CN102520722A - 非接触式供电自动导引车 - Google Patents

Abstract

一种非接触性供电技术的自动导引车，属于机电类，主要由自动导引车的的车体部分和行走小车部分、非接触式电源供电系统和安全防护装置所构成，其中，车体部分主要包括于承载物件的车身主体、显示小车运行状态的控制面板，设置于车体上部、用于完成装载物件或设置有专用支撑定位或限位的托举机构，用于小车电气控制系统的车内电气电控柜、以及用于在小车行进中的安全保障系统装置；具有为自动导引车提供驱动电源和控制电源的非接触供电系统，其包括有：车间电控柜、噪声滤波器、整流器、变频器、变压器、补偿元件和中频电缆，该系统通过非机械接触的方式进行电能传输。本发明的自动导引车无需电池，可以在低成本维护的情况下发挥设备的功能，适用于复杂的磁轨布局，无噪音和粉尘，对环境无污染。

Description

非接触式供电自动导引车

技术领域

本发明涉及机电类，特别涉及一种非接触式供电自动导引车，尤指具备小车及外部系统控制管理功能，自动沿着预先设定的路径行驶，自动完成一系列运输、存取任务的非接触式供电自动导引车。

背景技术

随着我国汽车工业和物流业的快速发展，大型物流仓储基地的规模不断壮大，其自动化和智能化程度越来越高，采用自动导引小车进行物流传输已成为当今自动化仓储系统中物流传输的主要方向。传统的自动导引车是以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。由于采用电池供电，传统的自动导引车的功率和行驶距离受到极大的限制，致使自动导引车不能广泛应用于各种工业现场；传统的自动导引车动力电源一般配用的是“高倍率开口镉镍电池”，以适应其快速充电和较大电流放电的要求。但受“镉镍电池”记忆效应的影响，使用、维护比较麻烦，成本较高。同时由于“镉镍电池”中镉的污染，不适应环保的要求。

在我国目前的汽车生产分装线上，还没有采用本发明的非接触性供电技术的自动导引车，而一般是采用人力推动前端小车行驶到各个分装工位，完成该工位的安装任务后，再由人工推至下一个工位，完成全部分装工作后，由工人推到前端安装工位进行前端的合装工作，整个过程中都需要有操作人员推动小车的工作，这样一方面加大了员工的任务量，另一方面也使装配任务中受员工人为因素的影响较多，当节拍时间达到一定的限额时，过多的员工操作因素将会对节拍产生较大影响。所以，更换原有人力推动的转运小车为自动导引车，不仅减轻目前员工的工作量，同时满足生产节拍的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式供电自动导引车，并将非接触式电源供电系统应用于自动导引车物流运输系统，以改善目前自动导引车供电系统采用电池供电、维护比较麻烦，成本较高以及不适应环保要求等缺陷，同时提供自动导引车的安全防护装置，解决自动导引车的准确和安全运行的问题。 

本发明的非接触式供电自动导引车，是一种以非接触式电源供电系统提供的电能为动力，并提供非接触导引信号的无人驾驶自动化搬运车辆。它具备小车及外部系统控制管理功能，能在中央控制器CPU监控下，按指令无人驾驶，自动沿着规定的路径行驶，安全到达指定地点，自动完成一系列运输、存取任务。

本发明主要包括具有承载及行走功能而完成物流输送的机械部分、为自动导引车提供电力的非接触式电源供电系统、保证自动导引车按预定路线及运行要求的安全防护装置，以及完成自动导引车运行的电气控制系统装置、完成自动导引车的自动导向、纠偏的电磁导引装置和实现自动导引车与地面控制系统通讯的的无线通讯装置。   

自动导引车的机械部分由上部用于承载物件的车体部分和下部的前后各一行走小车部分组成，并采用可拆卸的方式将车体部分与行走小车部分固定连接成整体结构，其中：

车体部分主要包括用于保障安全运行的防护装置，用于承载输送物件的车身主体，显示小车运行状态的控制面板，设置于车体上部、用于完成装载物件或设置有专用支撑定位或限位的托举机构驱动部举升和释放机，用于电能储存的备用蓄电池及备用电池箱，用于为小车提供电能的车内电气控制柜。

行走小车部分的小车底盘框架上安装有导引传感器、电源拾取器（取电器）、伺服电机（包括前驱动伺服电机A、后驱动伺服电机B）、驱动轮（包括左驱动轮A和右驱动轮B），构成每组两个行走驱动轮间呈平行状态装于小车底盘框架的下部，具有用于调整驱动轮运行轨迹和精度的同步带调整装置、同步带和同步带轮，并由同步带调整装置、同步带和同步带轮共同的作用，对行走小车的运行状况进行调整，满足对小车的作业要求。

在小车底盘框架的底部装设有用于保证小车行进中的安全保障系统装置，包括有障碍物探测传感器A、清扫毛刷、非接触继电器、障碍物探测传感器B、边缘安全传感器A、边缘安全传感器B，亦即通过安装在行走小车底盘框架的两侧部的上述系统装置，对遇到的意外障碍物进行探测，并能将探测的结果传送给安装于小车上的电气控制系统装置，控制其小车的正常行进。

非接触式电源供电系统，是一种通过非机械接触的方式进行电能和信号传输的系统构成，这种电源供电系统可以在自动导引车不带电池的情况下，为其提供驱动动力电源和控制电源。因此非接触式电源供电系统不仅能给自动导引车提供足够的动力源，还能提供自动导引信号，不带电池的情况下为小车提供驱动电源和控制电源。

非接触式电源供电系统包括有：车间电控柜、噪声滤波器、整流器、变频器、变压器、补偿元件、中频电缆，其工作原理相似于传统变压器电力传输原理，也是利用磁场耦合进行电能-磁场能-电能的转换和电能的传输。该系统通过非机械接触的方式进行电能传送，首先是由专门的车间电控柜为非接触电源供电系统的变压器的初级线圈提供单相高次谐波电流，变压器的初级线圈流过的高次谐波电流将产生的行波磁场，通过磁轨的导磁作用，行波磁场对非接触电源供电系统的变压器的次级线圈进行切割，于是在次级线圈中就感应电动势（电压），感应电压再经过自动导引车中的整流和调压电路的整流调压后，感应电压再经过自动导引车中电气控制柜的整流和调压电路的整流调压后，变为直流电源，为自动导引车提供几百伏的直流驱动电压和几十伏的直流控制电压，从而有效地保证了自动导引车正常工作所需的电源，并保证非接触电源供电系统实现低损耗电能传输，与传统的电力变压器结构相比，非接触式电源供电系统的变压器采用一个开放式的铁芯，变压器初级线圈为单圈，并延伸为一个很长的回路，变压器次级线圈则缠绕在一个开放的磁铁上，并围绕着变压器初级线圈；变压器初级线圈和次级线圈之间可以相互移动，构成一种开放式电磁耦合系统。变压器初级线圈为电源输入端，由电网的380VAC输入端电源提供车间电控柜电能，变压器次级线圈为电源输出端。非接触式电源供电系统的供电方法：

a、车间电控柜将来自电网的3相50Hz的380V交流电通过噪声滤波器进行滤波，防止噪声对整流器造成伤害；

b、经过整流器整流后输出直流电压，然后经过变频器将直流电压转换成380V的25kHz的交流电压，作为变压器的输入电源；

c、由于变压器是一个电感元件，在高频下工作将会造成无功率的增大，导致传输能力降低，所以必须经过补偿元件的补偿来提高传输效率；

d、中频电缆连接在变压器的初级线圈上，形成一个开放式的电磁耦合系统；

e、小车上的电源拾取器（取电器）作为变压器的次级线圈，将来自中频电缆的电能吸取过来，然后经过车内电气控制箱整流和稳压器的作用，以致通过中频电缆传输给自动导引车的直流无刷驱动器及伺服电机，以及各电器元件提供电源。

安装在车体中的电气控制系统装置与自动导引车地面控制系统通过有线连接或无线联网，在收到地面生产控制系统发出的工作地目标点及操作任务控制命令后，安装于自动导引车的中央控制器能够按设定路径发送控制指令信号到直流无刷驱动器，驱动器控制伺服电机完成相应的动作：停止、加速、减速等。

用于非接触式供电的自动导引车的电磁导引装置，该装置装有多个用于导向的电磁感应器，是在自动导引车的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现自动导引车的行进，其安装在车体前、后方和中部；

用于非接触供电导引车的无线通讯装置，在自动导引车地面控制系统与各自动导引车之间采用无线局域网的通讯方式；

用于非接触供电自动导引车的安全保障装置，保证自动导引车行走的安全。

非接触式供电技术的自动导引车的优点： 

一、基本免维护维护，可以在低成本维护的情况下发挥设备的功能；

二、适用于复杂的磁轨布局； 

三、行走速度不受非接触式电源供电系统的限制；

四、无噪音和粉尘，对环境无污染；

五、具备无线以太网接口，可与生产管理系统进行通讯，并按生产管理系统的指令进行自动导引工作作业。

附图说明

图1 为本发明车体上部结构示意图。

图2 为本发明车体上部与下部其中一个小车拆分结构示意图。

图3 为本发明小车驱动结构示意图。

图4为本发明小车底部结构的仰视示意图。

图5为本发明的非接触式电源供电系统供结构示意图。

图6为本发明的非接触式电源供电系统供电原理框图。

附图中序号的含义：

1.车体部分、11.防护装置、12.车身主体 、13.控制面板、 14. 驱动部举升和释放机、15.备用蓄电池、 16.备用电池箱、 17.车内电气控制柜；2.行走小车部分、21.导引传感器、22.电源拾取器（取电器）、23.小车底盘框架、24.伺服电机、24A.前驱动伺服电机、24B.后驱动伺服电机、25.驱动轮、25A.左驱动轮、25B.右驱动轮、26.同步带调整装置、27.同步带、28.同步带轮；31.障碍物探测传感器A、32清扫毛刷、33.障碍物探测传感器B、34.边缘安全传感器A、35.边缘安全传感器B；G1.车间电控柜、G2.噪声滤波器、G3.整流器、G4.变频器、G5.变压器、G6.补偿元件、G7.中频电缆。

具体实施方式

本发明包括具有承载及行走功能而完成物流输送的机械部分，其由上部用于承载物件的车体部分1和下部的前后各一行走小车部分2组成；为自动导引车提供电力的CPS（Contactless Power System）非接触式电源供电系统，包括为自动导引车提供电源进行供电的车间电控柜G1、安装在行走小车部分2的电源拾取器PICKUP（取电器）22上，以及由车内的车内电气控制柜17构成的电源供电系统；保证自动导引车按预定路线及运行要求的安全防护装置；以及完成自动导引车运行、将CPS非接触式电源供电系统提供的电力进行整流、调压处理，将电网电源用于自动导引车行走及其电气控制的电气控制系统装置，包括车内电气控制柜17及其电气控制系统装置；完成自动导引车的自动导向、纠偏的电磁导引装置和实现自动导引车与地面控制系统通讯的的无线通讯装置。   

如附图1至附图3所示，为本发明自动导引车的机械部分，其中：自动导引车的机械部分由上部用于承载物件的车体部分1和下部的前后各一行走小车部分2组成，并采用可拆卸的方式固定成整体结构；车体部分1主要包括用于保障安全运行的防护装置11，用于承载输送物件的车身主体12，显示小车运行状态的控制面板13，设置于车体上部、用于完成装载物件或设置有专用支撑定位或限位的托举机构驱动部举升和释放机14，用于电能储存的备用蓄电池15及备用电池箱16，用于为小车提供电能的车内电气控制柜17。

其中，行走小车部分2的小车底盘框架23上安装有导引传感器21、电源拾取器（取电器）22、伺服电机24，包括直流无刷前驱动伺服电机24A、直流无刷后驱动伺服电机24B、驱动轮25，包括左驱动轮25A和右驱动轮25B，构成每组两个行走驱动轮间呈平行状态装于小车底盘框架23的下部，具有用于调整驱动轮25运行轨迹和精度的同步带调整装置26、同步带27和同步带轮28对行走小车的运行状况进行调整，满足对小车的作业要求。

如附图4所示，在小车底盘框架23的底部装设有用于保证小车行进中的安全保障系统装置，包括有障碍物探测传感器A 31、清扫毛刷32、非接触继电器、障碍物探测传感器B 33、边缘安全传感器A 34、边缘安全传感器B 35，亦即通过安装在行走小车底盘框架23的两侧部的上述系统装置，对遇到的意外障碍物进行探测，并能将探测的结构传送给车内电气控制柜17及其电气控制系统装置，控制其小车的正常行进。

如附图5和附图6所示，非接触式电源供电系统包括有：车间电控柜G1、噪声滤波器G2、整流器G3、变频器G4、变压器G5、补偿元件G6、中频电缆G7，车间电控柜G1将电网电源（380VAC 50Hz）通过中频电缆G7传输给自动导引车车身主体12上的导引传感器21和电源拾取器（取电器）22，为自动导引车的电气控制系统提供动力源何控制电源，非接触式电源供电系统的供电方法：

a、车间电控柜G1将来自电网的3相50Hz的380V交流电通过噪声滤波器G2进行滤波，防止噪声对整流器造成伤害；

b、经过整流器G3整流后输出直流电压，然后经过变频器G4将直流电压转换成380V的25kHz的交流电压，作为变压器G5的输入电源；

c、由于变压器G5是一个电感元件，在高频下工作将会造成无功率的增大，导致传输能力降低，所以必须经过补偿元件G6的补偿来提高传输效率；

d、中频电缆G7连接在变压器G5的初级线圈上，形成一个开放式的电磁耦合系统；

e、小车上的电源拾取器（取电器）22作为变压器G5的次级线圈，将来自中频电缆G7（中间设有气隙）的电能吸取过来，然后经过车内电气控制柜17整流和稳压器的作用，以致通过中频电缆G7传输给自动导引车的直流无刷驱动器及伺服电机24，以及各电器元件提供电源。

Claims (5)

1.一种非接触式供电自动导引车，其特征在于：主要包括具有承载及行走功能而完成物流输送的机械部分，为自动导引车提供电力的非接触式电源供电系统，保证自动导引车按预定路线及运行要求的安全防护装置，以及完成自动导引车运行的电气控制系统装置，完成自动导引车的自动导向、纠偏的电磁导引装置和实现自动导引车与地面控制系统通讯的的无线通讯装置；

自动导引车的机械部分包括上部用于承载物件的车体部分（1）和下部的前后各一行走小车部分（2），并采用可拆卸的方式将车体部分（1）与行走小车部分（2）固定连接成整体结构，其中：

车体部分（1）主要包括用于保障安全运行的防护装置（11），用于承载输送物件的车身主体（12），显示小车运行状态的控制面板（13），设置于车体上部、用于完成装载物件或设置有专用支撑定位或限位的托举机构驱动部举升和释放机（14），用于电能储存的备用蓄电池（15）及备用电池箱（16），用于为小车提供电能的车内电气控制柜（17）；

行走小车部分（2）的小车底盘框架（23）上安装有导引传感器（21）、电源拾取器（22）、伺服电机（24）、驱动轮（25），构成每组两个行走驱动轮（25）间呈平行状态装于小车底盘框架（23）的下部，具有用于调整驱动轮（25）运行轨迹和精度、满足对小车的作业要求的同步带调整装置(26)、同步带(27)和同步带轮(28)。

2.依据权利要求1所述的非接触式供电自动导引车，其特征在于：在小车底盘框架（23）的底部装设有用于保证小车行进中的安全保障系统装置，包括有障碍物探测传感器A（31）、清扫毛刷(32)、非接触继电器、障碍物探测传感器B（33）、边缘安全传感器A（34）、边缘安全传感器B（35），通过安装在行走小车底盘框架（23）的两侧部的上述系统装置，对遇到的意外障碍物进行探测，并能将探测的结果传送给安装于小车上的电气控制系统装置，控制其小车的正常行进。

3.依据权利要求1所述的非接触式供电自动导引车，其特征在于：行走小车部分（2）的驱动轮（25）包括左驱动轮（25A）和右驱动轮（25B）。

4.依据权利要求1所述的非接触式供电自动导引车，其特征在于：行走小车部分（2）的驱动伺服电机（24），包括前驱动伺服电机（24A）、后驱动伺服电机（24B）。

5.依据权利要求1所述的非接触式供电自动导引车，其特征在于：具有在自动导引车在不带电池的情况下其提供驱动电源和控制电源的非接触式电源供电系统，其包括有：车间电控柜（G1）、噪声滤波器(G2)、整流器(G3)、变频器(G4)、变压器(G5)、补偿元件(G6)和中频电缆(G7)，该系统通过非机械接触的方式进行电能传送，首先是由专门的车间电控柜（G1）为非接触式电源供电系统的变压器(G5)的初级线圈提供单相高次谐波电流，变压器(G5)的初级线圈流过的高次谐波电流将产生的行波磁场，通过磁轨的导磁作用，行波磁场对非接触式电源供电系统的变压器(G5)的次级线圈进行切割，于是在次级线圈中就感应电动势，感应电压再经过自动导引车中的整流和调压电路的整流调压后，变为直流电源，为自动导引车提供几百伏的直流驱动电压和几十伏的直流控制电压，从而有效地保证了自动导引车正常工作所需的电源，并保证非接触式电源供电系统实现低损耗电能传输，非接触式电源供电系统的供电方法：

a、车间电控柜（G1）将来自电网的三相50Hz的380V交流电通过噪声滤波器G2进行滤波，防止噪声对整流器造成伤害；

b、经过整流器（G3）整流后输出直流电压，然后经过变频器(G4)将直流电压转换成380V的25kHz的交流电压，作为变压器(G5)的输入电源；

c、由于变压器(G5)是一个电感元件，在高频下工作将会造成无功率的增大，导致传输能力降低，所以必须经过补偿元件(G6)的补偿来提高传输效率；

d、中频电缆(G7)连接在变压器(G5)的初级线圈上，形成一个开放式的电磁耦合系统；

e、小车上的电源拾取器（22）作为变压器(G5)的次级线圈，将来自中频电缆(G7)电能吸取过来，然后经过车内电气控制柜（17）整流和稳压器的作用，以致通过中频电缆(G7)传输给自动导引车的驱动器及伺服电机（24），以及各电器元件提供电源。

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