悬臂式码垛机的制作方法

1.本发明涉及换电站设备技术领域，尤其是指一种悬臂式码垛机。


背景技术：

2.电动车电池快速换电过程中，需要将待充电的电池取下放到充电架上，同时再将已充好电的电池换到电动汽车上。此时，需要用到码垛机将换电移动平台更换下来的待充电池放入充电架，同时由充电架上取下替换电池放在换电移动平台上
3.目前的换电流程是：
4.换电设备从车辆上取下旧电池，并将旧电池传递给码垛机，码垛机将旧电池放入充电室的旧仓中，再从充电室的新仓中取下新电池，之后，将新电池传递给换电设备，换电设备将新电池安装到车辆上。
5.码垛机是换电过程中必不可少的转运设备，在现有技术中，公开号：cn213294023u，发明名称：码垛机的中国专利公开了一种码垛机，该码垛机可移动地设置在换电站内，所述码垛机包括：行走装置，所述行走装置用于驱动所述码垛机的转运装置框架运动；升降装置，升降装置安装于所述转运装置框架，且所述升降装置适于驱动电池支撑架相对所述转运装置框架上升或下降；伸缩机构，所述伸缩机构安装于所述电池支撑架，且所述伸缩机构可相对所述电池支撑架伸出和收回；对上述现有的码垛机进行分析，该码垛机可以通过行走装置调整码垛机在换电站内的位置进行调节，并通过升降装置将用于收纳动力电池的电池支撑架与换电站中的动力电池位置进行对应，通过伸缩机构电池支撑架处的动力电池放置在充电货架上或者将充电货架上的动力电池收取至电池支撑架处，以对换电站内的动力电池进行取放。
6.然而现有的码垛机存在一定的缺陷：
7.1、现有技术的码垛机采用双臂式结构，电池支撑架位于两个支撑臂之间，该结构局限了码垛机只能实现空间上向行走装置两侧的搬运，即搬运的方向永远是垂直于行走装置的，从行走装置的一侧搬运到行走装置的另一侧，具有移动的局限性；
8.2、由于电池支撑架位于两个支撑臂之间，因此电控箱只能突出设置在两个支撑臂外，增加了码垛机整体的占地空间。


技术实现要素：

9.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中因码垛机结构的缺陷导致只能实现空间上两个方向的转运，从而使换电站内空间分布不合理，存在空间浪费的问题，提供一种悬臂式码垛机，在单侧的举升塔上设置悬臂式支架，能够实现空间上三个方向的转运，空间利用更加合理，在减少码垛机尺寸的同时，还能进一步减小换电站的占地面积，实现换电站的小型化。
10.为解决上述技术问题，本发明提供了一种悬臂式码垛机，用于实现电池在换电设备与充电仓之间的转运，包括：
11.举升塔，包括框架和设置在框架上的升降机构，所述升降机构上设置有由升降机构带动的悬臂，所述悬臂突出于所述框架；
12.移载机构，带动所述举升塔在水平方向上移动；
13.输送机构，设置在所述悬臂上，用于承载和输送电池，所述输送机构随举升塔在移载机构的带动下水平移动，且所述输送机构输送电池的方向与移载机构的移动方向垂直。
14.在本发明的一个实施例中，所述移载机构包括移载地轨、在所述移载地轨上滑动的移载台以及带动所述移载台的移载驱动源，所述移载驱动源安装在移载台上，所述移载地轨的边缘设置有齿条，所述移载驱动源的输出端为与所述齿条啮合的齿轮。
15.在本发明的一个实施例中，所述框架设置在所述移载台上，所述移载台沿移载地轨的延伸长度大于所述框架设置在移载台上的长度，所述框架的一端与所述移载台对齐设置，所述移载台的另一端相对于所述框架向悬臂延伸的方向伸出。
16.在本发明的一个实施例中，所述移载机构还包括移载天轨，所述移载天轨与所述移载地轨对应设置在举升塔的上方，在所述举升塔上设置有夹持在移载天轨两侧的导向轮。
17.在本发明的一个实施例中，所述升降机构包括：
18.升降导轨，设置在所述框架的两个侧壁上，所述升降导轨沿所述框架的竖直延伸方向设置，且两侧升降导轨相互平行；
19.链轮，包括分别设置在框架上下两端的上链轮和下链轮；
20.链条，套设在上链轮和下链轮上，与上链轮和下链轮啮合形成闭合的回环结构；
21.升降台，滑动设置在所述升降导轨上，所述升降台与所述链条连接；
22.升降驱动源，带动所述链轮转动。
23.在本发明的一个实施例中，所述升降机构还包括设置在所述框架上沿水平方向和竖直方向检测的激光传感器，所述激光传感器实时监控升降台的升降位置和框架的水平移动位置，保证输送机构取送电池的位置准确。
24.在本发明的一个实施例中，所述升降台上设置有高于悬臂的电池到位检测机构，所述电池到位检测机构包括电池到位检测传感器和电池超位检测传感器。
25.在本发明的一个实施例中，所述升降台上设置有悬臂，所述悬臂一端设置安装在升降导轨上，另一端悬空伸出；所述悬臂的伸出端设有连接件将两侧悬臂连接，从而让两个悬臂同步上下升降；所述悬臂伸出端还用于安装输送机构，因所述输送机构为悬出安装，对接电池方式可为多样。
26.在本发明的一个实施例中，所述框架的内部设置有电控箱，码垛机上相关的控制元器件，传感器信号，集成在所述电控箱内，所述电控箱和换电站之间由信号线和电源线连接即可，减少了线缆铺设。
27.在本发明的一个实施例中，所述输送机构包括输送滑轨、沿所述输送滑轨移动的输送台、带动所述输送台移动的输送驱动源，所述输送台的底部设置有齿条，所述输送驱动源的输出端为与所述齿条啮合的齿轮；所述输送台包括双层套设的第一滑台和第二滑台，所述第二滑台在输送滑轨上滑动，所述第一滑台在第二滑台上滑动。
28.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
29.本发明所述的悬臂式码垛机，对现有的码垛机的结构进行改进，在单侧的举升塔
上设置悬臂式支架，且设置悬臂的突出方向与移载机构的移动方向相同，在悬臂上设置输送机构，设置输送机构的输送方向与悬臂的延伸方向垂直，这样放置在悬臂上的电池，在移载机构和输送机构的带动下就能够在空间上朝向三个方向移动，相比于现有的双臂式码垛机，能够围绕悬臂式码垛机在空间上三个方向对充电站进行布局；
30.采用本发明的悬臂式码垛机对换电站的空间分布进行重新布局，本发明的悬臂式码垛机能够向三个方向移动，在三维空间布局中，悬臂式码垛机通过移载机构和升降机构实现在一个平面上的水平和升降运动，再通过在突出的悬臂上设置的输送机构实现了该平面的垂直运动，因为输送机构能够双向移动，即在该平面的两侧均形成了输送空间，从而使空间利用更加合理，在减少码垛机尺寸的同时，还能进一步减小换电站的占地面积，实现换电站的小型化。
附图说明
31.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
32.图1是本发明的悬臂式码垛机的整体结构示意图；
33.图2是本发明的一实施例中悬臂式码垛机在充电站内的布局图；
34.图3是本发明的另一实施例中悬臂式码垛机在充电站内的布局图；
35.图4是本发明的移载机构的结构示意图；
36.图5是本发明的移载天轨的结构示意图；
37.图6是本发明的升降机构的结构示意图；
38.图7是本发明的框架的结构示意图；
39.图8是本发明的升降台的结构示意图；
40.图9是本发明的输送机构的结构示意图。
41.说明书附图标记说明：1、移载机构；11、移载地轨；12、移载台；13、移载驱动源；14、移载天轨；15、导向轮；2、框架；21、激光传感器；22、链条导向块；3、升降机构；31、升降导轨；32、链轮；33、链条；34、升降台；35、升降驱动源；36、同步杆；37、连接件；4、悬臂；5、输送机构；51、输送滑轨；52、输送台；53、输送驱动源；6、电控箱；7、电池到位检测机构；71、电池到位检测传感器；72、电池超位检测传感器电池。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
43.参照图1所示，本发明的悬臂式码垛机，用于实现电池在换电设备与充电仓之间的转运，包括：
44.一种悬臂式码垛机，用于实现电池在换电设备与充电仓之间的转运，包括：
45.举升塔，包括框架2和设置在框架2上的升降机构3，所述升降机构3上设置有由升降机构3带动的悬臂4，所述悬臂4突出于所述框架2；
46.移载机构1，带动所述举升塔在水平方向上移动；
47.输送机构5，设置在所述悬臂4上，用于承载和输送电池，所述输送机构5随举升塔
在移载机构1的带动下水平移动，且所述输送机构5输送电池的方向与移载机构1的移动方向垂直，所述输送机构5可以正反两个方向运动，向输送机构5的两侧均可输送电池。
48.本实施例的悬臂式码垛机，对现有的码垛机的结构进行改进，在单侧的举升塔上设置悬臂式支架，且设置悬臂4的突出方向与移载机构1的移动方向相同，在悬臂4上设置输送机构5，设置输送机构5的输送方向与悬臂4的延伸方向垂直，这样放置在悬臂4上的电池，在移载机构1和输送机构5的带动下就能够在空间上朝向三个方向移动，在三维空间布局中，悬臂式码垛机通过移载机构1和升降机构3实现在一个平面上的水平和升降运动，再通过在突出的悬臂4上设置的输送机构5实现了该平面的垂直运动，因为输送机构5能够双向移动，即在该平面的两侧均形成了输送空间，相比于现有的双臂式码垛机，能够围绕悬臂式码垛机在空间上三个方向对充电站进行布局。
49.实施例1
50.参照图2所示，本发明的悬臂式码垛机在充电站内的一种布局为：
51.在所述移载机构1的两侧均设置有充电仓，所述充电仓的长度与所述移载机构1的延伸长度相同，所述充电仓的高度与所述举升塔的高度相同，在每个所述充电仓内设置有多个对电池充电的充电位，在所述充电位中实现对电池的充电；沿所述移载机构1的延伸方向，在移载机构1的一端设置有换电设备，在所述换电设备内完成对电动汽车电池的更换，在所述移载机构1的另一端预留有人工维修检测通道；
52.根据上述布局方式，电池包在换电站内的转运过程为：
53.首先，将电动汽车驶入到换电设备上方，通过换电设备实现对电池的拆卸，此时所述移载机构1带动所述举升塔向靠近换电设备的方向移动，所述举升塔移动到最靠近所述换电设备的一端，所述悬臂4带动输送机构与换电设备对接，所述换电设备将拆卸的电池放置到输送机构5上；
54.其次，通过移载机构1带动举升塔移动、通过升降机构3带动悬臂4移动，从而带动电池移动到充电仓中空的充电位对应的一侧，再通过输送机构5将电池运送到充电位中，在充电位对拆卸的电池进行充电；
55.最后，通过移载机构1带动举升塔移动、通过升降机构3带动悬臂4移动，带动悬臂4移动到充电仓中装有满电电池的充电位，通过输送机构5将满电电池从充电位中移出，再通过移载机构1、升降机构3的配合将满电电池运送到换电设备中，在换电设备中将满电电池安装在电动汽车上。
56.采用本实施例的布局方式对换电站的空间分布进行重新布局，本实施例的悬臂式码垛机能够向三个方向移动，在其中两个对称的方向均设置充电仓，在一个单独的方向设置换电设备，从而使空间利用更加合理，在减少码垛机尺寸的同时，还能进一步减小换电站的占地面积，实现换电站的小型化，并且还能够预留人工维修检测通道，方便工作人员对充电站内部运行进行检测，当举升塔移动到靠近人工维修检测通道的一侧可以对举升塔中的机构进行维修和检测，当举升塔移动到靠近换电设备的一侧时，可以对移载机构及充电仓内进行维修和检测。
57.实施例2
58.参照图3所示，本发明的悬臂式码垛机在充电站内的另一种布局为：
59.在所述移载机构1的两侧均设置有充电仓，所述充电仓的长度与所述移载机构1的
延伸长度相同，所述充电仓的高度与所述举升塔的高度相同，在每个所述充电仓内设置有多个对电池充电的充电位，在所述充电位中实现对电池的充电；在所述充电仓的外侧设置有与所述移载机构1延伸方向相同的换电设备，在所述换电设备内完成对电动汽车电池的更换，在所述充电仓内设置有连通所述码垛机和换电设备的电池运输通道，在电池运输通道内设置有电池运输机构；
60.根据上述布局方式，电池包在换电站内的转运过程为：
61.首先，将电动汽车驶入到换电设备上方，通过换电设备实现对电池的拆卸，通过电池运输机构将拆卸后的电池移送到与码垛机对接，此时所述移载机构1带动所述举升塔水平移动到电池运输机构的一侧，所述升降机构3带动悬臂4移动到与电池运输机构高度相同的位置，所述输送机构5与电池运输机构对接，所述电池运输机构将拆卸的电池放置到输送机构5上；
62.其次，通过移载机构1带动举升塔移动、通过升降机构3带动悬臂4移动，从而带动电池移动到充电仓中空的充电位对应的一侧，再通过输送机构5将电池运送到充电位中，在充电位对拆卸的电池进行充电；
63.最后，通过移载机构1带动举升塔移动、通过升降机构3带动悬臂4移动，带动悬臂4移动到充电仓中装有满电电池的充电位，通过输送机构5将满电电池从充电位中移出，再通过移载机构1、升降机构3的配合将满电电池运送到与电池运输机构对接，再通过电池运输机构运输到换电设备中将满电电池安装在电动汽车上。
64.采用本实施例的布局方式对换电站的空间分布进行重新布局，本实施例的布局方式利用悬臂式码垛机在空间中能够三维移动的特性，通过移载机构1和升降机构3实现在一个平面上的水平和升降运动，再通过在突出的悬臂4上设置的输送机构5实现了该平面的垂直运动，因为输送机构5能够双向移动，即在该平面的两侧均形成了输送空间，从而能够在悬臂式码垛机的两侧分别设置有充电仓，在充电仓外设置换电设备，为充电站的布局提供了更多的可能性，该布局方式可在充电仓的两侧均设置换电设备，即一个换电站内设置两个换电设备，使一台码垛机能够同时为两侧的换电设备实现电池的运输，进一步提高换电站的效率。
65.参照图4所示，在上述两个实施例中，所述移载机构1包括移载地轨11、在所述移载地轨11上滑动的移载台12以及带动所述移载台12的移载驱动源13，所述移载驱动源13带动所述移动载台12沿移载地轨11的延伸方向运动；
66.所述移载地轨11包括两条平行设置的行走轨道，两条行走轨道之间预留有一定的间距，在每条行走轨道上均设置有多个能够沿行走轨道移动的滑块，所述移载台12的两端分别架设在两条行走轨道的滑块上；
67.所述移载驱动源13安装在移载台12上，所述移载驱动源13安装在两条行走轨道之间，所述移载驱动源13包括本体和输出端，所述本体固定在移载台12上，所述输出端穿过所述移载台12，所述移载地轨11的边缘设置有齿条，所述移载驱动源13的输出端为与所述齿条啮合的齿轮；当所述齿轮与齿条啮合配合时，所述移载驱动源13向输出端提供驱动力，带动所述齿轮转动，使所述齿轮能够沿齿条的延伸方向运动，从而通过齿轮能够带动与齿轮连接的移载台12同步运动；
68.具体地，所述移载驱动源13还包括控制器和编码器，能够控制移载驱动源带动移
载台12移动的位置、速度和方向，可以根据人工操作或系统智能操作带动移载台12移动到指定的位置。
69.具体地，在其他实施例中，所述移载机构1也可以采用其他的驱动方式，例如直线电机、丝杆驱动、气缸驱动等，只要能够带动举升塔水平移动即可。
70.参照图5所示，由于本发明中的举升塔较高，通过移载台12带动框架2移动的过程中，为了防止框架2摆动，本实施例的移载机构1还包括移载天轨14，所述移载天轨14与所述移载地轨11对应设置在框架2的上方，所述移载天轨14与移载地轨11平行设置，所述移载天轨14的延伸方向与移载地轨11的延伸方向相同，在所述框架2上设置有夹持在移载天轨14两侧的导向轮15，在移动的过程中，所述导向轮15随框架2移动，在导向轮15移动的过程中，移载天轨14从两个导向轮15中穿过，对两侧的导向轮15进行限位，从而实现对框架2的限位；通过移载天轨14与移载地轨11配合，一方面能够防止框架2在移动的过程中摆动，另一方面在框架2的上方提供给框架2一定的约束力，能够减轻框架2与移载台12之间连接的应力，使框架2与移载台12的连接更加稳固。
71.上述两个实施例中，由于在所述框架2上设置有突出于框架2的悬臂4，并且所述悬臂4用于承载电池，因此所述框架2的重心位置并不在框架2的中心点，而是相对于中心点靠近悬臂4的位置，框架2整体的重心向悬臂4的方向偏移，为了平衡这重心，使重心回到框架2中心点的位置，采用了两种措施：
72.1、延长移载台12在移载地轨11上的长度
73.使所述移载台12沿移载地轨11的延伸长度大于所述框架2设置在移载台12上的长度，参照图1对框架2的位置进一步说明，所述框架2的一端与所述移载台12对齐设置，即框架2的左侧与移载台12的左侧对齐，所述移载台12的另一端相对于所述框架2向悬臂4延伸的方向伸出，即移载台12的右侧长于所述框架2的右侧，这样增大了移载台12与移载地轨11的接触面积，使框架2底部水平方向上向悬臂4侧有一定的伸出，以保证框架2的稳定；
74.2、在框架2内设置重物，与悬臂4平衡
75.在本实施例中，刚好将电控箱6设置在框架2中，所述电控箱6一方面能够起到重物平衡的作用，另一方面将电控箱6隐藏设置在框架2中，不会影响整个码垛机的大小，使码垛机内部的空间利用更加合理。
76.参照图6所示，所述升降机构3包括：
77.升降导轨31，设置在所述框架2的侧壁上，所述升降导轨31沿所述框架2的竖直延伸方向设置；
78.链轮32，包括分别设置在框架2上下两端的上链轮和下链轮；
79.链条33，套设在上链轮和下链轮上，与上链轮和下链轮啮合形成闭合的回环结构；
80.升降台34，滑动设置在所述升降导轨31上，所述升降台34与所述链条33连接；
81.升降驱动源35，带动所述链轮33转动；
82.所述升降机构3的具体运动过程为：
83.所述升降驱动源35为所述链轮32提供驱动力，即所述升降驱动源35与上链轮或下链轮中的一个连接，带动所述上链轮或下链轮转动，由于所述链条33与上链轮和下链轮啮合，在其中一个链轮32转动的过程中能够带动链条33移动，并将转动传递到另一个链轮32，所述链条33移动，从而带动与链条33连接的升降台34在升降导轨31上向上链轮或下链轮的
方向移动，从而实现升降台34的升降动作。
84.本实施例中，为了能够更加稳定的支撑输送机构5，所述升降机构3包括两组升降导轨31、两组链轮32、两组链条33和两组升降台34，两组升降导轨31分别设置在框架2两个对应面的侧壁上，两组升降台34分别在两组升降导轨31上滑动，两组链轮32也对应设置在框架2的两个对应面上，两组所述链条33分别套设在两组链轮32上，本实施例中，通过两组升降台34共同支撑所述输送机构5，为了保证输送机构5能够相对水平设置，需要保证两组升降台34的高度相同、且两组升降台34能够同步运动，因此两组升降台34设置在两组链条33的相同位置，所述升降台上设置有悬臂，所述悬臂一端设置安装在升降导轨上，另一端悬空伸出；所述悬臂的伸出端设有连接件37将两侧悬臂连接，从而让两个悬臂同步上下升降；所述悬臂伸出端还用于安装输送机构，因所述输送机构为悬出安装，对接电池方式可为多样，且两组链轮32同步转动，从而保证两组升降台34的初始位置相同、移动的方向和速度相同；
85.具体地，为了保证两组链轮32能够同步转动，设置两组链轮32由同一升降驱动源35带动转动，两组所述链轮32通过同步杆36连接，两组所述链轮32分别套设在同步杆36的两端，所述同步杆36上设置有传动齿轮，所述升降驱动源35的输出端与传动齿轮啮合连接或通过传动链条带动所述传动齿轮转动，实现由同一降驱动源35带动两组链轮32同步转动。
86.具体地，所述升降台34与所述悬臂4连接，由于所述悬臂4仅一端与所述升降台32连接，且所述悬臂4用于承载重物，因此，为了保证悬臂4与升降台32连接的稳定，所述悬臂4通过多个加强筋安装在所述升降台32上。
87.参照图7所示，所述升降机构3还包括设置在所述框架2上沿水平方向和竖直方向检测的激光传感器21，所述激光传感器21实时监控升降台34的升降位置和框架2的水平移动位置，能够实现对悬臂4在竖直移动方向和水平移动方向上位置的闭环控制，保证输送机构5取送电池的位置准确。
88.具体地，所述链条33套设在上链轮和下链轮上形成回环结构，在竖直方向上形成两根链条33，所述升降台34与其中一根链条33固定连接，这样在链条33带动升降台34移动的过程中，与升降台34固定连接的一侧链条33张紧，没有与升降台34固定连接的一侧链条33松动打摆，为了避免这种情况，在所述框架2上还设置有链条导向块22，所述链条导向块22上开设有导向槽口，没有与升降台34固定连接链条33设置在导向槽口内，通过链条导向块22对其位置进行限位导向，防止链条33松动打摆，使升降台34能够平稳升降。
89.参照图8所示，所述升降台34上设置有高于悬臂的电池到位检测机构7，所述电池到位检测机构7包括电池到位检测传感器71和电池超位检测传感器72，所述电池到位检测传感器71用于检测悬臂4上是否放置有电池，在本实施例中，所述电池到位检测传感器71设置在悬臂的一侧，当电池到位检测传感器71检测到电池时，说明电池放置到位；所述电池超位检测传感器72设置在电池到位检测传感器71的外侧，在所述悬臂4的两侧均设置有电池超位检测传感器72，当任意一侧电池超位检测传感器72检测到电池时，说明电池没有放置到位，电池位置突出于悬臂4，在水平移动的过程中，会与码垛机两侧的充电仓碰撞，此时码垛机不能移动，需要重新调整电池的位置，直到任意一侧的电池超位检测传感器72都检测不到电池。
90.参照图9所示，上述两个实施例中，所述输送机构5采用货叉的形式，所述输送机构5包括输送滑轨51、沿所述输送滑轨51移动的输送台52、带动所述输送台52移动的输送驱动源53，所述输送台52的底部设置有齿条，所述输送驱动源53的输出端为与所述齿条啮合的齿轮，通过改变所述输送驱动源53的转动方向，能够带动输送台52向两侧移动；
91.具体地，本实施例在所述悬臂4上设置有多组平行的输送滑轨51和输送台52，多组输送台52由同一输送驱动源53带动同步在多组输送滑轨51上滑动。
92.优选地，为了能够延长输送台的输送距离，本实施例的所述输送台52包括双层套设的第一滑台和第二滑台，所述第二滑台在输送滑轨51上滑动，所述第一滑台在第二滑台上滑动，在所述输送驱动源53的带动下，第二滑台在所述输送滑轨51上滑动，第一滑台在第二滑台上滑动，从而使所述输送台52的传输距离为两倍的输送台的52长度。
93.在其他实施例中，所述输送机构5也可以采用其他的输送方式，例如：传送带、链板输送线、辊筒线等，只要能够实现电池的水平运输即可。
94.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。