带偏转功能的前置式换电设备和换电站

技术领域

本公开属于换电技术领域，尤其是一种带偏转功能的前置式换电设备和换电站。

背景技术

可换式的电池箱一般通过活动安装的方式被固定在车辆的托架上。车辆通过换电设备对电池箱进行更换。更换下的电池箱充电完毕后，再通过换电设备重新安装在车辆上。对于电动卡车而言，特别是电动重卡，电动卡车的电池箱通常采用可换式。在车辆需要更换电池箱时，车辆行驶至换电站内，即可通过换电设备可以完成电池箱的更换。

前置式换电设备在搬运电池箱的过程中，将电池箱负载于换电设备的移动方向上，例如可以负载于换电设备的移动方向上的前方或者后方。这种结构的换电设备相对侧移式换电设备，其结构更为紧凑，占用场地也更小。但由于车辆在停靠过程，角度会存在偏差，或者电池箱的放置角度存在误差，前置式换电设备的抓取机构难以准确对接电池箱，导致前置式换电设备无法完成换电作业。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种带偏转功能的前置式换电设备和换电站，旨在提高换电设备适应电池箱的角度而对接电池箱。

为此，本公开首先提供了一种带偏转功能的前置式换电设备，包括：

机架，沿第一方向移动设置；

悬臂梁，内端沿垂直于所述第一方向的第二方向移动地连接所述机架，外端悬伸出所述机架；

抓取机构，包括转动地连接所述悬臂梁的外端的抓取件，用于调整所述抓取件的角度以通过所述抓取件对接电池箱。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述抓取机构还包括驱动组件，所述驱动组件连接所述抓取件和所述悬臂梁，用于驱动所述抓取件相对所述悬臂梁转动。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述驱动组件包括偏转电机、偏转齿轮和偏转齿条，所述偏转电机连接所述悬臂梁，所述偏转齿轮连接所述偏转电机，所述偏转齿条连接所述抓取件，所述偏转齿轮与所述偏转齿条啮合以驱动所述抓取件转动。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述偏转齿条为以所述抓取件的转动中心为圆心的弧形。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述抓取机构包括移动座，所述移动座沿竖直方向移动地连接所述悬臂梁，所述抓取件转动地连接所述移动座。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述抓取机构还包括支撑组件，所述支撑组件连接所述抓取件和所述悬臂梁，用于导引所述抓取件沿竖直方向移动。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述支撑组件包括抓取导轨和抓取滑块，所述抓取导轨和抓取滑块中的一个连接所述抓取件，另外一个连接所述悬臂梁，所述抓取件通过所述抓取滑块沿所述抓取导轨移动。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述抓取机构还包括抓取电机、驱动轮和牵引绳，所述抓取电机位于所述悬臂梁的内端的位置，所述驱动轮转动地连接所述悬臂梁，所述牵引绳连接所述抓取电机并且绕过所述驱动轮连接所述抓取件，所述抓取电机通过所述牵引绳带动所述抓取件沿竖直方向移动。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述悬臂梁包括分别位于所述悬臂梁沿竖直方向的两侧的第一连接处和第二连接处，所述悬臂梁在所述第一连接处和第二连接处沿第二方向移动地连接所述机架。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述机架包括立柱、第一连接梁和第二连接梁，所述立柱沿竖直方向延伸，所述第一连接梁和第二连接梁沿水平方向延伸并且可拆卸地连接所述立柱，所述第一连接梁在所述第一连接处移动地连接所述悬臂梁，所述第二连接梁在所诉第二连接处移动地连接所述悬臂梁。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，所述第一连接梁和第二连接梁至少之一通过若干垫片连接所述立柱以调整所述悬臂梁在竖直方向的角度。

根据所述的带偏转功能的前置式换电设备，还包括行走机构，所述行走机构连接所述机架，用于带动所述机架沿所述第一方向移动，所述悬臂梁的长度方向沿所述第一方向延伸。

此外，本公开还提供了一种前置式换电站，包括：

电池存放区，用于存储电池箱；

换电区域，电池存放区的沿第一方向的侧方，用于沿垂直于所述第一方向的第二方向停靠车辆；

所述的带偏转功能的前置式换电设备，用所述前置式换电设用于跨越所述电池存放区沿第一方向移动，将所述电池箱负载于所述换电设备的第一方向的侧方以搬运所述电池箱。

相较于现有技术，上述的带偏转功能的前置式换电设备和换电站通过将抓取机构连接于悬臂梁的外端，抓取机构的抓取件转动地连接悬臂梁的外端，在需要对接电池箱时，抓取件可以在悬臂梁的外端相对悬臂梁转动，从而调整抓取机构的抓取件相对电池箱的角度，完成通过所述抓取机构对接所述电池箱。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是换电站的结构示意图。

图2是换电设备的结构示意图。

图3是机架和行走机构的结构示意图。

图4是机架和悬臂梁的结构示意图。

图5是图4中A处的局部放大图。

图6是悬臂梁和抓取机构的结构示意图。

图7是抓取机构抓取电机、驱动轮和牵引绳的结构示意图。

图8是移动座、抓取件和和驱动组件在分解状态下的结构示意图。

主要元件符号说明

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如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开内容的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本公开的部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于公开的实施方式，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方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是换电站的结构示意图。如图1所示，前置式换电站包括带偏转功能的前置式换电设备10、电池存放区40和电池箱30。所述电池存放区40配置有多个电池座31，电池座31的数量可以是一个或者多个，呈阵列式配置在换电区域。所述电池箱30设置在电池座31上，用于存储电池箱30。在一些实施方式中，电池座31还可以为放置的电池箱30充电。换电设备10跨过所述电池存放区40移动地连接于所述电池存放区40的第一方向的两侧，在电池箱30的上方沿第一方向(即X方向)来回移动。所述停车位设于所述电池存放区40的第一方向的端部，所述前置式换电设备10将所述电池箱30负载于第一方向的侧方以搬运所述电池箱30，完成为车辆20更换电池箱30。

在需要为车辆20更换电池箱30时，车辆20大体沿垂直于第一方向的第二方向(即Y方向)停靠于位于电池存放区40沿第一方向的端部的停车位，换电设备10沿X方向移动至靠近停车位的位置，将乏电的电池箱30从车辆20拆卸后沿X方向移动，将乏电的电池箱30搬运至电池存放区40的一电池座31上，以及将另一电池座31上的满电的电池箱30移动至车辆20，完成对车辆20的换电作业。

图2是换电设备10的结构示意图。如图2所示，带偏转功能的前置式换电设备10包括机架11、行走机构12、悬臂梁13和抓取机构14。机架11用于承载换电设备10的其他机构和部件，行走机构12用于带动机架11沿巷道的长度方向来回移动，悬臂梁13用于承载抓取机构14，而抓取机构14用于沿竖直方向移动电池箱30。

图3是机架11和行走机构12的结构示意图。如图2和图3所示，机架11沿第一方向移动设置电池存放区40的两侧。本实施方式中，所述机架11包括立柱113、第一连接梁111和第二连接梁112。所述立柱113的数量为多个，沿竖直方向延伸，顶部横向连接所述第一连接梁111和第二连接梁112，整个机架11大体呈“门”字形结构。两侧的立柱113的底部连接所述行走机构12。所述行走机构12用于带动所述机架11沿所述第一方向移动。本实施方式中，行走机构12包括行走电机121、多个行走轮124、多组导向轮125，行走轮124转动地连接于立柱113的底部，并且旋转面设置于位于电池存放区40的两侧的轨道(图中未示出)上，行走电机121通过行走链条122牵引行走链轮123转动，行走链轮123带动行走轮124转动地而牵引机架11沿第一方向移动。每组导向轮125至少包括一对两个导向轮125，导向轮125转动地连接于立柱113，并且旋转面夹持于轨道的两侧以防止行走轮124脱离轨道，提高机架11行走的稳定性。在另外一些实施方式中，行走机构12也可以包括滑块和导轨，机架11通过滑块-导轨结构实现移动连接，通过电机驱动链轮绕链条牵引机架11沿巷道的长度方向移动。

图4是机架11和悬臂梁13的结构示意图。如图2和图4所示，本实施方式中，所述第一连接梁111和第二连接梁112沿水平方向延伸并且可拆卸地连接所述立柱113，例如可以通过铆接或者连接件连接立柱113。为了调整第一连接梁111和第二连接梁112之间的高度差以调整悬臂梁13与水平面之间的角度，所述第一连接梁111和第二连接梁112至少之一通过若干垫片连接所述立柱113以悬臂梁13与水平面之间的角度。本实施方式中，第一连接梁111和第二连接梁112均通过一个或者多个垫片连接立柱113，实现双向调整悬臂梁13的角度。第一连接梁111与第二连接梁112连接悬臂梁13的结构将在后续详细描述，此处不在赘述。

所述悬臂梁13的一端连接机架11，长度方向沿所述第一方向(图1示出的X方向)延伸并且另外一端沿第一方向悬伸出所述机架11。为了便于表述，本申请中，将悬臂梁13的靠近机架11的一端称为“内端”，对应地，将悬伸出机架11的端部称为“外端”。

本实施方式中，为了实现悬臂梁13和抓取机构14在垂直于第一方向的第二方向(图1示出的Y方向)上移动，悬臂梁13的内端移动地连接机架11。为了平衡悬臂梁13的受力，提高换电机器人的稳定性，本实施方式中，所述悬臂梁13包括分别位于所述悬臂梁13沿竖直方向的两侧的第一连接处和第二连接处，所述悬臂梁13在所述第一连接处和第二连接处沿第二方向移动地连接所述机架11。作为示例性的，第一连接处位于悬臂梁13的内端的上方，第二连接处位于悬臂梁13的第一连接处和外端之间的部位并且位于悬臂梁13的下方，即沿悬臂梁13从内端到外端的方向，依次设置第一连接处和第二连接处。这样，在工作过程中，机架11通过第一连接处下压悬臂梁13，在第二连接处支承悬臂梁13，从而可以改善悬臂梁13的受力方式，提高悬臂梁13的支承力度，提高换电设备10的承载能力。为了实现悬臂梁13的横向移动，本实施方式中，悬臂梁13在第一连接处沿第二方向移动地连接第一连接梁111，在第二连接处沿第二方向移动地连接第二连接梁112，第一连接梁111位于悬臂梁13的后端的上方，第二连接梁112位于悬臂梁13的靠近外端的部位并且位于悬臂梁13的下方。在一些实施方式中，悬臂梁13在第一连接处和第二连接处可以通过滑块-滑轨结构实现移动连接机架11，但本领域技术人员也可以采用其他结构实现移动连接机架11，第一连接处和第二连接处与机架11的移动连接方式和结构可以相同，也可以不同。

图5是图4中A处的局部放大图。如图4和图5所示，为了驱动悬臂梁13沿第二方向横向移动，换电机器人还可以包括横移电机15、横移齿轮151和横移齿条152。所述横移电机15和所述横移齿条152中的一个连接所述悬臂梁13，另外一个连接所述机架11，所述横移电机15通过所述横移齿轮151啮合所述横移齿条152，用于牵引所述悬臂梁13以在第一连接处和第二连接处同步沿第二方向移动。本实施方式中，横移电机15安装于悬臂梁13，横移齿轮151连接横移电机15的输出轴。横移齿条152大体沿第二方向延伸并且连接第二连接梁112。在需要驱动悬臂梁13摆动时，偏移电机驱动偏移齿轮转动，偏移齿轮咬合偏移齿条而带动悬臂梁13横向移动。

图6是悬臂梁13和抓取机构14的结构示意图。如图6所示，抓取机构14连接悬臂梁13的外端。抓取机构14用于对接电池箱30而沿竖直方向移动电池箱30。作为示例性的，本实施方式中，抓取机构14包括抓取件141、移动座142、支撑组件、驱动组件，以及抓取电机146、驱动轮147和牵引绳145。抓取件141用于对接电池箱30的部件，支撑组件用于导引和支撑抓取件141在悬臂梁13的外端沿竖直方向移动，驱动组件用于驱动抓取件141相对移动座142转动，抓取电机146、驱动轮147和牵引绳145用于牵引移动座142沿竖直方向移动。

本实施方式中，抓取件141的底部可以设有一个或者多个钩部以钩住电池箱30。本领域技术人员理解，根据电池箱30的结构的不同，抓取件141也可以是其他的结构，从而实现与电池箱30的配合连接或者脱离连接。所述移动座142沿竖直方向移动地连接所述悬臂梁13，所述抓取件141转动地连接所述移动座142。本实施方式中，移动座142可以是框架状结构，沿竖直方向移动地连接悬臂梁13的外端。为了提高移动座142的牢固程度，降低移动座142在移动过程中晃动幅度，本实施方式中，移动座142通过支撑组件移动地连接悬臂梁13，支撑组件可以导引所述抓取件141沿竖直方向移动。作为示例性的，所述支撑组件包括抓取导轨143和抓取滑块144，所述抓取导轨143和抓取滑块144中的一个连接所述抓取件141，另外一个连接所述悬臂梁13，所述抓取件141通过所述抓取滑块144沿所述抓取导轨143移动。具体的，本实施方式中，抓取导轨143为一对，分别设置在悬臂梁13沿第二方向的两侧，并且沿竖直方向延伸而连接移动座142；对应的，抓取滑块144为多个，分别连接于悬臂梁13的两侧，这样，移动座142通过抓取导轨143和抓取滑块144移动地连接悬臂梁13。在抓取件141沿竖直方向移动过程中，可以通过抓取导轨143和抓取滑块144导引和支撑移动座142，防止抓取件141在移动过程中晃动幅度过大。

图7是抓取机构14的抓取电机146、驱动轮147和牵引绳145的结构示意图。如图7所示，抓取电机146设置在悬臂梁13上，通过牵引绳145连接抓取件141，从而通过牵引绳145牵引抓取件141沿竖直方向上升或者下降。具体的，抓取电机146优选设置在悬臂梁13的靠近内端的位置，优选位于机架11的正上方。驱动轮147的数量为多个，转动地连接于悬臂梁13。牵引绳145的一端固定连接悬臂梁13，向上延伸，绕过一驱动轮147后，向下延伸绕过另一驱动轮147后，沿悬臂梁13的长度方向延伸至悬臂梁13的外端，再绕过一驱动轮147而向下延伸至连接移动座142。抓取电机146连接至少一驱动轮147，从而可以通过驱动轮147带动牵引绳145移动，通过牵引绳145带动移动座142沿竖直方向移动。

图8是移动座142、抓取件141和和驱动组件在分解状态下的结构示意图。如图8所示，抓取件141转动地连接移动座142，具体的，转动件在大体位于几何中心的位置通过回转支承148转动地连接移动座142，使得抓取件141可以相对移动座142转动。驱动组件连接所述抓取件141和所述移动座142，用于驱动所述抓取件141相对所述移动座142转动。作为示例性的，驱动组件包括偏转电机149、偏转齿轮1410和偏转齿条1411，所述偏转电机149和所述偏转齿条1411中的一个连接所述移动座142，另外一个连接所述抓取件141，所述偏转电机149通过所述偏转齿轮1410啮合所述偏转齿条1411，用于牵引所述抓取件141以所述回转支承148为转动中心摆动。本实施方式中，偏转电机149安装于移动座142，偏转齿轮1410连接偏转电机149的输出轴。偏转齿条1411大体为以回转支承148为圆心的弧形结构，连接所述抓取件141的靠近移动座142的侧面。在需要驱动抓取件141摆动时，偏移电机驱动偏移齿轮转动，偏移齿轮咬合偏移齿条而带动抓取件141以回转支承148为转动中心，从而调整抓取件141相对电池箱30的角度。

工作时，在车辆20沿第二方向(Y方向)移动至停车位后，换电设备10沿第一方向(X方向)跨越电池存放区40的第一方向的两侧移动至靠近车辆20的端部位置。然后，抓取电机146带动移动座142和抓取件141沿竖直方向移动至对应于车辆20上的电池箱30的位置，同时，偏转电机149带动抓取件141摆动，直至抓取件141的角度对应于电池箱30的位置。接着，抓取件141钩住电池箱30，通过抓取电机146带动电池箱30脱离车辆20。接着，行走机构12带动机架11沿第一方向移动，以及通过横移电机15驱动悬臂梁13沿第二方向横向移动，带动电池箱30移动至电池座31的上方，将电池箱30放置于电池座31上。

然后，换电设备10驱动悬臂梁13在第一连接处和第二连接处横向移动，直至抓取件141位于另一电池座31的上方，通过抓取机构14抓取该电池箱30，然后将该电池箱30移动至车辆20，完成换电过程。

上述的带偏转功能的前置式换电设备10和换电站通过将抓取机构14连接于悬臂梁13的外端，抓取机构14的抓取件141转动地连接悬臂梁13的外端，在需要对接电池箱30时，抓取件141可以在悬臂梁13的外端相对悬臂梁13转动，从而调整抓取机构14的抓取件141相对电池箱30的角度，完成通过所述抓取机构14对接所述电池箱30。

进一步，上述的带偏转功能的前置式换电设备10和换电站通过将抓取机构14连接于悬臂梁13，悬臂梁13在第一连接处和第二连接处连接机架11，第一连接处和第二连接处分设于悬臂梁13的沿竖直方向的两侧，从而可以平衡悬臂梁13的受力，提高悬臂梁13的承载能力。而且，这样，通过调整第一连接梁111和第二连接梁112之间的高度差，可以调整悬臂梁13与水平面之间的角度。

在所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，对于本领域技术人员而言，显然不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。