抓取装置及换电设备的制作方法

1.本发明涉及换电设备技术领域，尤其涉及一种抓取装置及换电设备。


背景技术：

2.依靠动力电池作为驱动能源的新能源车辆，由于在行驶中无有害气体排放且噪音小，越来越受到人们的青睐。
3.新能源车辆包括充电型电动车辆和换电型电动车辆两种。充电型电动车辆当电池亏电时直接在充电站充电，但由于充电时间较长，当急需赶路时就会影响正常出行，严重制约了充电型电动车辆的发展。而换电型车辆无需现场充电，当电池亏电时，仅需将亏电电池卸下来，并将满电电池安装于换电型车辆上，从而实现对电池进行更换后即可继续赶路，在电池更换过程中则需要用到电池更换装置，即换电设备。
4.现有技术中，换电设备的抓取装置有的是用钢丝绳类柔性结构驱动抓手抓取电池，效率较低，或者是用货叉刚性驱动抓手抓取电池，但对定位精度有较高的要求。


技术实现要素：

5.本发明提供一种抓取装置及换电设备，用以解决现有技术中抓取装置抓取效率低，对定位精度有较高要求的缺陷，实现快速移动抓头，提高抓取效率，同时降低了定位精度的要求。
6.本发明提供一种抓取装置，包括：
7.侧移机构，能够沿水平方向的伸缩；
8.抓手本体，设置于所述侧移机构的底部；
9.抓头，与所述抓手本体柔性连接，且所述抓头和所述抓手本体之间设置有浮动锁止机构。
10.根据本发明提供的一种抓取装置，所述侧移机构包括：
11.基座；
12.一对一级货叉，对称设置于所述基座的两侧；
13.二级货叉，滑动设置于一对所述一级货叉之间；
14.货叉驱动机构，设置于所述基座上，且所述货叉驱动机构能够驱动所述二级货叉滑动；所述抓手本体能够随所述二级货叉的移动而移动。
15.根据本发明提供的一种抓取装置，所述侧移机构还包括三级货叉，所述三级货叉水平滑动设置于所述二级货叉底部，且所述三级货叉的底部设置有所述抓手本体。
16.根据本发明提供的一种抓取装置，所述一级货叉包括：
17.一级货叉本体，为长条板；
18.多个第一导轮，位于一对所述长条板的相对侧沿其延伸方向转动设置；且多个所述第一导轮为所述二级货叉提供导向。
19.根据本发明提供的一种抓取装置，所述二级货叉包括：
20.二级货叉本体，两侧设置有与所述第一导轮匹配且开口向外的二级导向槽；
21.多个第二导轮，位于所述二级货叉本体两侧壁的内侧，且沿所述二级货叉本体的延伸方向转动设置；多个所述第二的导轮为所述三级货叉提供导向；
22.二级从动件，与所述货叉驱动机构传动连接，所述二级货叉本体能够随所述货叉驱动机构的驱动实现水平移动。
23.根据本发明提供的一种抓取装置，所述三级货叉包括：
24.三级货叉本体，两侧设置有与所述第二导轮匹配且开口向外的三级导向槽；所述三级货叉本体上还设置有第一链条和第二链条；
25.抓手导向槽，设置于所述三级货叉本体的底部，所述抓手导向槽用于与所述抓手本体滑动连接；
26.三级从动件，与抓手横移驱动机构传动连接，所述抓手本体能够随所述抓手横移驱动机构的驱动实现水平移动。
27.根据本发明提供的一种抓取装置，所述二级货叉本体的对角处分别可转动嵌设有多功能链轮；所述三级货叉本体上固定设置第一链条和第二链条的一端，所述第一链条和所述第二链条的另一端分别绕过对应所述多功能链轮并固定于所述基座上；且所述多功能链轮上具有电缆环绕区。
28.根据本发明提供的一种抓取装置，所述浮动锁止机构包括：
29.锁止动力源，设置于所述抓手本体上；
30.锁止轴，与所述锁止动力源连接；
31.锁止环，设置于所述抓头上，所述锁止轴可在所述锁止动力源的带动下穿入所述锁止环，能够实现所述抓手本体和所述抓头的锁止。
32.根据本发明提供的抓取装置，所述抓头包括：
33.支撑架，与所述抓手本体柔性连接；
34.连接板，设置于所述支撑架的底部；
35.抓取驱动机构，设置于所述连接板的底部；
36.抓取轴，与所述抓取驱动机构的输出端连接；伸出的所述抓取轴能够实现对电池的抓取。
37.本发明还提供一种换电设备，包括如上所述的抓取装置。
38.本发明提供的抓取装置，通过侧移机构能够实现水平方向的伸缩，能够实现快速定位；通过抓手本体设置于侧移机构的底部，抓头与抓手本体柔性连接，以适应电池位置的误差，降低电池定位精度的要求；且当抓头抱紧电池需要移动时，通过浮动锁止机构锁止抓头的浮动，以使抓手本体与抓头之间由柔性连接改成刚性连接，减少电池在移动过程中的晃动。
39.本发明提供的换电设备，由于包括如上所述的抓取装置，因此，具备如上所述的各种优势。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些
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。
41.图1是本发明提供的抓取装置的结构示意图；
42.图2是本发明提供的抓取装置的侧视图；
43.图3是本发明提供的侧移机构的部分结构示意图；
44.图4是本发明提供的第一货叉的结构示意图；
45.图5是本发明提供的第二货叉的结构示意图；
46.图6是本发明提供的多功能链轮的结构示意图；
47.图7是本发明提供的第三货叉的结构示意图；
48.图8是本发明提供的抓手本体和抓头俯视角度的结构示意图；
49.图9是本发明提供的抓手本体和抓头仰视角度的结构示意图；
50.图10是本发明提供的抓头抓取电池状态的剖视图；
51.附图标记：
52.1、侧移机构；2、抓手本体；3、抓头；4、浮动锁止机构；5、浮动环链；6、电池横梁；
53.11、基座；12、一级货叉；13、二级货叉；14、货叉驱动机构；15、三级货叉；
54.111、第三固定端；112、第四固定端；113、电缆张紧机构；
55.121、一级货叉本体；122、第一导轮；
56.131、二级货叉本体；132、第二导轮；133、二级导向槽；134、二级从动件；135、多功能链轮；136、电缆环绕区；
57.151、三级货叉本体；152、三级导向槽；153、抓手导向槽；154、三级从动件；155、第一固定端；156、第二固定端；
58.21、抓手横移驱动机构；
59.31、支撑架；32、连接板；33、抓取驱动机构；34、抓取轴；35、导向柱；
60.41、锁止动力源；42、锁止轴；43、锁止环。
具体实施方式
61.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
63.下面结合图1至图10描述本发明的抓取装置。
64.如图1和图2所示，本发明公开的一种抓取装置，可安装于带行走、旋转、升降的主体上，包括：侧移机构1、抓手本体2和抓头3，侧移机构1能够实现水平方向的伸缩；抓手本体
2设置于侧移机构1的底部；抓头3与抓手本体2柔性连接，且抓头3和抓手本体2之间设置有浮动锁止机构4。
65.如图1所示，本发明提供的抓取装置，通过侧移机构1能够实现水平方向的伸缩，实现抓取装置的快速定位；通过抓手本体2设置于侧移机构1的底部，抓头3与抓手本体2柔性连接，以适应电池位置的误差，降低电池定位精度的要求；且当抓头3抱紧电池需要移动时，通过浮动锁止机构4锁止抓头3的浮动，以使抓手本体2与抓头3之间形成刚性连接，减少电池在移动过程中的晃动。
66.通常，抓头3上需要设置多个用于检测电池位置的光电传感器，当光电传感器检测到电池在抓取范围内时，通过主体的升降功能，带动抓取装置下降，将抓头3插入电池顶部，到位后，抓头抱紧电池，主体上升，完成电池的抓取。
67.其中，如图2所示，抓头3与抓手本体2柔性连接，可以采用浮动环链5，既能保证柔性连接，又能满足刚度的要求；也可以采用其他的结构形式，只要能实现柔性连接即可。
68.如图1所示，在本发明的实施例中，侧移机构1包括基座11、一对一级货叉12、二级货叉13和货叉驱动机构14，基座11用于与主体连接，且基座11为货叉驱动机构14提供安装平台；一对一级货叉12对称设置于基座11的两侧；二级货叉13滑动设置于一对一级货叉12之间，二级货叉13可与一级货叉12相对移动；货叉驱动机构14设置于基座11上，且货叉驱动机构14能够驱动二级货叉13滑动；抓手本体2随二级货叉13的移动而移动。
69.通过基座11、一级货叉12、二级货叉13和货叉驱动机构14的设置，可以实现抓手本体2在水平方向的移动。即当侧移机构1具有两级货叉时，抓手本体2则设置于二级货叉13的底部，由于抓取装置使用时的安装主体也可以实现行走和旋转，则抓手本体2在水平方向上的位移可以通过主体和二级货叉13共同来实现，提高了抓手本体2的快速定位。
70.如图3所示(隐藏了二级货叉13)，更进一步地，为了优化抓手本体2的快速定位效果，在本发明的实施例中，侧移机构1还包括三级货叉15，三级货叉15水平滑动设置于二级货叉13的底部，抓手本体2设置于三级货叉15的底部。三级货叉15可以由二级货叉13带动，也可以单独设置驱动装置来驱动，在此不做具体限定。
71.如图3和图4所示，具体地，一级货叉12可以包括一级货叉本体121和多个第一导轮122，一级货叉本体121，为长条板；多个第一导轮122位于一对长条板的相对侧沿其延伸方向转动设置；且多个第一导轮122为二级货叉13提供导向。其中，第一导轮122可以包括第一正导轮和第一侧导轮，且第一正导轮和第一侧导轮的轴线相互垂直，即，第一正导轮和第一侧导轮共同为二级货叉13的滑动提供导向，以使二级货叉13与一级货叉12之间的接触均滚动摩擦，减小摩擦系数。
72.如图5所示，在本发明的实施例中，二级货叉13包括二级货叉本体131和第二导轮132，二级货叉本体131的两侧设置有与第一导轮122匹配且开口向外的二级导向槽133；为了防止二级货叉13从一级货叉12中滑落，通常需要在一级货叉12和二级货叉13最大相对位移的端部设置挡板。多个第二导轮132位于二级货叉本体131两侧壁的内侧，且第二导轮132沿二级货叉本体131的延伸方向转动设置；多个第二导轮132为三级货叉15提供导向；二级从动件134与货叉驱动机构14传动连接，二级货叉本体131能够随货叉驱动机构14的驱动实现水平移动。其中，第二导轮132可以包括第二正导轮和第二侧导轮，且第二正导轮和第二侧导轮的轴线相互垂直，即，第二正导轮和第二侧导轮共同为三级货叉15的滑动提供导向，
以使三级货叉15与二级货叉13之间的接触均为滚动摩擦，降低了摩擦系数。
73.二级从动件134可以为齿条，则对应货叉驱动机构14的输出端带有齿轮，货叉驱动机构14动作，齿轮转动，齿条与齿轮啮合，从而实现二级货叉13与一级货叉12的相对位移。当然，二级从动件134和货叉驱动机构14还可以为其他驱动形式，只要能实现直线移动均可。
74.如图7所示，在本发明的实施例中，三级货叉15包括三级货叉本体151、抓手导向槽153和三级从动件154，三级货叉本体151两侧设置有与第二导轮132匹配且开口向外的三级导向槽152；三级货叉本体151可相对二级货叉13相对滑动，从而增加侧移机构1的移动范围，以适应更多抓手本体2的抓取范围。三级导向槽152设置于三级货叉本体151的底部；三级从动件154与抓手横移驱动机构21传动连接，抓手本体2能够随抓手横移驱动机构21的驱动实现水平移动。
75.具体的，三级从动件154可以为齿条，嵌设于三级货叉本体151上，且齿条沿三级货叉本体151的长度方向设置，则，此时，抓手横移驱动机构21为驱动电机带动齿轮，以使齿轮齿条相匹配。抓手横移驱动机构21和三级从动件154的配合，以使三级货叉本体151与抓手本体2之间发生相对位移。
76.另外，三级导向槽152可以设置为截面为工字型，抓手本体2在三级导向槽152的两侧实现导向滑动。为了保持结构的对称性和稳定性，三级导向槽152设置于三级货叉本体151底侧面的中部位置。为了确保抓手本体2始终在三级导向槽152中滑动，避免滑出脱落，三级导向槽152的两端均设置有防脱落结构，防脱落结构可以设置为板状，可以为方形板或长条形板，只要能实现对抓手本体2的限位即可。
77.如图5所示，关于三级货叉本体151的驱动方式，可以单独采用驱动机构驱动，为了节约能源，在本发明的实施例中，二级货叉本体131的对角处分别可转动嵌设有多功能链轮135；三级货叉本体151上固定设置第一链条和第二链条的一端，第一链条和第二链条的另一端分别绕过对应多功能链轮135并固定于基座11上；且多功能链轮135上具有电缆环绕区136。
78.如图3所示，为了增加三级货叉本体151的移动行程，第一链条和第二链条在三级货叉本体151上的固定端，与二级货叉本体131设置多功能链轮135的位置，处于不同的对角处。
79.如图3所示，为了方便表述，第一链条和第二链条在三级货叉本体151上的固定端分别称为第一固定端155和第二固定端156；第一链条和第二链条在基座11上的固定端分别称为第三固定端111和第四固定端112。
80.假设以侧移机构1的移动方向为基准，多功能链轮135若设置于二级货叉本体131的左后方和右前方的对角线处，则第一固定端155和第二固定端156则设置于三级货叉本体151的左前方和右后方。或者，多功能链轮135若设置于二级货叉本体131的左前方和右后方，则第一固定端155和第二固定端156则设置于三级货叉本体151的左后方和右前方。而第三固定端111和第四固定端112的位置则根据需求自行设定。
81.当二级货叉本体131移动时，多功能链轮135转动，在多功能链轮135和第一链条、第二链条的带动下，三级货叉本体151由第一链条和第二链条带动以两倍速于二级货叉的速度同向运动，以在货叉驱动机构14的作用下，实现更高的移动速度，节约了能源，且结构
紧凑。
82.如图6所示，另外，在抓取装置中还有多组电缆需要从基座11上引到抓头3上，在多功能链轮135上还设置有电缆环绕区136，电缆环绕区136用于缠绕电缆，且电缆的缠绕方式与第一链条或第二链条类似，即，电缆的一端固定于三级货叉本体151上，另一端缠绕过多功能链轮135后固定于基座11上，以有利于电缆的整体布置；另外，为了保护电缆，在基座11靠近电缆固定端的位置还设置有电缆张紧机构113。
83.如图8所示，在本发明的实施例中，浮动锁止机构4包括锁止动力源41、锁止轴42和锁止环43，锁止动力源41设置于抓手本体2上；锁止轴42与锁止动力源41连接；锁止环43，设置于抓头3上，锁止轴42可在锁止动力源41的带动下穿入锁止环43，以实现抓手本体2和抓头3的锁止。当抓头3抓取到电池后，为了减少抓头3和电池的晃动，打开锁止动力源41，锁止轴42伸出并对应穿入锁止环43，以使抓手本体2和抓头3由柔性连接改为刚性连接。同理，当在抓头3抓取电池之前，为了保证抓头3具有良好的自由度，具有较宽的抓取范围，操作锁止动力源41，使得锁止轴42和锁止环43分开。
84.如图9所示，在本发明的实施例中，抓头3包括支撑架31、连接板32、抓取驱动机构33、抓取轴34和导向柱35，支撑架31与抓手本体2柔性连接，连接板32设置于支撑架31的底部，抓取驱动机构33设置于连接板32的底部，用于驱动抓取轴34伸出，抓取轴34伸出后与导向柱35之间形成容纳电池横梁的空间，当抓头3抬升时，实现对电池的抓取。
85.另外，为了实现更宽范围的导向，支撑架31的底部还设置有多个导向柱35，导向柱35沿竖直方向具有倾斜的导向面。
86.为了检测电池位置，通常在抓头3上设置多个光电传感器。
87.如图10所示，本发明提供的抓取装置的工作过程为：
88.取亏电电池：基座11先初步定位电池位置，二级货叉13和三级货叉15在货叉驱动机构14、第一链条、第二链条的带动下使抓手本体2伸出，同时抓手本体2可在抓手横移驱动机构21的作用下沿三级货叉15自主运动，可快速到达电池上方，由抓头3上光电传感器检测电池位置，当检测到在抓取范围内时，浮动锁止机构4解锁，基座11带动抓取装置下降，抓头3在重力和导向柱35的作用下掉入电池顶部，到位后抓取轴34在抓取驱动机构33的作用下伸出抱紧电池，完成抓取。
89.然后基座11在主体的作用下带动抓手本体2和抓头3上升，当上升至一定高度电池底部脱离导向柱35时，浮动锁止机构4锁止，抓手本体2与抓头3变成刚性连接，电池在抓手本体2与侧移机构1共同驱动下快速回到换电设备上，完成了对电池的抓取。
90.存满电电池的工作过程与上述过程相反，应用此发明的换电装置可快速准确的抓取电池横梁6，其核心在于有多级货叉快速移动、低定位精度要求的抓手本体2和抓头3的浮动连接。
91.本发明的另一方面实施例在于提供一种换电设备，包括如上所述的抓取装置。
92.本发明提供的换电设备，由于包括如上所述的抓取装置，因此具备如上所述的各种优势，换电效率高，且降低了对定位精度要求。
93.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领
域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
94.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
95.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。