自动更换电池装置

技术领域

本发明涉及货物搬运机器人技术领域，尤其涉及一种自动更换电池装置。

背景技术

目前在仓储及物流行业中，仓储小车(比如AGV)负责从仓库中取货并将货物送到指定位置。然而，由于仓储小车工作时间较长，其电池在使用过程中逐渐耗尽，需要定期进行充电或更换。通常仓储小车的充电方式是连接充电桩充电，此时需停止工作，或需要人工将小车电池取出，然后更换另一电池安装在小车内部。传统的电池充电或更换方法会导致仓储小车停止工作，从而影响系统的运行效率。

因此需要一种自动更换电池装置，以至少部分地解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动更换电池装置，可以实现搬运小车自动更换电池。

本发明提供一种自动更换电池装置，所述自动更换电池装置包括：

至少一个装载电池的换电装置和至少一个未装载电池的换电装置，所述换电装置包括：

一充电桩；

两水平的悬臂架，两所述悬臂架并排地连接至所述充电桩且至少部分地延伸至所述充电桩的外侧，两所述悬臂架在相对的内侧面各设置沿长度方向延伸的滑轨；

一充电器，所述充电器连接至所述充电桩；

所述电池在相对的两侧面各设置匹配所述滑轨的凹槽，所述电池在沿所述凹槽的延伸方向的两侧面分别设置第一充电口和第二充电口；

其中，所述装载电池的换电装置中，所述电池经由所述滑轨和所述凹槽的匹配结构固定在所述悬臂架上且所述电池的所述第一充电口连接至所述充电器；

固定在搬运小车内的电池存放架，所述电池存放架包括一侧面为开口的盒体，所述盒体的内部设置容纳所述电池的腔室；所述腔室的两侧壁各具有对应所述悬臂架的轨道，所述腔室的底面设置升降盘，所述升降盘上设置有随升降盘可上下运动的伸缩勾爪，所述伸缩勾爪具有沿所述轨道的延伸方向可伸缩的勾爪；

其中，所述电池固定在所述腔室内时，所述第二充电口连接至所述搬运小车的充电接口。

根据本发明的自动更换电池装置，当搬运小车内的电池存放架上的电池的电量到达设定电量时，搬运小车移动到未装载电池的换电装置，通过配合将电池存放架上的电池转移至未装载电池的换电装置上并进行充电，然后搬运小车再移动到装载电池的换电装置，通过配合将装载电池的换电装置上的电池转移到搬运小车内的电池存放架上并与搬运小车的充电接口连接，供搬运小车继续工作。整个过程无需人工参与，搬运小车可以在不停止工作的状态下更换电池。

可选地，所述悬臂架在靠近所述滑轨的外端还设置凸起块，所述凸起块沿远离所述充电桩的水平方向的宽度逐渐变小。

可选地，所述凸起块与所述悬臂架为一体结构。和/或

所述凸起块构造为三角形、半圆形或拱形凸起块。

可选地，所述盒体在靠近所述开口端的至少一侧设置至少一个旋转支架，所述旋转支架的一端转动连接至所述盒体，所述旋转支架的另一端可抵接至固定在所述腔室内的所述电池的侧面上。

可选地，所述旋转支架具有使所述旋转支架在竖直面内转动并复位的扭簧；在所述换电装置与所述搬运小车相向运动时，当所述凸起块接触并进入所述轨道的过程中，所述旋转支架与所述凸起块接触并往远离所述开口的方向偏移，以使所述电池能进出所述腔室。

可选地，所述第一充电口和所述充电器的接触面之间还设置磁性吸附装置。

可选地，所述电池的底部还设置用于所述伸缩勾爪活动的沟槽。

可选地，所述换电装置和所述搬运小车还设置通信装置，以便进行定位。

可选地，所述悬臂架安装至所述充电桩的顶端，所述悬臂架的固定至所述充电桩的顶端的部分之间还设置连接架。

可选地，所述搬运小车具有放置在所述电池存放架内的用于进行更换的电池和备用电池。

通过利用根据本发明实施例的技术方案，可以获得的有益效果至少在于：

1、本发明的自动更换电池装置，包括装载电池的换电装置和未装载电池的换电装置，其中换电装置具有设置滑轨的悬臂架，搬运小车内具有与悬臂架适配的轨道，其电池存放架上的电池具有与滑轨适配的凹槽，通过配合可将电池存放架上的电池转移至未装载电池的换电装置上并进行充电，同时通过配合还可以将装载电池的换电装置上的电池转移到搬运小车内的电池存放架上并与搬运小车的充电接口连接，供搬运小车继续工作；更换电池过程无需人工参与，搬运小车可以不停止工作。

2、电池存放架设置有在竖直面内可转动并复位的旋转支架，以加固电池存放架内的电池，以防搬运小车工作时电池被甩出；

3、换电装置的悬臂架的外端设置的凸起块，一方面用于悬臂架与轨道对接时起到导向作用，有利于更顺利地对接，另一方面凸起块还可迫使旋转支架往远离开口的方向偏移，以使电池能进出腔室，以完成电池更换，可谓设计巧妙。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为根据本发明一实施例的自动更换电池装置的整体示意图；

图2为根据本发明一实施例的自动更换电池装置中的换电装置的示意图；

图3为根据本发明一实施例的自动更换电池装置中的电池的示意图；

图4为根据本发明一实施例的自动更换电池装置中的电池存放架的示意图，图中伸缩勾爪处于伸出状态；

图5为根据本发明一实施例的自动更换电池装置中的电池存放架内固定电池时的示意图；以及

图6为根据本发明一实施例的自动更换电池装置处于更换电池时的部分示意图。

附图标记说明：

10：搬运小车；

100：自动更换电池装置；

110：换电装置；

111：充电桩；

112：悬臂架；

113：滑轨；

114：充电器；

115：凸起块；

116：通信装置；

117：连接架；

120：电池；

121：凹槽；

122：第一充电口；

123：第二充电口；

124：沟槽；

130：电池存放架；

131：盒体；

132：开口；

133：腔室；

134：轨道；

135：升降盘；

136：伸缩勾爪；

140：旋转支架。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明提供一种自动更换电池装置100。其中自动更换电池装置100例如可以应用于货物搬运机器人技术领域，比如应用于仓储小车领域，可以解决现有的仓储小车在电池充电或更换时会导致仓储小车停止工作的问题。

其中，仓储小车为仓储及物流等行业常见的搬运设备。仓储小车可以从仓库中取货并将货物送到指定位置，其内部设置提供动力的电池120。仓储小车可以为AGV或其他智能搬运设备。

本发明提供了一种自动更换电池装置100。在优选的实施方式中，如图1至图4所示，自动更换电池装置100包括换电装置110、电池存放架130。换电装置110用于将搬运小车10内的需要更换的电池120取出并充电，同时向搬运小车10提供更换的电池120(例如满电量电池120)。电池存放架130用于固定搬运小车10的电池120，配合换电装置110将搬运小车10内的需要更换的电池120移除，同时获取更换的电池120。当然，需要完成自动更换电池120，需要电池120和搬运小车10的配合，该内容将在下文具体描述。

具体地，换电装置110中，包括至少一个装载电池120的换电装置110和至少一个未装载电池120的换电装置110。其中关于装载电池120的换电装置110和未装载电池120的换电装置110各自的数量不做限制，可以分别是一个，也可以分别是多个。

进一步地，所述换电装置110包括充电桩111、悬臂架112和充电器114。其中充电器114连接至充电桩111，以向电池120进行充电。

充电桩111是为电池120提供能量补充的充电装置，其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁。充电桩111的输入端可以与交流电网连接，输出端都装有充电插头(即充电器114)用于为电池120充电。

悬臂架112的数量为2个。两个悬臂架112水平设置，以便与电池120存放架及电池120存放架内水平放置的电池120配合。两悬臂架112并排地连接至充电桩111。其中，两悬臂架112安装在充电桩111的位置可以根据需要调整，可以安装在充电桩111的顶部，或者其他距充电桩111底端有一定距离的位置。参考图2，图2所示实施例以两悬臂架112安装在充电桩111的顶部为例，但并不表示限制。为了悬臂架112安装在充电桩111的顶部时结构更牢固，两悬臂架112之间还可以设置加固的连接架117。两悬臂架112在相对的内侧面各设置沿长度方向延伸的滑轨113。因此，为了布置滑轨113及相应部分的悬臂架112，悬臂架112可以是整个延伸至充电桩111的外侧，也可以是部分延伸至充电桩111的外侧。其中优选滑轨113一直延伸到悬臂架112远离充电桩111的一端端沿。

相应地，电池120在相对的两侧面各设置匹配滑轨113的凹槽121，滑轨113可伸入凹槽121内。电池120在沿凹槽121的延伸方向的两侧面分别设置第一充电口122和第二充电口123。其中，第一充电口122可与充电器114对接。第二充电口123可与搬运小车10内的充电接口对接。其中，第一充电口122和第二充电口123在各自侧面上的位置并不做限制。

其中，装载电池120的换电装置110中，其电池120经由滑轨113和凹槽121的匹配结构固定在悬臂架112上且电池120的第一充电口122连接至充电器114。为了第一充电口122与充电器114连接时稳固，第一充电口122和充电器114的接触面之间还可与设置磁性吸附装置。当第一充电口122与充电器114连接后，磁性吸附装置工作并发挥作用，将第一充电口122与充电器114吸紧。根据需要时磁性吸附装置可以断开，例如电池120充满电时或搬运小车10需要更换该电池120时。

电池120存放架固定在搬运小车10内。电池120存放架可以是通过紧固件固设在搬运小车10内。或者，电池120存放架也可以是具有一定活动空间，例如电池120存放架可以在搬运小车10内上下移动一定距离，搬运小车10具有对应的容腔。电池120存放架包括一侧面为开口132的盒体131。盒体131的内部设置容纳电池120的腔室133。腔室133的两侧壁各具有对应悬臂架112的轨道134，悬臂架112可伸入轨道134中。腔室133的底面设置升降盘135。升降盘135上设置有随升降盘135上下运动的伸缩勾爪136。伸缩勾爪136具有沿轨道134的延伸方向可以伸缩的勾爪。正常情况下伸缩勾爪136低于或齐平于腔室133的底面。通过可活动的伸缩勾爪136将换电装置110上的电池120拖入电池存放架130内，完成换电池120。

其中，电池120固定在腔室133内时，第二充电口123连接至搬运小车10的充电接口。

可以理解，搬运小车10除了具有放置在电池120存放架内的用于进行更换的电池120之外，搬运小车10还具有备用电池，以便电池存放架130内的电池120移除后还能继续行驶。

根据本发明的自动更换电池装置100，当搬运小车10内的电池120存放架上的电池120的电量到达设定电量(需要更换电池120的电量)时，搬运小车10移动到未装载电池120的换电装置110，通过配合将电池存放架130上的电池120转移至未装载电池120的换电装置110上并进行充电，然后搬运小车10再移动到装载电池120的换电装置110，通过配合将装载电池120的换电装置110上的电池120(例如充满电的电池120)转移到搬运小车10内的电池存放架130上并与搬运小车10的充电接口连接，供搬运小车10继续工作。整个过程无需人工参与，搬运小车10可以在不停止工作的状态下更换电池120。

为了搬运小车10与换电装置110相向运动时，悬臂架112与轨道134更好地对接，悬臂架112在靠近滑轨113的外端还可以设置凸起块115。凸起块115沿远离充电桩111的水平方向的宽度逐渐变小。其中，凸起块115与悬臂架112可以为一体式结构，也可以是通过固接方式固定的分体式结构。凸起块115的形状可以不进行严格限制，例如凸起块115可以是三角形、半圆形、拱形或其他合适形状凸起块115。为便于描述，本实施例以三角形凸起块115为例，但并不表示限制。这样当搬运小车10向换电装置110靠近时，由于凸起块115前小后大的特殊形状，凸起块115可以顺利地与轨道134对接，然后悬臂架112在导向下再与轨道134进行对接。

参考图5，为了防止搬运小车10工作时其电池存放架130内的电池120被甩出，盒体131在靠近开口132端的至少一侧设置至少一个旋转支架140。如图5所示，盒体131在靠近开口132端的两侧分别设置了两个旋转支架140。可以理解，盒体131在靠近开口132端的旋转支架140的数量可以不做限制，例如可以在盒体131的一侧设置一个或多个旋转支架140，或者其两侧都分别设置旋转支架140。旋转支架140的一端转动连接至盒体131。旋转支架140的另一端可抵接至固定在腔室133内的电池120的侧面上。这样电池存放架130内的电池120通过旋转支架140的限制得到加固，以防搬运小车10工作时电池120被甩出。

接上文，在优选实施方式中，旋转支架140具有使旋转支架140在竖直面内转动并复位的扭簧(未示出)或其他弹性装置(复位弹簧)。在换电装置110与搬运小车10相向运动时，开始凸起块115可以并不接触旋转支架140。当凸起块115接触并进入轨道134的过程中，凸起块115接触旋转支架140，由于凸起块115前小后大的形状，旋转支架140在凸起块115的力作用下往远离开口132的方向偏移，以便后续电池120能进出腔室133。继续以图5为例，其中旋转支架140往远离开口132的方向偏移，是指：左上方的旋转支架140在竖直面内逆时针旋转，左下方的旋转支架140在竖直面内顺时针旋转，右上方的旋转支架140在竖直面内顺时针旋转，右下方的旋转支架140在竖直面内逆时针旋转。

进一步地，为了完成快速换电池120，换电装置110和搬运小车10还可以设置通信装置116，以便进行定位，以便搬运小车10快速找到装载电池120的换电装置110和未装载电池120的换电装置110。

下面将以电池120存放架设置旋转支架140、悬臂架112设置三角形凸起块115为实施例，大致描述本发明的自动更换电池装置100的更换电池过程：

移除电池

搬运小车10和换电装置110上可以分别设置电池120电量检测传感器(未示出)，一旦检测到电池存放架130上的电池120电量少于安全电量时，随即根据通信装置116定位，寻找附近可用换电装置110，并寻址。搬运小车10寻址到目的地后，首先与空载的换电装置110(未装载电池120的换电装置110)进行配合，即换电装置110上的凸起块115、悬臂架112与搬运小车10内部电池120存放架的轨道134导向配合，旋转支架140偏移，使搬运小车10的电池存放架130顺利与悬臂架112对接。同时，悬臂架112在进入电池存放架130的轨道134时，悬臂架112内侧的滑轨113与电池120的凹槽121接触，直至电池120外端面的第一充电口122与换电装置110上的充电器114连接。当电池120与充电器114连接，充电器114上传感器能够检测电量。同时，在电池120电量未充满时，充电器114与第一充电口122之间的磁性吸附装置启动。即电池120电量未满情况下，磁性吸附装置打开，使电池120的第一充电口122和充电器114的接口处产生一定的磁性吸引力来固定电池120在悬臂架112上的位置。并且，当电池120的第一充电口122与换电装置110的充电器114连接时，搬运小车10内部的充电接口与电池120内端面的第二充电口123进行断电保护。此后搬运小车10快速离开换电装置110前往满载换电装置110(装载电池120的换电装置110)，以进行下一步的自动换电池120过程。

装入电池

参考图6，搬运小车10在到达满载换电装置110后，与上述移除电池120的过程一样，通过换电装置110的凸起块115、悬臂架112与电池120存放架的轨道134之间的定位导向，旋转支架140偏移，搬运小车10与换电装置110开始对接直至换电装置110上的一定电量(例如满电量)的电池120内端面的第二充电口123与搬运小车10内部充电接口连接。此时满载换电装置110上，传感器检测到电池120电量充满，充电器114与第一充电口122之间的磁性吸附装置关闭，充电器114断电保护。与此同时，电池存放架130内部的伸缩勾爪136伸出一定距离，然后升降盘135提升带动伸缩勾爪136一起上升一段距离直至使伸缩勾爪136完全钩紧电池120底部(电池120边沿)，之后伸缩勾爪136带动电池120，随搬运小车10脱离换电装置110。当搬运小车10完全离开换电装置110后，旋转支架140复位，并且升降盘135下降、伸缩勾爪136复位，完成电池120的全部自动换电过程。

进一步地，为了便于伸缩勾爪136活动，电池120的底部还设置用于伸缩勾爪136活动的沟槽124。可以理解，为了方便伸缩勾爪136的活动，电池120存放架也可以设置相应的沟槽124。

综上所述，根据本发明的自动更换电池装置100，包括装载电池120的换电装置110和未装载电池120的换电装置110，其中换电装置110具有设置滑轨113的悬臂架112，搬运小车10内具有与悬臂架112适配的轨道134，其电池存放架130上的电池120具有与滑轨113适配的凹槽121，通过配合可将电池存放架130上的电池120转移至未装载电池120的换电装置110上并进行充电，同时通过配合还可以将装载电池120的换电装置110上的电池120转移到搬运小车10内的电池存放架130上并与搬运小车10的充电接口连接，供搬运小车10继续工作；更换电池120过程无需人工参与，搬运小车10可以不停止工作。另外，电池存放架130设置有在竖直面内可转动并复位的旋转支架140，以加固电池存放架130内的电池120，以防搬运小车10工作时电池120被甩出。同时，换电装置110的悬臂架112的外端设置的凸起块115，一方面用于悬臂架112与轨道134对接时起到导向作用，有利于更顺利地对接，另一方面凸起块115还可迫使旋转支架140往远离开口132的方向偏移，以使电池120能进出腔室133来完成电池120更换，结构简单但具有意想不到的效果。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。