[发明专利]计算机互联网多个机器人组成的电动汽车电池组更换系统

摘要

电动汽车车载装置包括主控制模块、CAN总线通信模块、3G/4G无线通信模块、GPS数据接收处理模块和用户交互模块，CAN总线物理接口挂接在电动汽车CAN总线上，CAN总线物理接口实时采集电动汽车的运行状态和电池信息，3G/4G通信芯片通过引脚与主控制板连接，实时数据交互模块向监控中心转发电动汽车的运行状态及电池信息，GPS数据接收处理模块提供导航服务并监控运营网络；电动汽车电池更换监控系统的智能通信终端通过本地工业以太网与充电监控系统的网络交换机连接，电动汽车电池更换站包括第一、二码垛机器人、摆渡机器人、四柱举升机、钢轨、第一、二输送线，用监控中心控制电动汽车更换电池的步骤。

主权项

1.一种计算机互联网多个机器人组成的电动汽车电池组更换系统，其特征是：电动汽车(26)车载装置(131)包括主控制模块、CAN总线通信模块、3G/4G无线通信模块(135)、GPS数据接收处理模块(134)和用户交互模块，CAN总线通信模块通过SPI总线与主控制模块双向连接，3G/4G无线通信模块(135)、GPS数据接收处理模块(134)和用户交互模块均通过串口与主控制模块双向连接，主控制模块包括主控制器和Android/Windows嵌入式操作系统，液晶屏通过液晶插口连接主控制板，用于人机交互显示，嵌入式操作系统提供访问框架应用程序接口的权限，并提供驱动模块和TCP/IP协议栈，主控制器包括通过引脚连接主控制板的ARMCortex‑A8系列的32/64位微处理器、ROM时钟、RAM时钟和复位电路，CAN总线通信模块包括CAN总线物理接口、数据处理和存储单元、CAN总线收发器、CAN总线控制器以及外部晶体，CAN总线物理接口挂接在电动汽车CAN总线上，CAN总线收发器通过CAN_H和CAN_L与CAN总线控制器连接，CAN总线控制器通过SPI接口与主控制板连接，数据处理和存储单元对测量值进行处理，并对装置采集的包括测量值、状态量和报警事件的实时数据和历史数据的集中存储，CAN总线物理接口实时采集电动汽车(26)的运行状态和电池信息，运行状态包括运行速度和运行里程，电池信息包括整车充/放电电压、整车充/放电电流、电池SOC、电池模块温度、单体电池最高电压、单体电池最低电压，3G/4G无线通信模块包括3G/4G通信芯片、实时数据交互模块和实时数据对时模块，3G/4G通信芯片通过引脚与主控制板连接，实时数据交互模块向监控中心(137)转发电动汽车(26)的运行状态及电池信息，并接收监控中心(137)下发包括充/换电站站点信息、电价信息和新闻的服务信息，对时单元接收监控中心(137)下发的同步时钟对时指令，以保证区域内装置时间的一致性，GPS数据接收处理模块提供导航服务并监控运营网络，导航服务包括目的地检索、路线查看、模拟导航和真实导航，通过地图实时显示运营区域内换电站、分散充电桩分布位置及电动汽车运行状态监控运营网络，并显示包括电动汽车地理位置、电动汽车(26)速度和剩余电量的状态信息，电动汽车电池更换系统的监控系统硬件部署示意图，配电监控系统的监控工作站、服务器、打印机、配电系统通信管理机和用电信息采集终端通过本地工业以太网与充电监控系统的网络交换机连接，配电监控系统的网络交换机通过本地工业以太网与上级系统的通信网关连接，配电系统通信管理机通过3G/4G无线网络通信链路与配电系统以及上级系统的通信网关连接，用电信息采集终端通过3G/4G无线网络通信链路与计量系统以及上级系统的通信网关连接，电动汽车电池更换监控系统的智能通信终端通过本地工业以太网与充电监控系统的网络交换机连接，电动汽车电池组更换车间(133)包括第一码垛机器人(86)、第二码垛机器人(87)、摆渡机器人(25)、四柱举升机(22)、钢轨(24)、第一输送线(85)和第二输送线(88)，用监控中心计算机控制、指挥、引导电动汽车更换电池的各个步骤，视频监控系统的视频服务器通过本地工业以太网与上级系统的通信网关连接，其中数据服务器可以存储监控系统历史数据，前置服务器可以采集和解析相关实时数据，并转发给其他计算机，安防监控工作站用于视频监控系统的监视和控制，通信网关可以实现CAN总线和本地工业以太网之间的转换，网络交换机有24口，可以划分VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)，实现各个子系统之间的通信，电动汽车电池组更换系统由计算机、多种计算机监控软件、有线互联网/无线互联网、码垛机器人、摆渡机器人、输送线、举升机组成，由计算机互联网与车载3G/4G无线网络连接后，由监控计算机前工作人员用远程操控程序用十五个步骤完成更换电动汽车电池组的更换：第一步、所要充电的电动汽车(26)驾驶员用电动汽车车载装置主控制器(131)通过3G/4G网络(136)与第三监控工作站(129)联系，查到距离其最近的电动汽车电池组更换车间(133)，到达电动汽车电池组更换车间(133)后，把电动汽车(26)开上四柱举升机(22)，电动汽车(26)驾驶室内的驾驶员在电动汽车车载装置(131)的LCD液晶屏幕上启动可以由第三监控工作站(129)控制远程监控换电池模式；第二步、第三监控工作站(129)操控人员通过网络把电动汽车(26)的换电池过程移交给第一监控工作站(127)，这时候第一监控工作站(127)开始进行远程监控，启动电动汽车(26)的底盘下的电池盒自动更换系统(97)中的第一电动千斤顶(110)弹出在电动汽车(26)底盘下的第二电池组盒(105)落在四柱举升机(22)下等待的摆渡机器人(25)顶部电池托盘(44上面)，摆渡机器人(25)载着第二电池组盒(105)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)轨道行走到工位一(90)位置，准确定位；第三步、第一码垛机器人(86)把在工位一A位置的摆渡机器人(25)顶部电池托盘(44)上面的第二电池组盒(105)抓取到放到工位七(96),卸载下来的亏电的第二电池组盒(105)由第一输送线(85)输入到第二码垛机器人(87)抓取工位五(94)位置，并定位准确；第四步、第二码垛机器人(87)在工位五(94)位置抓取到亏电的第二电池组盒(105)后，移动到工位六(95)位置进行码垛，码完一垛后人工叉车将整垛亏电的第二电池组盒(105)叉走；第五步、整垛充满电的第二电池组盒(105)由叉车移动到工位四(93)后,第二码垛机器人(87)将第二电池组盒(105)拆入工位三(92)处，第二电池组盒(105)随第二输送线(88)向工位二(91)位置流去并定位准确；第六步、摆渡机器人(25)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)行走进入到工位一(90)，第一码垛机器人(86)到工位二(91)位置抓取到第二电池组盒(105)，放到工位一(90)位置的在等待的摆渡机器人(25)顶部电池托盘((44)上面，由于单个第二电池组盒(105)在第二输送线(88)上传输能准确定位，所以三维扫描识别器不工作，第一码垛机器人(86)抓取前输送线上的第二电池组盒(105)的高度通过光电开关来判断；第七步、摆渡机器人(25)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)轨道行走四柱举升机(22)下，摆渡机器人(25)完成X/Y方向定位后，机器人上升的过程利用超声测距传感器的输出与液压机构编码器的输出差值运算后，作为PID控制器的输入对比例流量阀进行PID控制，当液压机构举升至预期位置停止上升；定位准确，由第一监控工作站(127)或者监控工作站(02)向摆渡机器人(25)发出开始安装电动汽车第二电池组盒(105)的指令，摆渡机器人(25)把电动汽车第二电池组盒(105)顶到电池组盒自动更换系统(97)上面的电动汽车第二电池组盒(105)放置位置，监控计算机(01)操控人员启动第一电动千斤顶(28)把第二电池组盒(105)固定在电池组盒自动更换系统(97)上；第八步、第一监控工作站(127)开始进行远程监控，启动电动汽车(26)的底盘下的电池组盒自动更换系统(97)中的第二电动千斤顶(111)弹出在电动汽车(26)底盘下的第一电池组盒(99)落在四柱举升机(22)下等待的摆渡机器人(25)顶部电池托盘((44)上面，摆渡机器人(25)载着第一电池组盒(99)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)轨道行走到工位一(90)位置，准确定位；第九步、第一码垛机器人(86)把在工位一(90)位置的摆渡机器人(25)顶部电池托盘((44)上面的第一电池组盒(99)抓取到放到工位七(96),卸载下来的亏电的第一电池组盒(99)由第一输送线((85)输入到第二码垛机器人(87)抓取工位五(94)位置，并定位准确；第十步、第二码垛机器人(87)在工位五(94)位置抓取到亏电的第一电池组盒(99)后，移动到工位六(95)位置进行码垛，码完一垛后人工叉车将整垛亏电的第一电池组盒(99)叉走；第十一步、整垛充满电的第一电池组盒(99)由叉车移动到工位四(93)后,第二码垛机器人(87)将第二电池组盒(105)拆入工位三(92)处，第一电池组盒(99)随第二输送线(88)向工位二(91)位置流去并定位准确；第十二步、摆渡机器人(25)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)行走进入到工位一(90)，第一码垛机器人(86)到工位二B位置抓取到第一电池组盒(99)，放到工位一(90)位置的在等待的摆渡机器人(25)顶部电池托盘((44)上面，由于单个第二电池组盒(105)在第二输送线(88)上传输能准确定位，所以三维扫描识别器不工作，第一码垛机器人(86)抓取前输送线上的电动汽车第一电池组盒(99)的高度通过光电开关来判断；第十三步、摆渡机器人(25)沿着摆渡机器人行走钢轨(24)轨道行走四柱举升机(22)下，摆渡机器人(25)完成X/Y方向定位后，机器人上升的过程利用超声测距传感器的输出与液压机构编码器的输出差值运算后，作为PID控制器的输入对比例流量阀进行PID控制，当液压机构举升至预期位置停止上升；定位准确，由第一监控工作站(127)或者监控工作站(02)向摆渡机器人(25)发出开始安装电动汽车第一电池组盒(99)的指令，摆渡机器人(25)把第一电池组盒(99)顶到电池组盒自动更换系统(97)上面的第一电池组盒(99)的放置位置，监控计算机(01)操控人员启动第二电动千斤顶(111)把第一电池组盒(99)固定在电池组盒自动更换系统(97)上；第十四步、电池更换过程结束，四柱举升机(22)落下，驾驶员驾驶电动汽车(26)驶离电动汽车电池组更换车间(133)；第十五步、第一监控工作站(127)发出电池更换完毕信号，整个电池更换系统完成原点复位。