CN112004711B - 为机器人装载处理设备充电的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于机器人装载处理设备的充电单元，该充电单元减少了充电单元的充电触点所经受的磨损/损坏，并且提供了一种解决方案，从而可以实现更容易地对充电单元进行检修。相应地，本发明提供了一种用于能在网格框架的顶部上操作的机器人装载处理设备的充电单元。充电单元包括被布置成与机器人装载处理设备的提升元件接合的多个异形部，以及被布置成将电力传递到机器人装载处理设备的电力传递装置。

Description

为机器人装载处理设备充电的装置和方法
技术领域
本发明总体上涉及机器人装载处理设备的领域，更具体地涉及一种用于为机器人装载处理设备充电的装置和方法。
背景技术
公开号为WO2015/185628A(Ocado)的PCT公布文本描述了一种已知的储存和履行系统，在该储存和履行系统中，箱或容器的叠垛被布置在网格框架结构内。通过能在位于网格框架结构的顶部上的导轨上进行操作的装载处理设备来对箱或容器进行存取。附图中的图1至图3中示意性地示出了这种类型的系统。
如图1和图2中所示，已知为箱10的可堆叠的容器以一个在另一个顶部上的方式堆叠以形成叠垛12。叠垛12被布置在储仓或制造环境中的网格框架结构14中。图1是网格框架结构14的示意性透视图，并且图2是示出了布置在框架结构14内的箱10的叠垛12的俯视图。每个箱10通常装纳多个产品物品(未示出)，并且箱10内的产品物品根据应用场合可以是相同的，或者可以是不同的产品类型。
网格框架结构14包括支撑水平构件18、20的多个直立构件16。第一组平行的水平构件18被布置成垂直于第二组平行的水平构件20，以形成由直立构件16支撑的多个水平网格结构。构件16、18、20通常由金属制成。箱10被堆叠在网格框架结构14的构件16、18、20之间，使得网格框架结构14防止箱10的叠垛12水平地移动，并引导箱10竖直地移动。
网格框架结构14的顶层包括轨道22，该轨道被布置在横跨叠垛12的顶部的网格图案中。另外参照图3，轨道22支撑多个机器人装载处理设备30。平行的轨道22中的第一组平行的轨道22a横跨网格框架结构14的顶部引导机器人装载处理设备30沿第一方向(例如，X方向)移动，平行的轨道22中的第二组平行的轨道22b垂直于第一组平行的轨道22a布置，该第二组平行的轨道引导机器人装载处理设备30沿垂直于第一方向的第二方向(例如，Y方向)移动。通过这种方式，轨道22使得机器人装载处理设备30能够在水平的X-Y平面中沿两个维度侧向地移动，使得机器人装载处理设备30可以移动到叠垛12中的任一叠垛上方的位置。
公开号为WO2015/019055(Ocado)的PCT专利公布文本中描述了一种已知的机器人装载处理设备30，该PCT专利公布文本通过引用并入本文，其中，每个机器人装载处理设备30仅覆盖网格框架结构14的一个网格空间。
尽管在图1至图3中未示出，但是机器人装载处理设备30在操作期间由电池供电。在机器人装载处理设备30能在网格框架结构上进行操作的同时，通过图4中所示的充电站25为电池充电。充电站25被固定到靠近网格框架结构的结构，并且在网格结构的边缘处在标称网格单元之上延伸。充电站25包括充电头31，该充电头包括相对于充电站25被固定就位的充电触点29。可以通过指示机器人装载处理设备30移动到充电头31位于其上方的网格单元来为机器人装载处理设备充电。当机器人装载处理设备30移动到网格单元中时，在机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49(图5中所示)与充电头31的充电触点29之间发生接触。电荷从充电触点29通过位于机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49被施加到机器人装载处理设备30。另外，在充电期间，充电触点29中的一些可以用于数据传输。图5示出了用于机器人装载处理设备30的手动移动的提升元件47。提升元件47包括在球形头部下方的切除部，该切除部具有下侧48。提升元件47被设计成使得提升器能够进行附接，以从网格单元提起机器人装载处理设备30。
然而，充电站25存在许多问题。特别地，由于机器人装载处理设备30移动到充电站25中，因此在充电触点29与机器人装载处理设备30之间存在夹持力。然而，这种力的大小在一段时间内可能引起问题。例如，机器人装载处理设备30重复进入充电站25位于其上方的网格单元中会导致充电站25疲劳，然后将需要维护或更换充电头31和支撑结构。此外，由机器人装载处理设备30的移动引起的网格框架结构14的振动不利地影响充电站25的充电触点29与机器人装载处理设备30之间的对准。此外，网格单元损坏、磨损和材料蠕变会引起充电触点29与充电接触垫49之间的对准问题，这不利地影响机器人装载处理设备30与充电触点29进行接触的能力。类似地，网格框架结构14和充电站25的制造公差和/或网格框架结构14相对于充电站25的安装对准的微小变化和/或网格框架结构14相对于充电站25的热膨胀也会引起对准问题，这不利地影响机器人装载处理设备30与充电触点29进行接触的能力。
此外，充电触点29会随时间而磨损，从而需要定期检修或修理。然而，充电触点29的维护需要在网格框架结构14的顶部上进行人为干预，仅当在网格框架结构14的顶部上的机器人装载处理设备30处于“安全模式”而使其无法操作时才能执行该人为干预。这导致整个系统的生产损失。
发明内容
鉴于这些问题，本发明旨在提供一种充电站，该充电站减少了充电触点29所经受的磨损/损坏，并且提供了一种解决方案，从而可以实现更容易对充电触点29进行检修。
总体来说，本发明引入了一种充电站，在该充电站中，充电头36被牵引向机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49。
本发明提供了一种用于能在网格框架的顶部上进行操作的机器人装载处理设备的充电单元。充电单元包括被布置成与机器人装载处理设备的提升元件接合的多个异形部，以及被布置成将电力传递到机器人装载处理设备的电力传递装置。
本发明还提供了一种包括壳体的系统。壳体包括如前所述的充电单元。系统进一步包括被固定地附接到网格框架的支撑结构，支撑结构被布置成将壳体定位在网格框架之上。
在一个实施例中，壳体包括定位装置，所述定位装置被布置成使得充电单元能够在壳体内水平地移动。
在一个实施例中，定位装置还包括：弹簧，所述弹簧被布置成使得在机器人装载处理设备从充电单元离开后，充电单元通过相对于壳体水平地移动从而在所述壳体中进行自对中。
在一个实施例中，充电系统包括多个壳体，其中，所述多个壳体被支撑在单个支撑结构上。
本发明还提供了一种储存系统，该储存系统包括：平行的轨道或导轨中的第一组轨道或导轨，该第一组轨道或导轨沿X方向延伸；以及平行的轨道或导轨中的第二组轨道或导轨，该第二组轨道或导轨在基本上水平的平面中以横向于第一组轨道或导轨的方式沿Y方向延伸，以形成包括多个网格空间的网格图案。容器的多个叠垛位于轨道的下方并且被布置成使得每个叠垛位于单个网格空间的占用面积内。储存系统进一步包括至少一个运输设备，该至少一个运输设备被布置成在轨道上并在叠垛的上方选择性地沿X方向和Y方向侧向地移动。储存系统进一步包括如前所述的系统。
本发明还提供了一种使用充电单元为机器人装载处理设备充电的方法，机器人装载处理设备能在网格框架的顶部上进行操作，充电单元包括多个异形部和电力传递装置。该方法包括以下步骤：通过机器人装载处理设备的提升元件与多个异形部之间的接合，使机器人装载处理设备的顶表面上的充电单元对准，并且通过电力传递装置将电力施加到机器人装载处理设备。
附图说明
图1是根据已知的系统的网格框架结构的示意图。
图2是俯视图的示意图，示出了被布置在图1的框架结构内的箱的叠垛。
图3是系统的示意图，示出了正在网格框架结构上操作的已知的机器人装载处理设备。
图4是用于机器人装载处理设备的已知的充电系统的示意图。
图5是机器人装载处理设备的顶表面的示意图。
图6是从充电单元的上方观察的示意图，示出了多个异形部。
图7是从充电单元的下方观察的示意图，示出了电力传递装置。
图8是其中容纳有充电单元的壳体的示意图。
图9是充电单元、壳体和支撑结构的示意图。
图10是被安装在支撑结构上的两个壳体的示意图。
图11是示出了包括夹具、支撑结构和壳体的充电系统的示意图。
图12是示出了俯视图的示意图，示出了附接到网格框架结构的夹具。
图13是示出了被附接到网格框架结构的充电系统的示意图。
具体实施方式
图6示出了从上方观察的卡座45，该卡座包括电力传递部件60和可移除元件62，该可移除元件包括第一异形部41和第二异形部43。卡座45被居中地布置在网格单元的上方，在该网格单元中，为机器人装载处理设备30充电。如前所述，图5示出了机器人装载处理设备30的顶表面46。机器人装载处理设备30的顶表面46包括具有下侧48的提升元件47。因此，当机器人装载处理设备30进入卡座45下方的网格单元56中时，卡座45的第一异形部41与机器人装载处理设备30的提升元件47交互。提升元件47与机器人装载处理设备30的交互导致卡座45移动到所需位置，该所需位置处于机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49的顶部上。卡座45的一种移动是由于卡座45的第一异形部41与机器人装载处理设备30的顶表面46上的提升元件47的下侧48的交互而引起的。当机器人装载处理设备30移动到处于卡座45下方的网格单元56中时，卡座45的第一异形部41与机器人装载处理设备30的顶表面46上的提升元件47的下侧48之间的接触导致卡座45朝向机器人装载处理设备30移动。类似地，当机器人装载处理设备30移动到处于卡座45下方的网格单元56中时，卡座45的第二异形部43与机器人装载处理设备30的顶表面46上的提升元件47之间的接触导致卡座45朝向机器人装载处理设备30水平地移动。
因此，有利地，本发明针对机器人装载处理设备30的提升元件47被布置成确定卡座45与机器人装载处理设备30的顶表面46的夹持量。通过这种方式，使对卡座45和/或机器人装载处理设备30的顶表面46的损坏/磨损最小化。特别地，代替依赖充电触点29与机器人装载处理设备30的顶表面46之间的粗糙的夹持力，由于依赖第一异形部41与提升元件47之间的交互，机器人装载处理设备30进入卡座45的速度决定了夹持力的强度。此外，通过改变第一异形部41的轮廓，可以根据特定应用场合的要求来定制作用在机器人装载处理设备30上的夹持力。
然而，因为提升元件47的下侧48对卡座45产生冲击，因此预期可移除元件62的第一异形部41和第二异形部43在操作期间将会磨损。这对于充电触点29作为充电站25的主要可磨损部件而言是优选的，因为可移除元件62不必像充电触点29的情况那样由高导电性材料制成。可快速且以低成本地替换卡座45的可移除元件62。可替代地，卡座45的第一异形部41和第二异形部43可以由较硬的材料制成，从而限制磨损。此外，电力传递部件60是卡座45内部的可移除部件。为了便于从卡座45中移除电力传递部件60，向电力传递部件60供电的装置(未示出)包括连接器，该连接器能够在检修期间以简单的方式进行脱离和接合。供电装置可以是能够向电力传递部件60供电的任何装置。
图7示出了从下方观察的卡座45，电力传递单元60没有在该卡座中就位。在使用中，电力传递单元60占据空腔61。当机器人处理设备30进入处于卡座45下方的网格单元中并且卡座45朝向机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49被牵引时，电力传递单元60与充电接触垫49之间发生接触。可以对电力传递单元60安装弹簧，以便减轻由于电力传递单元60与机器人处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49进行接触而引起的冲击。
有利的是，电荷从充电触点29通过位于机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49施加到机器人装载处理设备30，因为该电荷使得能够沿着网格框架结构14的任何边缘为机器人装载处理设备30充电，这是在将电荷施加到位于机器人装载处理设备30的一侧上的充电触点的情况下所无法实现的特征。
图7示出了卡座45在其下侧上包括多个充电触点40。当机器人处理设备30进入处于卡座45下方的网格单元中并且卡座45朝向机器人装载处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49被牵引时，充电触点40与充电接触垫49之间发生接触。可以对充电触点40安装弹簧，以便减轻由于充电触点40与机器人处理设备30的顶表面46上的充电接触垫49进行接触而引起的冲击。充电触点40可以用于在充电期间进行防电弧或数据传输的目的。尽管在图7中示出了四个充电触点40，但是在任何布置中可以存在任意数量的充电触点40。类似地，在任何布置中，可以将任何数量的电力传递单元60结合到卡座45中。电力传递单元60在其移动方面与充电触点40类似，并且区别在于其在充电期间向机器人装载处理设备30供电。
在本发明的替代实施例中，电力传递装置45可以包括感应电力传递装置，其不需要电力传递装置45与机器人装载处理设备之间的物理接触。相应地，由于消除了电力传递装置45与机器人装载处理设备之间的物理接触，从而减少了卡座45所经受的磨损。类似地，可以预见其他非接触充电方法作为电力传递装置45的替代方案。
图8示出了充电头37的剖视图，该充电头包括壳体36，该壳体包括卡座45和空隙42a、42b。因此，卡座45在壳体36内是适合的，因为壳体36支撑卡座45，使得卡座45不能相对于壳体36竖直地移动，但是卡座45可以在壳体36内沿水平方向移动。如上所述，由于机器人装载处理设备30的提升元件47的下侧48与卡座45的第二异形部43进行接触，因此结果是迫使进行水平移动。可选地，空隙42a、42b中的每一个可以包括弹簧机构(未示出)，以在机器人装载处理设备30从处于充电头37下方的网格单元离开之后，使卡座45在壳体36内对中。
可选地，通信设备39可以被安装到壳体36或卡座45，并且被布置成与机器人装载处理设备30进行通信。为了实现最佳的数据传输，数据通信设备39需要与机器人装载处理设备30的顶表面46上的相应的数据通信设备对准。有利地，由于卡座45与机器人装载处理设备30精确对准(出于电池充电的目的)的能力，于是该对准可以用于提供通信设备39与机器人装载处理设备30的顶表面46上的相应的数据通信设备的最佳对准。
图9示出了通过充电头37与滑架35之间的弹簧机构38而将充电头37安装到滑架35。弹簧机构38使得充电头37能够相对于滑架35竖直地移动。尽管示出为弹簧机构38，但是还可以设想，可以使用其他实施例，诸如气动装置或凝胶体，以达到类似的效果。当机器人装载处理设备30移动到处于充电头37下方的网格单元56中时，卡座45的第一异形部41与机器人装载处理设备30的顶表面46上的提升元件47的下侧48之间的接触导致充电头37相对于滑架35朝向机器人装载处理设备30竖直地移动。弹簧机构38吸收竖直移动的冲击，并且在充电之后使充电头37返回到靠近滑架35的位置。这样的效果是，后续进入处于充电头37下方的网格单元中的机器人装载处理设备30不会与卡座45的充电触点40最先进行接触，而是与卡座45的第一异形部41进行接触。此外，通过改变弹簧机构38的弹簧常数，可以根据特定应用的要求来定制作用在机器人装载处理设备30上的夹持力。
图9还示出了附接件60(在该示例中包括榫和销)，从而确保卡座45以正确的取向被装配在壳体36中。在该示例中，除非正确地安装卡座45，否则物理阻挡物(附接到卡座45的榫)会防止在充电头37的组装期间将端板部件63装配到壳体36。
图9还示出了在移除端板63之后可以容易地从壳体36中移除卡座45。卡座45可在壳体36内水平地移动的设计意味着，在移除端板63之后，可以容易地从壳体中移除卡座45，从而使得能够容易地对卡座45进行检修。
为了便于使卡座45能够在壳体36内水平地移动，卡座45可以优选地由低摩擦材料(例如聚合物)制成。可替代地，壳体36或卡座45可以优选地包括滚动或滑动接合装置，例如轴承，以便于使卡座45在壳体36内水平地移动。
图9还示出了壳体36的区域58，在该区域中，充电头37可以安装到滑架35。区域58可以包围壳体36的整个顶表面，以使得能够改变充电头37固定到滑架35的固定位置。
在替代实施例中，壳体36可以被安装到从储仓的天花板悬挂的结构。这带来了能够在网格框架结构14上的任何位置处为机器人装载处理设备30充电的好处。
图10示出了将两个充电头37安装到滑架35的一个示例。每个充电头37可以相对于滑架35单独地移动，因此，多个充电头37可以被安装到单个支撑结构，从而减少必要的支撑结构的数量。
图11示出了充电站26，该充电站包括主结构34，滑轮系统55、夹具33、滑架35和充电头37。主结构34可以包含轨道或引导件(未示出)，滑架35可以在该轨道或引导件上移动。滑轮系统55可以在手动或自动操作下操纵滑架35，以便使滑架35沿着主结构34的在轨道或引导件上的部段移动到远离网格框架结构14的安全位置。使滑架35缩回是有利的，因为这使得能够从远离网格框架结构14的安全位置对附接到滑架35的部件进行检修。夹具33将充电站26的主结构34附接到网格框架结构14的任何边缘。夹具33附接到形成网格框架结构14的两个竖直的直立结构16。通过将充电站26附接到网格框架结构14，而不仅是靠近网格框架结构14，则可以解决由于制造/安装和/或热膨胀引起的网格框架结构14中的公差，否则这会引起对准问题，因为夹具33有效地使充电站26与网格框架结构14一起移动。
主结构34可以是用于滑架35和充电头37的支架。主结构34也可以用作可被附接到主结构34的任何其他设备的支架。受益于被安装到网格框架结构14并可与网格框架结构一起移动的设备可以包括制冷单元、机器人拣取臂、机器人装载处理设备30的检修单元和/或用于无人机设备的支架。
图12示出了夹具33的俯视图，该夹具可以是摩擦配合夹具52，其装配到网格框架结构14的竖直构件16的直立面51。在这种情况下，夹具33具有两个相对的板，这两个相对的板通过摩擦配合在两侧上夹持网格框架结构14的竖直构件16的直立面51。在操作中，充电站26的主结构34延伸到网格单元56之上的位置。在操作中，充电头37在网格单元56的上方就位。存在靠近网格框架结构14的平台54，该平台使得人能够进入充电站26的后部。
图13示出了附接到网格框架结构14的充电站26，其中，滑架35缩回到位于安全栅53后面的安全位置。为了容纳缩回的滑架35，为电力传递单元60供电的装置优选地是挠性的。在缩回位置，充电头37以及卡座45(其中包括充电触点40和电力传递单元60)的可更换部段62可由站立在靠近网格框架结构14的结构54上的人进行检修。这解决了机器人装载处理设备30在网格框架结构14的顶部上必须不能操作的问题，从而使得系统在检修充电头37期间仍能够进行生产。可选地，主结构34可以包括锁定机构，以在沿着主结构34的限定点处将滑架35固定在其可操作位置。锁定机构可以由站立在结构54上的人进行手动操作，但是可以预见，这可以是自动的。
修改和变化
可以对上述实施例进行许多修改和变化，而不脱离本发明的范围。
尽管本说明书已经描述了被布置成承载容器等的机器人装载处理设备，但是可以设想其他类型的机器人设备与本文所描述的充电站兼容。例如，设想可以使用本文所述描述的充电站为机器人清洁设备、机器人回收设备等进行充电。
出于说明和描述的目的，已经给出了本发明的实施例的前述描述。这并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。可以进行修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种用于能在网格框架的顶部上进行操作的机器人装载处理设备的充电单元，所述充电单元包括：
电力传递装置，所述电力传递装置被布置成将电力传递到所述机器人装载处理设备，
多个异形部，所述多个异形部被布置成与所述机器人装载处理设备的提升元件交互，以便实现所述充电单元朝向接触位置竖直地对准以及水平地对准，在所述接触位置，所述机器人装载处理设备的顶表面上的充电接触垫接触所述电力传递装置，
其中，所述多个异形部包括第一异形部和第二异形部，所述第一异形部被布置成使所述充电单元朝向所述机器人装载处理设备的顶表面上的充电接触垫被牵引，所述第二异形部使所述充电单元朝向所述机器人装载处理设备(30)水平移动，
其中，所述电力传递装置包括多个充电触点(29)，所述充电触点用于接触所述机器人装载处理设备(30)的顶表面(46)上的充电接触垫(49)。
2.根据权利要求1所述的充电单元，其中，所述电力传递装置被进一步布置成向/从所述机器人装载处理设备传输数据。
3.根据权利要求1所述的充电单元，其中，所述电力传递装置进一步包括：
第一弹簧，使得所述电力传递装置能够相对于所述多个异形部竖直地移动。
4.一种用于对能在网格框架结构上进行操作的机器人装载处理设备进行充电的充电站(26)，包括：
i)滑架(35)，
ii)充电头(37)，所述充电头(37)包括根据权利要求1至3中任一项所述的充电单元，并且所述充电头通过弹簧机构安装到所述滑架(35)，以允许所述充电头(37)相对于所述滑架(35)竖直地移动，
iii)主结构(34)，所述滑架(35)和所述充电头(37)安装到所述主结构(34)上，并且所述充电站的主结构(34)通过夹具(33)附接到所述网格框架结构的任何边缘；
iv)滑轮系统(55)，所述滑轮系统用于在手动或自动操作下操纵所述滑架(35)，以便使所述滑架(35)沿着所述主结构(34)的在轨道或引导件上的部段移动。
5.根据权利要求4所述的充电站，其中所述充电头(37)包括壳体(36)，所述壳体包括所述充电单元，并且其中，所述充电单元在所述壳体(36)内是适合的，使得所述充电单元能够在所述壳体内沿水平方向移动，但是被防止相对于所述壳体(36)竖直地移动。
6.根据权利要求5所述的充电站，其中，所述壳体(36)包括定位装置，所述定位装置被布置成使得所述充电单元能够在所述壳体内水平地移动。
7.根据权利要求6所述的充电站，其中，所述定位装置还包括：
第二弹簧，所述第二弹簧被布置成使得在所述机器人装载处理设备从所述充电单元离开后，所述充电单元通过相对于所述壳体水平地移动从而在所述壳体中进行自对中。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的充电站，其中，所述壳体还包括：
通信单元，所述通信单元被布置成与所述机器人装载处理设备的通信单元进行通信。
9.一种充电系统，包括：
网格框架结构，所述网格框架结构包括支撑水平网格结构的多个直立构件(16)，所述水平网格结构包括第一组平行的水平构件(18)，所述第一组平行的水平构件垂直于第二组平行的水平构件(20)布置；
根据权利要求4至8中任一项所述的充电站，所述充电站(26)的主结构(34)通过夹具(33)附接到所述网格框架结构的边缘。
10.根据权利要求9所述的充电系统，其中，所述夹具(33)附接到两个直立构件(16)。
11.根据权利要求9或10所述的充电系统，其中，所述主结构(34)在网格单元(56)之上延伸。
12.根据权利要求9或10所述的充电系统，其中，所述充电系统包括多个壳体，其中，所述多个壳体被支撑在单个支撑结构上。
13.一种使用如权利要求9至12中任一项限定的充电系统为机器人装载处理设备充电的方法，所述机器人装载处理设备包括提升元件且能在网格框架的顶部上操作，所述方法包括以下步骤：
进入所述充电单元下方的网格单元；
通过所述机器人装载处理设备的提升元件与所述多个异形部之间的接合，使所述机器人装载处理设备的顶表面上的所述充电单元对准，使得所述充电单元朝向所述机器人装载处理设备的顶表面上的充电接触垫被牵引；并且
通过所述电力传递装置将电力施加到所述机器人装载处理设备。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：
在将电力施加到所述机器人装载处理设备之后，使所述充电单元返回到靠近滑架的位置。
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