chǎn)leaf純電動(dòng)乘用車；（d）北汽301EV純電動(dòng)乘用車；（e）環(huán)衛(wèi)車；（f）電網(wǎng)搶修車輛國外研究現(xiàn)狀國外主要針對(duì)電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池的更換開展了相關(guān)研究。成立于2007年的美國BetterPlace（BP）公司研發(fā)的電動(dòng)汽車換電機(jī)器人，代表了國外電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人的發(fā)展方向。BP公司在日本東京建設(shè)的電動(dòng)汽車換電站外景及換電系統(tǒng)如圖7－2所示。圖7－2電動(dòng)汽車換電站（a）換電站外景；（b）換電系統(tǒng)BP換電機(jī)器人將乏電池運(yùn)送至軌道的指定位置，由搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)往電池架指定空位進(jìn)行充電，以備下次電池更換時(shí)使用。國內(nèi)研究現(xiàn)狀電動(dòng)公交車換電機(jī)器人從機(jī)器人完成換電過程的實(shí)現(xiàn)方式來說，可以將電動(dòng)公交車換電解決方案分為旋轉(zhuǎn)換電和平移換電，旋轉(zhuǎn)換電通過機(jī)器人自身（整體或部分）旋轉(zhuǎn)完成換電過程，平移換電方式中采用基于直角坐標(biāo)的機(jī)器人技術(shù)，機(jī)器人自身不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)即可完成換電操作。上海電巴新能源科技有限公司研發(fā)的換電機(jī)器人如圖7－3（a）所示，其機(jī)器人采用整體旋轉(zhuǎn)的方式，為公交車完成電池更換操作。許繼集團(tuán)研發(fā)的換電機(jī)器人如圖7－3（b）和圖7－3（c）所示。圖7－3（b）所示換電機(jī)器人采用工業(yè)機(jī)械臂形式，機(jī)械臂的末端配置有電池承載框，通過機(jī)械臂和承載框的多個(gè)自由度，完成電池在空間內(nèi)的轉(zhuǎn)移和車輛的換電。圖7－3（c）所示的換電機(jī)器人通過電池托盤的旋轉(zhuǎn)完成換電作業(yè)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)置，不涉及外部空間，提升了系統(tǒng)的安全性。圖7－3電動(dòng)公交車換電機(jī)器人（a）機(jī)器人整體旋轉(zhuǎn)換電；（b）多軸機(jī)器人旋轉(zhuǎn)換電；（c）機(jī)器人托盤旋轉(zhuǎn)換電；（d）機(jī)器人平移換電；（e）機(jī)器人平移換電山東電力科學(xué)研究院研發(fā)的平移式換電機(jī)器人如圖7－3（d）所示，具有6個(gè)方向的自由度，其中角度微調(diào)（R軸）、俯仰糾偏（T軸）兩個(gè)自由度可通過自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)車體姿態(tài)及電池外箱位置，克服了機(jī)器人對(duì)車體?？课恢玫囊蕾嚕鉀Q了電池外箱必須與地面保持水平的問題，實(shí)現(xiàn)了電池架的全密封，確保了充電環(huán)境的溫度可控性，對(duì)于延長動(dòng)力電池的循環(huán)使用壽命作用顯著。山東魯能智能技術(shù)有限公司研發(fā)的電池箱單程更換機(jī)器人如圖7－3（e）所示，它包括框架機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和配重機(jī)構(gòu)?？蚣軝C(jī)構(gòu)安裝在行走機(jī)構(gòu)上，在框架機(jī)構(gòu)的一側(cè)為暫存架，另一側(cè)為控制柜；框架機(jī)構(gòu)的頂部安裝升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還與配重機(jī)構(gòu)連接。該結(jié)構(gòu)有效地減小了換電機(jī)器人的體積，節(jié)省了用地，同時(shí)采用改變了現(xiàn)有換電機(jī)器人中換電裝置的安裝方式，變力懸掛式安裝，易于與電動(dòng)公交車相配合。電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人中山大學(xué)研發(fā)的后備箱換電機(jī)器人如圖7－4（a）所示。機(jī)器人通過多軸旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂及安裝在末端的電池承載框，一次完成后備箱4塊動(dòng)力電池的更換。圖7－4電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人（a）后備箱換電機(jī)器人；（b）側(cè)面換電機(jī)器人；（c）底盤電池?fù)Q電機(jī)器人杭州市電力局研發(fā)的側(cè)面電池?fù)Q電系統(tǒng)如圖7－4（b）所示。機(jī)器人分布在電動(dòng)汽車的兩側(cè)，通過安裝于機(jī)械臂末端的真空吸盤完成車輛底盤電池的更換。與動(dòng)力電池位于后備箱不同，動(dòng)力電池位于車輛底部，不僅有效節(jié)省了車內(nèi)儲(chǔ)物空間，還使配重達(dá)到平衡。山東電力研究院與山東魯能智能技術(shù)有限公司研發(fā)的底盤電池?fù)Q電機(jī)器人如圖7－4（c）所示，該機(jī)器人通過換電平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)換電車輛的自動(dòng)定位，通過快換機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)電池的快速、準(zhǔn)確地拆卸和安裝，從而為電動(dòng)乘用車充換電站提供了一種方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的電池更換方式、彌補(bǔ)了整車充電時(shí)間過長的不足，大大提高了電動(dòng)汽車的行駛里程，為電動(dòng)汽車長時(shí)間續(xù)航出行提供了可能。電動(dòng)汽車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì)電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì)電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人在更換動(dòng)力電池的過程中，需滿足承載能力強(qiáng)、定位精度高、運(yùn)行平穩(wěn)高效等要求。換電機(jī)器人本體由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓升降機(jī)構(gòu)和托盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分組成，具有X軸水平移動(dòng)、Z軸上下升降和R軸水平旋轉(zhuǎn)三個(gè)方向的自由度。換電機(jī)器人三維圖如圖7－5所示。圖7－5電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人三維圖水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用“地軌＋滾輪”的設(shè)計(jì)方案，由支撐平臺(tái)和四個(gè)滾輪（一主動(dòng)三從動(dòng)）組成。工作平臺(tái)底部安裝有軸承座，軸承與軸配合實(shí)現(xiàn)軸向定位，軸兩端安裝滾輪。采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，伺服電動(dòng)機(jī)通過支撐板固定于支撐平臺(tái)上，其輸出軸端安裝同步帶輪，通過與同步帶嚙合傳遞驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)滾輪通過萬向聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)從動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的水平運(yùn)動(dòng)。圖7－6為美國BetterPlace和山東電力研究院研制的兩種軌道式行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人。圖7－6軌道式行走機(jī)構(gòu)的電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人液壓升降機(jī)構(gòu)行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。兩級(jí)伸縮油缸如圖7－7所示。圖7－7兩級(jí)伸縮油缸托盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了換電機(jī)器人系統(tǒng)要求的定位精度和可靠性。電動(dòng)機(jī)軸與電池托盤支撐軸平池托盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖7－8所示。圖7－8電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖一般電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人的換電流程如下：車輛定位。車輛駛上換電平臺(tái)，配合車輛導(dǎo)引裝置和V確定位。器人沿x軸（導(dǎo)軌方向）運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人等待取乏電池。換電機(jī)器人沿x盤沿z軸（油缸伸出方向）上升。利用超聲傳感器的輸入信號(hào)，機(jī)器人完成z位；利用視覺傳感器的輸入信號(hào)，機(jī)器人完成x軸和r軸（托盤旋轉(zhuǎn)方向）鎖止機(jī)構(gòu)解鎖。機(jī)器人沿z控制板，鎖止機(jī)構(gòu)自動(dòng)解鎖。機(jī)器人取乏電池并移至周轉(zhuǎn)臺(tái)。換電機(jī)器人將乏電池取下，沿x出，并將乏電池放至周轉(zhuǎn)臺(tái)頂層。堆垛機(jī)送滿電池。換電機(jī)器人沿z換電機(jī)器人電池托盤上。盤下方，為電池汽車換上滿電池。板，鎖止機(jī)構(gòu)自動(dòng)閉鎖。器人返回原位。電動(dòng)乘用車底盤電池更換系統(tǒng)的換電流程圖如圖7－9所示。圖7－9電動(dòng)乘用車底盤電池更換系統(tǒng)的換電流程圖圖7－10為山東電力研究院研發(fā)的一種電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人系統(tǒng)。圖7－11為電動(dòng)乘用車底盤電池更換過程。換電機(jī)器人水平移動(dòng)軌道與換電平臺(tái)在平面內(nèi)成90°垂直布置，車輛駛?cè)霌Q電平臺(tái)后停止，機(jī)器人移動(dòng)至車輛底盤下方，電池托盤舉升電池［如圖7－11（a）所示］；機(jī)器人讀入超聲和視覺傳感器信號(hào)，進(jìn)行托盤姿態(tài)調(diào)整［如圖7－11（b）所示］；機(jī)器人將乏電池取出［如圖7－11（c）所示］，為電動(dòng)汽車更換滿電池［如圖7－11（d）所示］，成換電操作，換電效率高，換電過程運(yùn)行平穩(wěn)，性能可靠。圖7－10電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人系統(tǒng)圖7－11電動(dòng)乘用車底盤電池更換過程（a）電池托盤舉升電池到位；（b）定位傳感器進(jìn)行定位；（c）定位完畢安裝電池；（d）二級(jí)定位銷定位完成電動(dòng)公交車換電機(jī)器人整體設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)的功能要求，電動(dòng)公交車換電機(jī)器人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括換電機(jī)器人、堆垛機(jī)、電池箱及其鎖止機(jī)構(gòu)、充電架、周轉(zhuǎn)臺(tái)等，系統(tǒng)組成示意圖如圖7－12所示。圖7－12電動(dòng)公交車電池更換系統(tǒng)組成示意圖電動(dòng)公交車換電機(jī)器人本體由水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)和推拉機(jī)構(gòu)五部分組成，能夠完成電動(dòng)公交車電池箱在暫存架和車輛間的六自由度存?。ㄆ揭啤⑸?、旋轉(zhuǎn)、傾斜、裝／卸載），實(shí)現(xiàn)電池箱精確定位、解鎖式裝卸的全過程自動(dòng)化。電動(dòng)公交車換電機(jī)器人機(jī)構(gòu)組成示意圖如圖7－13所示。圖7－13電動(dòng)公交車換電機(jī)器人機(jī)構(gòu)組成示意圖電動(dòng)公交車換電機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)按照其旋轉(zhuǎn)方式分為機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)式及框架旋轉(zhuǎn)式。其中，框架旋轉(zhuǎn)式分為托盤旋轉(zhuǎn)式、整體旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，如圖7－14所示。機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)式換電機(jī)器人具有多個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，工作范圍為圓柱形區(qū)域，如圖7－15所示。其特點(diǎn)是位置精度高、運(yùn)動(dòng)直觀、控制簡單，但其占地面積大，作業(yè)半徑大，且對(duì)末端夾持手的負(fù)載能力要求較高。一般電動(dòng)公交車換電流程如圖7－16所示?？鞊Q機(jī)械手向中轉(zhuǎn)臺(tái)取放電池?？鞊Q機(jī)械手從中轉(zhuǎn)臺(tái)放電池：快換機(jī)械手移動(dòng)取電池的過程與上述相反。堆垛機(jī)從中轉(zhuǎn)臺(tái)取放電池。堆垛機(jī)移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)臺(tái)上的電池，貨叉伸出，電磁堆垛機(jī)將電池放回中轉(zhuǎn)臺(tái)的過程與之相反。圖7－14框架式輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)（a托盤旋轉(zhuǎn)式；（b）整體旋轉(zhuǎn)式圖7－15機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)式換電機(jī)器人圖7－16換電流程堆垛機(jī)從充電架取放電池。堆垛機(jī)根據(jù)標(biāo)定的認(rèn)址位置找到對(duì)應(yīng)電池架工位，電池過程。堆垛機(jī)向電池架取電池的過程與之相反。電動(dòng)汽車換電機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)電池箱鎖止機(jī)構(gòu)電動(dòng)乘用車電池箱鎖止機(jī)構(gòu)電池箱底端采用裝甲鋼板材料，在車體行進(jìn)方向的兩側(cè)焊接四個(gè)U形槽，槽上安裝懸掛銷，懸掛銷上安裝套筒，便于鎖止機(jī)構(gòu)鎖鉤旋轉(zhuǎn)掛接。裝甲鋼板四角上焊接有導(dǎo)向銷，便于電池安裝過程中準(zhǔn)確定位，起到了電池箱限位修正的作用。圖7－17為電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池箱示意圖。由于電動(dòng)乘用車底盤空間有限，在有限的空間內(nèi)需要容納體積、重量大的動(dòng)力電池箱，因此，電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池箱鎖止機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于滿足設(shè)備體積小、承重能力止機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖7－18（a）所示，鎖止機(jī)構(gòu)與車輛底盤懸掛裝置裝配效果如圖7－18（b）所示，鎖止機(jī)構(gòu)在車體上的安裝實(shí)物圖如圖7－19所示。圖7－17電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池箱示意圖圖7－18電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池箱鎖止機(jī)構(gòu)（a）鎖止機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；（b）鎖止機(jī)構(gòu)安裝示意圖圖7－19電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池箱鎖止機(jī)構(gòu)實(shí)物圖鎖止機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，其輸出驅(qū)動(dòng)電壓可調(diào)，而控制電路和功率驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)隔離。根據(jù)光電開關(guān)與鎖止機(jī)構(gòu)鎖鉤的相對(duì)位置，可采用自動(dòng)和手動(dòng)控制方式。當(dāng)鎖止機(jī)構(gòu)的鎖鉤處于限定位置時(shí)，自動(dòng)操作有效，可實(shí)現(xiàn)鎖鉤由一個(gè)限定位置向另一個(gè)限定位置方向的動(dòng)作；當(dāng)鎖鉤未處于限定位置時(shí)，可一直觸發(fā)手動(dòng)按鈕，鎖鉤旋轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)限定位置處。鎖止機(jī)構(gòu)硬件電路包括電動(dòng)機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路兩個(gè)部分?？刂齐娐酚蒁C／DC轉(zhuǎn)換、單片機(jī)外圍電路、輸入輸出信號(hào)處理三部分組成，其電路原理圖如圖7－20所示。對(duì)集成在一起的控制電路，控制轉(zhuǎn)速的PWM信號(hào)經(jīng)光耦隔離，由三極管放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)MOS開通和關(guān)斷，從而控制電動(dòng)機(jī)啟停和轉(zhuǎn)速。同樣，轉(zhuǎn)向控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離，由三極管放大電路放大，直接控制轉(zhuǎn)向斷電器改變輸出電壓的極性，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。圖7－20鎖止機(jī)構(gòu)控制電路原理圖電動(dòng)公交車電池箱鎖止機(jī)構(gòu)電動(dòng)公交車動(dòng)力電池鎖止機(jī)構(gòu)采用助力連桿方式，使得驅(qū)動(dòng)裝置在較小的力的作用進(jìn)行快速取放要求的實(shí)用新型箱體，其結(jié)構(gòu)形式如圖7－21所示。山東電力研究院研制了一種電動(dòng)公交車快速系統(tǒng)的動(dòng)力電池鎖止機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖7－22所示。該機(jī)構(gòu)借助于電池推手組件，通過電磁頂塊帶動(dòng)動(dòng)作基座運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鎖止運(yùn)動(dòng)組件的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。采用鎖止定位組件保證了動(dòng)力電池與電動(dòng)公交車電池箱體連接，可靠地完成了動(dòng)力電池鎖止和解鎖操作。圖7－21電動(dòng)公交車動(dòng)力電池箱圖7－22一種電動(dòng)公交車電池鎖止機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)自主定位技術(shù)機(jī)器人自主定位技術(shù)是用于確定機(jī)器人在環(huán)境中的實(shí)時(shí)位姿，引導(dǎo)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)機(jī)器人要自主實(shí)現(xiàn)某一預(yù)期功能時(shí)，首先要對(duì)自身位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，然后根據(jù)當(dāng)前和預(yù)期位姿之間的差異來規(guī)劃機(jī)器人下一步的運(yùn)動(dòng)軌跡，并實(shí)時(shí)更新位姿。傳感器是換電機(jī)器人獲取電池位置信息實(shí)現(xiàn)自主定位的關(guān)鍵部件。圖7－23列出了換電機(jī)器人常用傳感器。圖7－23換電機(jī)器人常用傳感器下面以幾個(gè)典型應(yīng)用為例進(jìn)行介紹。內(nèi)傳感器內(nèi)傳感器中光電編碼器是最常見的。按編碼器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方式來說，可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。對(duì)采用電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的換電機(jī)器人來說，由于旋轉(zhuǎn)式光電編碼器易做成全封閉形式，易于實(shí)現(xiàn)小型化，傳感長度較長，具有較強(qiáng)的環(huán)境使用能力，因此，在伺服電動(dòng)機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。外傳感器超聲傳感器。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便，計(jì)算簡單，易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在機(jī)器人上得到了廣泛的應(yīng)用。超聲傳感器如圖7－24所示。圖7－24超聲傳感器視覺傳感器。全方位視覺傳感器攝取相機(jī)周圍顏色鮮明的人工表示的全方位圖池倉進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)電池對(duì)車體的精準(zhǔn)裝卸。視覺傳感器如圖7－25所示。圖7－25視覺傳感器定位傳感器。用于完成機(jī)器人與定位目標(biāo)相對(duì)位置的確定，圖7－26是DMP傳感精細(xì)定位，此定位精度直接決定機(jī)器人電池更換的成敗。圖7－26DMP傳感器檢測過程電動(dòng)汽車換機(jī)器人電池定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車換電過程自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)，通過視覺定位實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的電池更換，不僅可提高換電操作的安全性，縮短換電操作的時(shí)間，同時(shí)也可大大簡化換電服務(wù)流程，提高換電站的服務(wù)質(zhì)量。針對(duì)不同的實(shí)際場地，在不影響車輛換電的前提下，確定視覺系統(tǒng)的安裝位置。根據(jù)現(xiàn)場情況及相關(guān)要求，當(dāng)車輛停置于指定的換電工位時(shí)，針對(duì)不同停車方向，視覺系統(tǒng)可對(duì)車輛進(jìn)行位置識(shí)別，并根據(jù)已支持車輛的類型和換電方式快速確定電池布署位置。安裝完畢后，視覺系統(tǒng)采用離線的方式進(jìn)行一次立體視覺標(biāo)定及與換電機(jī)器人的聯(lián)合標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果作為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)定期通過采樣圖對(duì)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定參數(shù)檢測，以確保標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確有效性。如重投影誤差過大時(shí)，向上位機(jī)發(fā)出提示信息，要求與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定，從而避免定位精度下降所導(dǎo)致的取換電池失敗情況發(fā)生。系統(tǒng)標(biāo)定誤差的積累通常是由于外力撞擊等原因所造成。通過視覺系統(tǒng)獲得電池的三維坐標(biāo)后，機(jī)器人根據(jù)返回的三維坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn)平移信息來取電池，為進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，通過夾具前方傳感器對(duì)夾具進(jìn)行電池定位旋轉(zhuǎn)角度的修正，并記錄該修正量，對(duì)電池識(shí)別位置信息進(jìn)行第一次修正，確保取電池過程順利進(jìn)行。在確定電動(dòng)汽車電池的坐標(biāo)后，取出電池。在取出電池的過程中，通過夾具上方傳感器、側(cè)面?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行測距，獲取電池定位的距離偏差與角度偏差，用以對(duì)電池識(shí)別位置信息進(jìn)行第二次修正。當(dāng)電池取出后，由于車身負(fù)載減輕，電池倉位置將有所上升，當(dāng)對(duì)空電池倉定位時(shí)，需要將第二次修正后的電池識(shí)別位置信息作為初始值，通過比對(duì)與電池倉進(jìn)行硬鏈接的車身區(qū)域的變化情況，再一次修正電池倉位置信息，根據(jù)該信息機(jī)器人進(jìn)行放電池操作。自動(dòng)控制技術(shù)主控系統(tǒng)主控系統(tǒng)是整個(gè)配電柜電氣設(shè)計(jì)中的控制中心，完成傳感器數(shù)據(jù)、開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)的采集、分析并輸出控制指令、伺服電動(dòng)機(jī)控制。采用PLC作為主控器件，擴(kuò)展兩個(gè)模擬量模塊完成兩路模擬量輸入，一路模擬量輸出。模擬量輸入信號(hào)主要包括DMP出信號(hào)主要包括控制液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的給定信號(hào)，用以控制液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)。人機(jī)交互人機(jī)交互主要通過觸摸屏、指示燈、操作按鈕等實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、調(diào)試、監(jiān)視、狀態(tài)參數(shù)的顯示與設(shè)置，是操作人員與機(jī)器人交互的窗口。采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)完成機(jī)器人與后臺(tái)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。觸摸屏通過無線傳輸模塊，將有線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成無線通信鏈路，完成與電動(dòng)汽車鎖止機(jī)構(gòu)機(jī)械控制數(shù)據(jù)的交互?？刂品椒▓D7－27為山東電力研究院研制的一種電動(dòng)乘用車底盤電池?fù)Q電機(jī)器人的控制系統(tǒng)架構(gòu)。圖7－27換電機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)換電機(jī)器人的控制系統(tǒng)如圖7－28所示。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)x軸和r軸交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制和對(duì)z軸液壓伺服系統(tǒng)的控制，滿足機(jī)器人高響應(yīng)、大慣量和高精度控制的要求。圖7－28控制系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)采用PLC邏輯控制器作為控制系統(tǒng)的主控單元，電動(dòng)機(jī)控制方式選用位置環(huán)控制方式，z軸液壓伺服采用位置環(huán)和速度環(huán)相結(jié)合的控制方式，其具體實(shí)現(xiàn)原理如下：x軸。x走，選用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，采用光電開關(guān)作為正向、反向和原點(diǎn)的開關(guān)信號(hào)，沿x軸行走導(dǎo)軌之間安裝n其定位方式采用尋址片＋定量脈沖的相對(duì)尋址方式。r軸。r元件，采用磁性接近開關(guān)作為正向、反向和原點(diǎn)的開關(guān)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)r軸運(yùn)動(dòng)的位置偏差信號(hào)來自安裝在電池托盤一側(cè)的1個(gè)定位傳感器，該傳感器是模擬量輸出型的二維位置偏差輸出傳感器。當(dāng)傳感器檢測到偏差值時(shí)，將偏差信號(hào)傳送到PLC進(jìn)行處理并輸出脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)。z軸。z軸方向的自由度主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿z距離值作為設(shè)定值，將編碼器反饋值作為測定值，利用設(shè)定值與測定值的差值作為PID的輸入對(duì)伺服閥進(jìn)行PID控制。其原理如圖7－29所示。圖7－29控制系統(tǒng)（z軸）原理圖PID調(diào)節(jié)的輸入為

圖7－30控制系統(tǒng)的控制流程圖式中：C為舉升機(jī)構(gòu)速度?？刂葡到y(tǒng)的控制流程圖如圖7－30所示。通過有線進(jìn)行內(nèi)部通信，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)或者WLAN系統(tǒng)主要功能包括：對(duì)換電全過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集換電機(jī)器人的位置、各軸移動(dòng)速統(tǒng)具備對(duì)換電機(jī)器人遙測、遙信、報(bào)警事件等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和查詢功能。換電監(jiān)控畫面如圖7－31所示。圖7－31換電監(jiān)控畫面電動(dòng)汽車換電機(jī)器人現(xiàn)場應(yīng)用在國家新能源政策支持下，我國電動(dòng)汽車發(fā)展正進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，既面臨重大的發(fā)展機(jī)遇，又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，其中電動(dòng)汽車能源供給服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)更是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)大面積推廣開來的電動(dòng)汽車市場的支撐，必須通過智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和交通網(wǎng)的“三網(wǎng)”技術(shù)融合，實(shí)施信息化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的“三化”管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車用戶跨區(qū)域全覆蓋的同網(wǎng)、同質(zhì)和同價(jià)的“三同”服務(wù)?！笆濉逼陂g，國家電網(wǎng)公司投資20億元，在濟(jì)南、青島、臨沂等地建設(shè)十余個(gè)電動(dòng)汽車充換電站。換電機(jī)器人作為電動(dòng)汽車能源供給服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的主要組成部分，扮演著相當(dāng)重要的角色，未來市場廣闊。電動(dòng)乘用車換電機(jī)器人的應(yīng)用江蘇應(yīng)用情況繼國外BP公司在全球多個(gè)國家和地區(qū)建立的電動(dòng)乘用車換電站之后，國內(nèi)首座乘用車底盤電池更換站于江蘇鹽城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)松江路建設(shè)完成。該系統(tǒng)為國內(nèi)首套自主研發(fā)乘用車全自動(dòng)底盤更換系統(tǒng)，電池取放無縫連接、車輛導(dǎo)引自動(dòng)定位、電池箱自適應(yīng)定位，一次換電3min內(nèi)完成，設(shè)計(jì)日更換電池服務(wù)能力288輛次，如圖7－32所示。圖7－32鹽城松江路電動(dòng)汽車換電站北京應(yīng)用情況2012年，北京高安屯電動(dòng)汽車充換電站監(jiān)控室內(nèi)共配有4條換電流水線，可同時(shí)為乘用車、電動(dòng)公交車和電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車充換電，如圖7－33所示。該站一天能為400輛純電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車“加油”，年累計(jì)換電服務(wù)能力高達(dá)14.6萬車次。目前，首批享受機(jī)器人充換電的主要是60多輛電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車。圖7－33北京高安屯電動(dòng)乘用車換電站電動(dòng)公交車換電機(jī)器人的應(yīng)用電動(dòng)公交車換電機(jī)器人作為電動(dòng)汽車交換電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用。2008年北京奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)上采用了快速更換技術(shù)的50運(yùn)動(dòng)員、裁判員和政府官員15萬人次，行駛13萬km，更換電池2000大規(guī)模采用電池快速更換方式的運(yùn)用，如圖7－34所示。圖7－34北京奧運(yùn)會(huì)電動(dòng)汽車換電站北京應(yīng)用情況北京高安屯充換電站設(shè)有4條換電流水線，可同時(shí)服務(wù)8輛電動(dòng)汽車，采用左右兩側(cè)橢圓形軌道布置，換電機(jī)器人沿軌道軸向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)定位并進(jìn)行換電作業(yè)。目前主要服務(wù)于環(huán)衛(wèi)車和乘用車，每天可滿足400