CN105005286B - 一种agv的电池更换控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AGV的电池更换控制系统,包括AGV、电池更换站以及地面控制系统，AGV的尾部设有电池槽，AGV内部设有用于将电池从电池槽推出的第一推送机构，AGV内部还设有备用电池，电池更换站包括导引装置和电池更换装置，电池更换装置包括控制器、底架、设置于底架上的电池槽托架以及用于驱动电池托架在底架上并沿水平方向往复运动的驱动机构，驱动机构受控于控制器，电池槽托架上等间隔设置有若干与AGV的电池槽对应的电池接收槽，电池接收槽内设置有充电装置，电池托架上设置有用于将电池从电池接收槽内推出的第二推送机构。本发明具有能够提高AGV的利用率，以及避免充电事故的优点。

Description

一种AGV的电池更换控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种AGV控制系统，更具体地说，它涉及一种AGV的电池更换控制系统及其控制方法。

背景技术

无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，指装备有电磁或光学等导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

目前的AGV都是采用自动充电的方式续航，当电量不足时，会向地面控制系统发出充电请求，在得到允许后，前往充电站自动充电，在充电期间，AGV地面控制系统不会向此AGV分配任何任务。然而，采用自动充电的方式具有以下缺陷：(1)充电期间，AGV无法投入使用，降低了AGV的使用率；(2)为了加快充电速度，一般都采用快速充电方式，这样的充电方式对电池以及充电器的要求极高，一旦电池或者充电器质量不过关，容易出现充电故障，引发安全隐患，另外，采用快充的方式，对电池的损耗也较大，降低了电池的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以自动并快速为AGV更换电池的方案，从而能够提高AGV的利用率，以及避免充电事故，具体方案如下：

为了实现上述目的，本发明提供一种AGV的电池更换控制系统,包括AGV、电池更换站以及地面控制系统，所述AGV的尾部设有电池槽，所述AGV内部设有用于将电池从电池槽推出的第一推送机构，所述AGV内部还设有备用电池，所述电池更换站包括导引装置和电池更换装置，所述导引装置在AGV电量不足时，导引AGV进入电池更换站，所述电池更换装置包括控制器、底架、设置于底架上的电池槽托架以及用于驱动电池托架在底架上并沿水平方向往复运动的驱动机构，所述驱动机构受控于所述控制器，所述控制器与地面控制系统通信连接，所述电池槽托架上等间隔设置有若干与AGV的电池槽对应的电池接收槽，所述电池接收槽内设置有充电装置，所述充电装置与控制器通信连接，所述电池托架上设置有用于将电池从电池接收槽内推出的第二推送机构。

进一步的，所述第一推动机构包括第一气缸和固定于第一气缸的活塞杆上的第一推板，所述第一推板可在第一气缸的驱动下在电池槽内部并沿电池槽的深度方向往复运动，所述第一气缸受控于AGV内部的车载控制系统。

进一步的，所述第二推动机构包括第二气缸和固定于第二气缸的活塞杆上的第二推板，所述第二推板可在第二气缸的驱动下在电池接收槽内部并沿电池接收槽的深度方向往复运动，所述第二气缸受控于所述控制器。

进一步的，所述导引装置包括电磁轨道和更换位地标，所述更换位地标设置于电磁轨道的末尾，所述AGV上设有用于检测更换位地标的第一传感器，所述第一传感器与AGV的车载控制系统通信连接。

进一步的，所述底架上设有与所述更换位地标对应的接收位标识，所述电池接收槽上设有用于检测所述接收位标识的第二传感器，所述第二传感器与控制器通信连接。

进一步的，充电装置包括充电底座和充电控制模块，所述充电控制模块与控制器通信连接。

为了实现上述目的，本发明还提供一种AGV的电池更换控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：当AGV电量低时，向地面控制系统发送请求信号，地面控制系统控制导引装置，将AGV引导至电池更换站内的更换位置，使得AGV的电池槽与未装有电池的电池接收槽对接；

S2：AGV内的车载控制系统切换至备用电池供电模式，并控制第一推送机构将电池槽内的低电量的电池推出至该电池接收槽内，该低电量的电池完全进入该电池接收槽内后，该电池接收槽内的充电装置对该低电量的电池充电，并向控制器发送BUSY信号，当电池充满电后，充电装置向控制器发送STANDBY信号；

S3：控制器在接收到BUSY信号后，控制驱动机构驱动电池槽托架在底架上移动合适的距离，使得装有满电量的电池的电池接收槽与AGV的电池槽对接；

S4：控制器控制第二推送机构将满电量的电池推入AGV的电池槽内。

进一步的，所述步骤S1中，当已经有AGV处于更换位置时，导引装置引导当前发送请求信号的AGV至处于更换位置的AGV的后方，等待更换。

进一步的，所述步骤3中，控制器在接收到BUSY信号后，确定与当前发送BUSY信号的充电装置所在的电池接收槽距离最近的且装有充满电的电池的电池接收槽，并根据两者的距离以控制驱动机构驱动电池槽托架移动，使该装有充满电的电池的电池接收槽与AGV的电池槽对接。

进一步的，所述步骤S2中，若当前不存在充满电的电池，则第一推送机构不动作。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明摒弃了AGV通过自动充电来续航的方式，改为通过自动更换电池的快速续航方式，从而削减了AGV的充电时间，以提高AGV的利用率。另外，由于采用的是更换电池的方法，那么就能够避免因快速充电而导致的充电事故。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中AGV的示意图；

图3为本发明中AGV的简易剖视图；

图4为本发明中AGV内主电池和备用电池的切换原理图；

图5至图6为本发明中电池更换装置的结构示意图；

图7为本发明中电池接收槽的结构示意图。

附图标记：1、AGV，11、电池槽，12、第一气缸，13、第一推板，2、电池更换站，21、底架，22、电池槽托架，23、电池接收槽，24、伺服电机，25、丝杆，26、丝杆支撑座，27、第二气缸，28、第二推板，29、滑轨，30、接近开关，31、金属块，4、电磁轨道，5、充电底座，51、弹性金属触头。

具体实施方式

参照图1至图7对本发明的实施例做进一步说明。

参照图，一种AGV1的电池更换控制系统,包括AGV1、电池更换站2以及地面控制系统，当AGV1低电量时，地面控制系统控制AGV1进入电池更换站2进行电池更换。

值得说明的是，地面控制系统的主要功能是对AGV1系统中的多台AGV1单机进行任务分配，车辆管理，交通管理，通讯管理等。由于地面控制系统是现有的技术，因此，本实施例不再赘述其具体的控制原理。

参照图2和图3，为了方便电池的装取，在AGV1的尾部设有电池槽11，以及在AGV1内部相应地设有用于将电池从电池槽11推出的第一推送机构，在本实施例中，该第一推动机构包括第一气缸12和固定于第一气缸12的活塞杆上的第一推板13，第一推板13可在第一气缸12的驱动下在电池槽11内部并沿电池槽11的深度方向往复运动，另外，该第一气缸12受控于AGV1内部的车载控制系统。

另外，为了不让AGV1在更换电池时断电，在AGV1内部还设有备用电池，相应地，在AGV1的车载控制系统中集成了电源管理模块，该电源管理模块包括充电电路和电源切换电路，AGV1的电池槽11内的电池作为主电池，能够通过充电电路向备用电池充电；另外，当主电池和备用电池同时存在时，电源切换电路将供电方式切换为主电池供电，而当AGV1在更换电池的过程中，电源切换电路将供电方式切换为备用电池供电。具体切换原理可参考图4，像这种主电池和备用电池之间切换供电的控制技术，为本领域技术人员熟知的技术，因此，本实施例不再赘述电源管理模块的具体电路结构和工作原理。

本实施例中，电池更换站2包括导引装置和电池更换装置。其中，导引装置用于在AGV1电量不足时，在地面控制系统的监控下，导引AGV1进入电池更换站2内的更换位置，而电池更换装置则用于自动为AGV1更换电池以及对更换下来的低电量电池进行充电。

具体地，上述的导引装置包括电磁轨道4和更换位地标，更换位地标即目前较为成熟的“地标磁钉”，将更换位地标设置于电磁轨道4的末尾，相应地，在AGV1上设有用于检测更换位地标的第一传感器（即磁导航传感器），该第一传感器与AGV1的车载控制系统通信连接。由于AGV1通过电磁轨道4导航已为本领域技术人员所熟知的技术，因此，本实施例不再赘述其具体实施方式和原理。

参照图5和图6，上述的电池更换装置包括控制器、底架21和设置于底架21上的电池槽托架22，本实施例中，在底架21上铺设两根滑轨29，同时在电池槽托架22底部安装有与滑轨29滑移配合的滑座。另外，驱动机构受控于控制器，以驱动电池托架在底架21上并沿水平方向往复运动，而该控制器则与地面控制系统通信连接，从而受到地面控制系统的监控。

参照图5和图6，在本实施例中，该驱动机构包括伺服电机24、丝杆25、丝杆支撑座26和安装于电池槽托架22底部的并与丝杆25配合的螺母，其中，伺服电机24和丝杆支撑座26分别安装于底架21的两端，而丝杆25的一端与伺服电机24的转轴固定连接，另一端穿过螺母后活动连接于丝杆支撑座26。因此，控制器通过控制伺服电机24正、反转，就能够驱动电池槽托架22在底架21上滑动。

另外，在电池槽托架22上等间隔设置有若干与AGV1的电池槽11对应的电池接收槽23，参照图5和图6，电池接收槽23为前后贯穿设置，这里的对应，是指在离地高度、外形和尺寸都相同，另外，电池接收槽23的数量在此设置为但不仅限为6个，其中，仅有5个预先放置有充满电的电池，也就是说需要留出一个空位供AGV1换下来的低电量的电池占用。

另外，为了方便对更换下来的低电量的电池进行充电，特别地，在每一个电池接收槽23内均设置有充电装置，该充电装置包括充电底座5和充电控制模块，从图7中可以看到，该充电底座5设置于电池接收槽23靠近地面的侧壁上，而充电底座5的上表面设置有弹性金属触头51，电池在被推入电池接收槽23内时，与充电底座5紧贴，而且在被完全推入后，电池上的电源输出口与充电底座5上的金属触头接触，以开始充电。另外，充电控制模块还与控制器通信连接，以将电池的充电情况告知于控制器，例如，在低电量的电池进入电池接收槽23后，向控制器发送BUSY信号，以及在电池充满电后，向控制器发送STANDBY信号。

参照图5-图6，电池托架上设置有用于将电池从电池接收槽23内推出的第二推送机构，具体地，该第二推动机构包括第二气缸27和固定于第二气缸12的活塞杆上的第二推板28，第二推板28可在第二气缸27的驱动下在电池接收槽23内部并沿电池接收槽23的深度方向往复运动，第二气缸27受控于控制器，从图中可知，第二推板28的外形和尺寸与电池接收槽23的槽口相同，并且第二推板28在默认状态下，并不伸入电池接收槽23内，同时，第二推板28亦可作为电池接收槽23的槽底使用，以在低电量的电池进入到电池接收槽23后，被第二推板28挡住，然后控制器控制伺服电机24转动，使得电池槽托架22移动，使得装有充满电的电池的电池接收槽23与AGV1的电池槽11对应。具体的实现方式为，在底架21上的相应位置上设有与更换位地标对应的接收位标识，以及在电池接收槽23上设有用于检测接收位标识的第二传感器，第二传感器与控制器通信连接，这里，该接收位标识为一金属块31，而第二传感器为接近开关30，因此，当装有充满电的电池的电池接收槽23上的接近开关30检测到金属块31时，即表示与AGV1的电池槽11对应。然后控制器控制第二气缸27并通过第二推板28将充满电的电池推入到AGV1的电池槽11内，本实施例中，AGV1的电池槽11内亦设置有与充电底座5上相同的弹性金属触头51，作为AGV1的电源接头，而当电池完全进入到电池槽11内后，电池上的电源输出口与电池槽11的弹性金属锄头接触。

另外，为了解决多个AGV1同时需要更换电池的问题，在电磁轨道4的上还设有若干等间隔排列的等候位地标，该等候位地标也等同于“地标磁钉”，只是需要对每个等候位地标进行不同的编码设置，通过地面控制系统中的导航定位功能，确定每一个等候位地标的具体位置，那么AGV1便可通过检测等候位地标以排队等候。因此，当已经有AGV1处于停在更换位时，地面控制中心则通过导引装置将新请求的AGV1引导至更换电池中的AGV1后面排队。

一种AGV1的电池更换控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：当AGV1电量低时，向地面控制系统发送请求信号，地面控制系统控制导引装置，将AGV1引导至电池更换站2内的更换位置，使得AGV1的电池槽11与未装有电池的电池接收槽23对接；

S2：AGV1内的车载控制系统切换至备用电池供电模式，并控制第一推送机构将电池槽11内的低电量的电池推出至该电池接收槽23内，该低电量的电池完全进入该电池接收槽23内后，该电池接收槽23内的充电装置对该低电量的电池充电，并向控制器发送BUSY信号，当电池充满电后，充电装置向控制器发送STANDBY信号；

S3：控制器在接收到BUSY信号后，控制驱动机构驱动电池槽托架22在底架21上移动合适的距离，使得装有满电量的电池的电池接收槽23与AGV1的电池槽11对接；

S4：控制器控制第二推送机构将满电量的电池推入AGV1的电池槽11内。

进一步的，步骤S1中，当已经有AGV1处于更换位置时，导引装置引导当前发送请求信号的AGV1至处于更换位置的AGV1的后方，等待更换,此方法主要是解决多个AGV1同时需要更换电池的问题，具体的实施方式，可参照上述提到的设置等候位地标的方式，具体原理不再赘述。

进一步的，步骤3中，控制器在接收到BUSY信号后，确定与当前发送BUSY信号的充电装置所在的电池接收槽23距离最近的且装有充满电的电池的电池接收槽23，并根据两者的距离以控制驱动机构驱动电池槽托架22移动，使该装有充满电的电池的电池接收槽23与AGV1的电池槽11对接。具体地，确认最近的电池接收槽23的实施方式为，在底架21上的相应位置上设有与更换位地标对应的接收位标识，以及每一个电池接收槽23上设有用于检测接收位标识的第二传感器，并对所有的第二传感器进行编号，且与控制器通信连接。以上述实施例中的6个电池接收槽23为例，每个电池接收槽23上的第二传感器从左到右依次编号为1至6号第二传感器，因此，当2号第二传感器检测到接收位标识时，即表示带有2号第二传感器的电池接收槽23正与AGV1的电池槽11对应，那么在该电池接收槽23内的充电装置向控制器发送BUSY信号后，控制器此时检测当前处于STANDBY状态的电池接收槽23，例如此时装有1号和4号第二传感器的电池接收槽23内的电池已充满电，那么优先将装有1号第二传感器的电池接收槽23移动至接收位标识处。因此，通过以上方法，能够加快更换电池的速度，从而减少AGV1更换电池的时间。

进一步的，步骤S2中，若当前不存在充满电的电池，则第一推送机构不动作，这一功能建立于上述检测STANDBY信号的基础上，原理相同，因此，并实施例不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种AGV的电池更换控制系统,包括AGV、电池更换站以及地面控制系统，其特征是，所述AGV的尾部设有电池槽，所述AGV内部设有用于将电池从电池槽推出的第一推送机构，所述AGV内部还设有备用电池，所述电池更换站包括导引装置和电池更换装置，所述导引装置在AGV电量不足时，导引AGV进入电池更换站，所述电池更换装置包括控制器、底架、设置于底架上的电池槽托架以及用于驱动电池托架在底架上并沿水平方向往复运动的驱动机构，所述驱动机构受控于所述控制器，所述控制器与地面控制系统通信连接，所述电池槽托架上等间隔设置有若干与AGV的电池槽对应的电池接收槽，所述电池接收槽内设置有充电装置，所述充电装置与控制器通信连接，所述电池托架上设置有用于将电池从电池接收槽内推出的第二推送机构。

2.根据权利要求1所述AGV的电池更换控制系统，其特征是，所述第一推动机构包括第一气缸和固定于第一气缸的活塞杆上的第一推板，所述第一推板可在第一气缸的驱动下在电池槽内部并沿电池槽的深度方向往复运动，所述第一气缸受控于AGV内部的车载控制系统。

3.根据权利要求2所述AGV的电池更换控制系统，其特征是，所述第二推动机构包括第二气缸和固定于第二气缸的活塞杆上的第二推板，所述第二推板可在第二气缸的驱动下在电池接收槽内部并沿电池接收槽的深度方向往复运动，所述第二气缸受控于所述控制器。

4.根据权利要求1所述AGV的电池更换控制系统，其特征是，所述导引装置包括电磁轨道和更换位地标，所述更换位地标设置于电磁轨道的末尾，所述AGV上设有用于检测更换位地标的第一传感器，所述第一传感器与AGV的车载控制系统通信连接。

5.根据权利要求4所述AGV的电池更换控制系统，其特征是，所述底架上设有与所述更换位地标对应的接收位标识，所述电池接收槽上设有用于检测所述接收位标识的第二传感器，所述第二传感器与控制器通信连接。

6.根据权利要求1所述AGV的电池更换控制系统，其特征是，充电装置包括充电底座和充电控制模块，所述充电控制模块与控制器通信连接。

7.根据权利要求1所述的一种AGV的电池更换控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：当AGV电量低时，向地面控制系统发送请求信号，地面控制系统控制导引装置，将AGV引导至电池更换站内的更换位置，使得AGV的电池槽与未装有电池的电池接收槽对接；

S2：AGV内的车载控制系统切换至备用电池供电模式，并控制第一推送机构将电池槽内的低电量的电池推出至该电池接收槽内，该低电量的电池完全进入该电池接收槽内后，该电池接收槽内的充电装置对该低电量的电池充电，并向控制器发送BUSY信号，当电池充满电后，充电装置向控制器发送STANDBY信号；

S3：控制器在接收到BUSY信号后，控制驱动机构驱动电池槽托架在底架上移动合适的距离，使得装有满电量的电池的电池接收槽与AGV的电池槽对接；

S4：控制器控制第二推送机构将满电量的电池推入AGV的电池槽内。

8.如权利要求7所述的AGV的电池更换控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤S1中，当已经有AGV处于更换位置时，导引装置引导当前发送请求信号的AGV至处于更换位置的AGV的后方，等待更换。

9.如权利要求7所述的AGV的电池更换控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤3中，控制器在接收到BUSY信号后，确定与当前发送BUSY信号的充电装置所在的电池接收槽距离最近的且装有充满电的电池的电池接收槽，并根据两者的距离以控制驱动机构驱动电池槽托架移动，使该装有充满电的电池的电池接收槽与AGV的电池槽对接。

10.如权利要求9所述的AGV的电池更换控制系统的控制方法，其特征是，所述步骤S2中，若当前不存在充满电的电池，则第一推送机构不动作。