CN105128686A - 自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AGV自动充电地面装置，以及使用该装置充电的方法。本装置包括：地面上的RFID标签阵列，RFID标签阵列将整个充电缓冲区分为充电等候区和充电区；可放倒和竖起的电源板，其上方的导电槽，覆盖电源板的安全盖，安装在导电槽上的压力传感器，在导电槽的正后方的电磁铁，直流电源充电装置，以及地面充电控制器和地面无线模块。充电电源板采用可放倒的结构；通过加装电磁铁，促使充电插头能够准确与电源板连接；压力传感器检测AGV插头是否可靠连接，保证了充电过程中的安全，防止漏电；设计了安全盖，与地面齐平，保护电源板用电安全和避免异物堵塞。

Description

自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置及充电方法

技术领域

本发明涉及集装箱码头载运工具的充电装置，具体涉及一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置以及使用所述自动充电地面装置对自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车进行充电的方法。

背景技术

新一代自动化集装箱码头实现集装箱全自动装卸运输，从而大大提高装卸集装箱的效率。其六大子系统中的智能化水平运输系统中，码头前沿的岸桥（QC，quaycrane）与堆场全自动轨道吊（ARMG，AutomatedRailMountedGantrycrane）之间的集装箱主要是由全电动无人自动导航运载车（AGV）完成。AGV工作一段时间后，需要进行自动充电。

充电作业控制过程是，AGV的车载蓄电池电压在低于某待定阀值时，启动自动充电程序并且存储当前任务节点，然后通过车载控制模块前往充电区域充电，由导航模块将AGV精确定位后，AGV开始进行电源对接，自动对接完成后开始充电，当蓄电池电量到达某待定阀值后，表明充电完成并退出充电作业，随后返回任务节点。

在充电装置可行方案中，主要有刚性直插式、滑触式以及非接触式三种充电方案。刚性直插式主要是直接将插头准确插入电源插座中进行充电；滑触式主要是通过伸缩机构，快速推动集电器电刷与装在车上的碳刷紧密接触，实现滑线得电；非接触式主要是电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现电能的传递。

现有技术中，AGV在工作时，随时可能发生电能不足的情况，其所剩电能不足以前往充电区域时，AGV可能出现自行停车现象，将会影响智能化码头其他AGV工作，同时，当多个AGV同时出现电能不足时，可能在充电区出现拥堵现象，降低了智能化码头的工作效率。除此之外，在现有技术中，电源部分直接裸露在室外，特别在港口作业的情况下，室外条件恶劣，影响充电电源的寿命。而对于滑触式，需要架设支架设施，对场地安全有着较大影响。而对于无接触式充电装置来说，除却准确定位外，其传输功率不足，不能为锂电池提供快速充电，影响AGV工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，将电源安置于地面以下，并可以在需要的时候竖起为需要的AGV进行充电。并加设检测装置以确保插头与电源之间的安全。

本发明的技术方案如下：

一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，包括：地面上的RFID标签阵列；安装在地面上的可放倒和竖起的电源板；电源板上方的导电槽，覆盖电源板的安全盖；安装在导电槽上的压力传感器，在导电槽的正后方的电磁铁；串联为充电装置提供直流电源的三相电压、整流器、DC/DC装置；与以上各个部件相连接并受其控制的地面充电控制器，以及地面充电控制器中收发无线信号的地面无线模块。

RFID阵列是由RFID标签等距离平铺在地面上的矩阵阵列。

安全盖右端（面向）由轮轴与地面相连，另一端可自由活动；弹簧将安全盖与地面相连。电源板平躺时的左上角通过电机与地面相连。

当AGV的充电插头成功插入导电槽时，会对导电槽产生压力，而导电槽上的压力传感器会获取信号，通过充电控制器使导电槽通电，以此加强了用电安全。电磁铁可以吸附充电插头，使连接更稳固。

为了确保电源板不工作时，不影响AGV的运动；同时，也为保证电源板用电安全以及避免被异物堵塞；电源板在不工作时将会放倒并置于地面以下。同时，为了节省空间以及用电安全，将三相电压、整流器、DC/DC装置、充电控制器放置在地下。地面充电控制器主要接收各种地面装置的信号，并控制相应的模块工作。地面充电控制器对地面充电区域装置的控制是由总线完成的；对车载装置的控制则是通过无线信号完成的。

以上为AGV整个自动充电地面装置各个部分的组成装置，各个装置的连接样式以及各个装置在整个充电装置中的作用。当AGV进入充电区，各个装置的运行顺序如下：

AGV进入充电区，RFID标签阵列配合车载装置确定AGV充电地面装置需要工作，地面无线模块获取信号，地面无线模块将信号交由地面充电控制器处理，并对地面装置发布指令，使电源板竖起，顶起安全盖，同时电源板上侧的电磁铁开始通电。AGV的车载装置读取地面上的RFID标签阵列信息，确定AGV的停车位置。当充电插头被电磁铁吸附，充电插头稳定插入电源板中，使充电插头与导电槽连接。压力传感器将信号交由地面充电控制器。地面充电控制器使导电槽接通岸电，AGV开始充电，当充电完成时，地面装置的无线模块获取充电完成信号，地面无线模块将信号交由地面充电控制器处理，并对地面装置发布指令，使电磁铁断电，导电槽断电，然后电源板放倒，安全盖在弹簧的拉力下使安全盖盖上；AGV离开充电区。

本发明同时提供了使用上述自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置对自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车进行充电的方法，具体步骤如下：

步骤一、在自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车（AGV）进入充电区时，地面装置的地面无线模块获取信号，AGV由车头和车尾部的RFID读写线圈读写地面上的RFID标签信息，确定AGV的停车位置，通过地面充电控制器使安装在地面下的电源板中的电机工作，带动电源板竖起，顶起安全盖；同时电源板上侧的电磁铁开始通电。

步骤二、自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车的充电插头被电磁铁吸附，充电插头稳定插入电源板中，使充电插头与导电槽连接。

步骤三、电源板上的压力传感器发出信号，地面充电控制器使电源板导电槽接通岸电，自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车开始充电作业。

步骤四、当电量充满，地面装置的地面无线模块获取信号，地面无线模块将信号交由地面充电控制器处理，并对地面装置发布指令，使电磁铁断电，导电槽断电，然后电源板放倒，安全盖在弹簧的拉力下使安全盖盖上。

本发明具有以下特点和优点：

（1）充电电源板采用可放倒的结构；

（2）通过加装电磁铁，促使充电插头能够准确与电源板连接；

（3）压力传感器检测挂钩式插头是否可靠连接，保证了充电过程中的安全，防止漏电；

（4）设计安全盖，与地面齐平，保护电源板用电安全和避免异物堵塞；

（5）加装电磁铁的电源板可提高电源与插头的成功连接率，提高AGV工作效率。

（6）压力传感器以及安全盖装置保证了充电过程安全，防止漏电。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置对AGV充电的示意图；

图2是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置电源板收入时的结构示意图；

图3是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置电源板伸出时的结构示意图；

图4是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置的地面充电控制器与其他部件的连接示意图；

图5是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置充电流程图；

图6是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置由RFID标签整列设定的充电等候区进入充电区；

图7是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置由RFID标签整列设定的在充电区的停止位置；

图8是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置设置在充电区的位置；

附图标记说明：101是RFID标签；102是电机；103是电磁铁；105是压力传感器；108是电源板；109是车载装置；110是导电槽；111是充电插头；112是蓄电池；201是安全盖；202是弹簧；204是轮轴；301是三相电流；302是整流器；303是DC/DC装置；304是地面充电控制器；305是总线；502是地面无线模块。

具体实施方法

图1所示是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置对AGV充电的示意图，图2和图3是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置电源板收入和伸出时的结构示意图，图4是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置的地面充电控制器与其他部件的连接示意图。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置包括：安装在地面上的可放倒和竖起的电源板108；电源板108上方的导电槽110；安装在导电槽110上的压力传感器105，在导电槽的正后方的电磁铁103；串联为充电装置提供直流电源的三相电压301、整流器302、DC/DC装置303；与以上各个部件相连接并受其控制的地面充电控制器304，以及地面充电控制器304中收发无线信号的地面无线模块502。

如图6所示，由地面装置RFID标签阵列将整个充电缓冲区分为充电等候区和充电区。AGV由车载装置109读取RFID标签信息，表明AGV进入充电区，地面装置开始工作。如图7所示，AGV在充电区的停止位置，停止位置也是由车载装置109读取RFID标签信息确定。如图8所示，地面装置在充电区的位置和AGV的充电插头在充电区的停止位置对应，并且地面装置为正、负一组配合车载装置形成充电回路。

本发明自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，由图1所示，在导电槽110上添加了压力传感器105，并在导电槽的正后方添加了电磁铁103。如图3所示，电源板108平躺于地下，上方覆有安全盖201，安全盖201右端面向由轮轴204与地面相连，另一端可自由活动；弹簧202将安全盖201与地面相连。电源板108平躺时的左上角通过电机102与地面相连。如图4所示，其中三相电压301、整流器302、DC/DC装置303串联为充电装置提供直流电源。地面充电控制器304与各个装置相连，用以控制各个装置执行对应动作，同时，通过地面无线模块502实现与车载装置的通信。

当充电插头111成功插入导电槽110时，会对导电槽110产生压力，而导电槽110上的压力传感器105会获取信号，通过充电控制器304使导电槽110通电，以此加强了用电安全。电磁铁103可以吸附充电插头111，使连接更稳固。

为了确保电源板108不工作时，不影响AGV的运动；同时，也为保证电源板108用电安全以及避免被异物堵塞；电源板108在不工作时将会放倒并置于地面以下。如图2所示，电源板108平躺于地下，上方覆有安全盖201，安全盖201右端面向由轮轴204与地面相连，另一端可自由活动；弹簧202将安全盖201与地面相连。电源板108平躺时的左上角通过电机102与地面相连。当电源板108需要工作竖起时，电机102带动电源板108竖起，同时电源板竖起时顶起安全盖201。如图3所示，安全盖201被顶起，弹簧202被拉伸，电源板108竖起。当充电完成后，电源板在电机102的带动下放倒时，由弹簧202装置拉回安全板。

同时，为了节省空间以及用电安全，将三相电压301、整流器302、DC/DC装置303、充电控制器304放置在地下，如图4所示，其中三相电压301、整流器302、DC/DC装置303串联为充电装置提供直流电源。地面充电控制器304主要接收各种地面装置的信号，并控制相应的模块工作。地面充电控制器304对地面充电区域装置的控制是由总线305完成的；对车载装置的控制则是通过无线信号完成的。

以上为AGV整个自动充电地面装置各个部分的组成装置，各个装置的连接样式以及各个装置在整个充电装置中的作用。当AGV进入充电区，各个装置的运行顺序如下：

AGV充电地面装置需要工作时，地面无线模块502获取信号，地面无线模块502将信号交由地面充电控制器304处理，并对地面装置发布指令，使电源板108竖起，顶起安全盖201，同时电源板108上侧的电磁铁103开始通电。AGV由车头和车尾部的RFID读写线圈读写地面上的RFID标签信息，确定AGV的停车位置。当充电插头111被电磁铁吸附，充电插头111稳定插入电源板108中，使充电插头111与导电槽110连接。压力传感器105将信号交由地面充电控制器304。地面充电控制304器使导电槽110接通岸电，AGV开始充电，当充电完成时，地面装置的无线模块502获取信号，地面无线模块502将信号交由地面充电控制器304处理，并对地面装置发布指令，使电磁铁103断电，导电槽110断电，然后电源板108放倒，安全盖201在弹簧202的拉力下使安全盖201盖上；AGV离开充电区。

本发明同时提供了使用上述自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置对自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车进行充电的方法，具体步骤如下：

步骤一、在自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车进入充电区时，地面装置的地面无线模块502获取信号，AGV由车头和车尾部的RFID读写线圈读写地面上的RFID标签信息，确定AGV的停车位置，通过地面充电控制器304使安装在地面下的电源板108中的电机102工作，带动电源板108竖起，顶起安全盖201；同时电源板108上侧的电磁铁103开始通电；

步骤二、自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车的充电插头111被电磁铁103吸附，充电插头111稳定插入电源板108中，使充电插头111与导电槽110连接；

步骤三、电源板上的压力传感器105发出信号，地面充电控制器304使电源板上方的导电槽110接通岸电，自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车开始充电作业；

步骤四、当电量充满，地面装置的地面无线模块502获取信号，地面无线模块502将信号交由地面充电控制器304处理，并对地面装置发布指令，使电磁铁103断电，导电槽110断电，然后电源板108放倒，安全盖201在弹簧202的拉力下使安全盖盖上。

具体的流程图如图5所示。

以上显示和描述了发明的基本原理、主要特征和优点。本专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，其特征在于包括：地面上的RFID标签阵列，RFID标签阵列将整个充电缓冲区分为充电等候区和充电区；安装在地面上的可放倒和竖起的电源板（108）；电源板（108）上方的导电槽（110），覆盖电源板的安全盖（201）；安装在导电槽（110）上的压力传感器（105），在导电槽的正后方的电磁铁（103）；串联为充电装置提供直流电源的三相电压（301）、整流器（302）、DC/DC装置（303）；与以上各个部件相连接并受其控制的地面充电控制器（304），以及地面充电控制器（304）中收发无线信号的地面无线模块（502）。

2.如权利要求1所述的自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，其特征在于，安全盖（201）右端由轮轴（204）与地面相连，另一端可自由活动；弹簧（202）将安全盖（201）与地面相连；电源板（108）平躺时的左上角通过电机（102）与地面相连。

3.如权利要求1或2所述的自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置，其特征在于，三相电压（301）、整流器（302）、DC/DC装置（303）、充电控制器（304）放置在地面之下。

4.一种使用如权利要求1-3任一权利要求所述的自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电地面装置进行充电的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车进入充电区时，地面装置的地面无线模块（502）获取信号，自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车由车头和车尾部的RFID读写线圈读写地面上的RFID标签信息，确定自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车的停车位置，通过地面充电控制器（304）使安装在地面下的电源板（108）中的电机（102）工作，带动电源板(108)竖起，顶起安全盖（201）；同时电源板（108）上侧的电磁铁（103）开始通电；

步骤二、自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车的充电插头（111）被电磁铁吸附，充电插头（111）稳定插入电源板（108）中，使充电插头（111）与导电槽（110）连接；

步骤三、电源板上的压力传感器（105）发出信号，地面充电控制器（304）使电源板导电槽（110）接通岸电，自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车开始充电作业；

步骤四、当电量充满，地面装置的地面无线模块（502）获取信号，地面无线模块（502）将信号交由地面充电控制器（304）处理，并对地面装置发布指令，使电磁铁（103）断电，导电槽（110）断电，然后电源板（108）放倒，安全盖（201）在弹簧（202）的拉力下使安全盖盖上。