CN112356648A - 一种用于更换搬运机器人电池的agv及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于更换搬运机器人电池的AGV及方法，AGV包括车架和安装在车架上的四个麦克纳姆轮组，车架上设有两个对称的电池推拉装置，车架在两个电池推拉装置之间的位置设有凹槽，凹槽中设有两排辊道，电池推拉装置包括相互连接且固定在车架上的第一电机和滑轨模组，滑轨模组的滑块上固定有转接件，转接件上固定有电动推杆，两个电池推拉装置的电动推杆对应处于两排辊道的上侧，其具有结构简单、控制方便、适应性好、安全性高、实用性强的优点；方法具有流程简单、自动化程度高、安全可靠的优点。

Description

一种用于更换搬运机器人电池的AGV及方法
技术领域
本发明涉及一种转运车，具体涉及一种用于更换搬运机器人电池的AGV，以及利用该AGV自动更换搬运机器人电池的方法。
背景技术
在物流领域，搬运机器人(RGV、AGV或IGV)在电池电量低于阈值时需进行充电或更换电池。因电池容量较大，所需的充电时间过长，这会严重影响搬运机器人的工作效率。目前本领域通常采用更换电池的方法，因电池的体积和重量已大到无法通过人工搬运，需依赖机电设备进行，现有更换电池的机电设备在实际应用中存在着以下问题：(1)电池更换过程人工参与过多，操作流程复杂，自动化程度低，影响了搬运机器人的工作效率；(2)电池外壳磨损严重，甚至会造成电池内部结构损坏，安全性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于更换搬运机器人电池的AGV及方法，AGV具有结构简单、控制方便、适应性好、安全性高、实用性强的优点；方法具有流程简单、自动化程度高、安全可靠的优点。
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于更换搬运机器人电池的AGV，包括车架和安装在车架上的四个麦克纳姆轮组，所述车架上设有两个对称的电池推拉装置，车架在两个电池推拉装置之间的位置设有凹槽，凹槽中设有两排辊道，所述电池推拉装置包括相互连接且固定在车架上的第一电机和滑轨模组，滑轨模组的滑块上固定有转接件，转接件上固定有电动推杆，两个电池推拉装置的电动推杆对应处于两排辊道的上侧。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述麦克纳姆轮组包括麦克纳姆轮、电动轴系和悬挂，麦克纳姆轮与电动轴系连接，电动轴系通过悬挂安装在车架上，悬挂设有升降油缸。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述车架上设有液压泵站，液压泵站分别与四个麦克纳姆轮组的悬挂升降油缸连接。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述车架上设有视觉相机、自控装置和电源装置，视觉相机用于检测电池，自控装置分别与电动轴系、电池推拉装置、液压泵站和视觉相机连接，电源装置用于为AGV供电。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述电动推杆一侧的转接件上设有接近开关，所述车架上还设有分别与自控装置连接的激光扫描仪和急停装置。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述辊道包括两个侧板以及并排安装在两个侧板之间的多个辊子，侧板的上侧面高于辊子。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述电动轴系包括相互连接的第二电机和减速机，所述麦克纳姆轮组与电动轴系的减速机连接。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述搬运机器人为有轨制导车辆、自动导引车或智慧型导引运输车。
进一步的，本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其中，所述激光扫描仪设有两个且对称安装在车架的对角处，所述急停装置设有四个且对应安装在车架的四个角处。
本发明还提供了一种自动更换搬运机器人电池的方法，所述方法利用了上述的AGV，两个电池推拉装置标记为电池推拉装置一和电池推拉装置二，相应地，两排辊道标记为辊道一和辊道二，具体包括以下步骤：
S1、AGV导航至换电站，自控装置根据满电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与满电量电池对齐；满电量电池是指换电站中充满电的电池；
S2、电池推拉装置一通过其第一电机驱使滑轨模组的滑块、转接件和电动推杆向满电量电池移动，电动推杆到位后其活塞杆伸出到满电量电池上的连接孔中；
S3、电池推拉装置一通过其第一电机驱使滑轨模组的滑块、转接件和电动推杆反向移动，电动推杆将满电量电池拉到辊道一上；
S4、AGV导航至需更换电池的搬运机器人前，自控装置根据低电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道二与低电量电池对齐；低电量电池是指搬运机器人上电量即将耗完需更换的电池；
S5、电池推拉装置二通过其第一电机驱使滑轨模组的滑块、转接件和电动推杆向低电量电池移动，电动推杆到位后其活塞杆伸出到低电量电池上的连接孔中；
S6、电池推拉装置二通过其第一电机驱使滑轨模组的滑块、转接件和电动推杆反向移动，电动推杆将低电量电池拉到辊道二上；
S7、自控装置根据搬运机器人的电池仓位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与搬运机器人的电池仓对齐；
S8、电池推拉装置一通过其第一电机驱使滑轨模组的滑块、转接件和电动推杆向搬运机器人的电池仓移动，电动推杆将满电量电池推入搬运机器人的电池仓后，电动推杆、转接件和滑轨模组的滑块退回初始装态；
所述满电量电池的位置、低电量电池的位置和搬运机器人的电池仓位置是通过视觉相机检测的；所述调整AGV的位置和姿态是通过控制各麦克纳姆轮组的电动轴系和悬挂实现的，姿态是指AGV的高度和水平度。
本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV及方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置车架和安装在车架上的四个麦克纳姆轮组，在车架上设置两个对称的电池推拉装置，使车架在两个电池推拉装置之间的位置设置凹槽，在凹槽中设置两排辊道，电池推拉装置具体包括相互连接且固定在车架上的第一电机和滑轨模组，在滑轨模组的滑块上固定转接件，在转接件上固定电动推杆，并使两个电池推拉装置的电动推杆对应处于两排辊道的上侧。由此就构成了一种结构简单、控制方便、适应性好、安全性高、实用性强的用于更换搬运机器人电池的AGV。在实际应用中让AGV按以下步骤运行即可实现自动更换搬运机器人电池的目的，其中，两个电池推拉装置标记为电池推拉装置一和电池推拉装置二，相应地，两个辊道标记为辊道一和辊道二，具体步骤如下：一、让AGV导航至换电站，并使辊道一与满电量电池对齐；二、让电池推拉装置一的电动推杆向满电量电池移动，并使电动推杆的活塞杆伸出到满电量电池上的连接孔中；三、让电池推拉装置一的电动推杆反向移动即可将满电量电池拉到辊道一上；四、让AGV导航至需更换电池的搬运机器人前，并使辊道二与低电量电池对齐；五、让电池推拉装置二的电动推杆向低电量电池移动，并使电动推杆的活塞杆伸出到低电量电池上的连接孔中；六、让电池推拉装置二的电动推杆反向移动，即可将低电量电池从搬运机器人的电池仓拉到辊道二上；七、让AGV调整位置，并使辊道一与搬运机器人的电池仓对齐；八、让电池推拉装置一的电动推杆向搬运机器人的电池仓移动，即可将满电量电池从辊道一上推入搬运机器人的电池仓；九、电池推拉装置一的电动推杆、转接件和滑轨模组的滑块退回初始装态。至此即完成了一次搬运机器人的电池更换，随后让AGV导航至换电站并将低电量电池推入充电位后，即可继续进行搬运机器人的电池更换。满电量电池是指换电站中充满电的电池，低电量电池是指搬运机器人上电量即将耗完需更换的电池。本发明通过使AGV采用麦克纳姆轮，实现了全向移动，提高了移动的灵活性；通过设置两个电池推拉装置，实现了自动更换搬运机器人电池的目的，提高了自动化程度；通过设置两排辊道，利用辊道与电池之间的滚动摩擦，降低了对电池的磨损，提高了安全性。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV及方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的正视图；
图2为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的俯视图；
图3为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的立体图；
图4为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的内部结构俯视图；
图5为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的内部结构立体图一；
图6为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的内部结构立体图二；
图7为本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV中电池推拉装置的立体图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案及请求保护范围进行的限制。
如图1至图7所示本发明一种用于更换搬运机器人电池的AGV的具体实施方式，包括车架1和安装在车架1上的四个麦克纳姆轮组2。在车架1上设置两个对称的电池推拉装置3，并使车架1在两个电池推拉装置3之间的位置设置凹槽，在凹槽中设置两排辊道4。电池推拉装置3包括相互连接且固定在车架1上的第一电机31和滑轨模组32，在滑轨模组32的滑块上固定转接件33，在转接件33上固定电动推杆34，并使两个电池推拉装置3的电动推杆34对应处于两排辊道4的上侧。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、控制方便、适应性强、安全性高的用于更换搬运机器人电池的AGV。在实际应用中让AGV按以下步骤运行即可实现自动更换搬运机器人电池的目的，其中，两个电池推拉装置标记为电池推拉装置一和电池推拉装置二，相应地，两个辊道标记为辊道一和辊道二，具体步骤如下：一、让AGV导航至换电站，并使辊道一与满电量电池对齐。二、让电池推拉装置一的电动推杆向满电量电池移动，并使电动推杆的活塞杆伸出到满电量电池上的连接孔中。三、让电池推拉装置一的电动推杆反向移动即可将满电量电池100拉到辊道一上。四、让AGV导航至需更换电池的搬运机器人前，并使辊道二与低电量电池对齐。五、让电池推拉装置二的电动推杆向低电量电池移动，并使电动推杆的活塞杆伸出到低电量电池上的连接孔中。六、让电池推拉装置二的电动推杆反向移动，即可将低电量电池从搬运机器人的电池仓拉到辊道二上。七、让AGV调整位置，并使辊道一与搬运机器人的电池仓对齐。八、让电池推拉装置一的电动推杆向搬运机器人的电池仓移动，即可将满电量电池从辊道一上推入搬运机器人的电池仓。九、电池推拉装置一的电动推杆、转接件和滑轨模组的滑块退回初始装态。至此即完成了一次搬运机器人的电池更换，随后让AGV导航至换电站并将低电量电池推入充电位后，即可继续进行搬运机器人的电池更换。满电量电池是指换电站中充满电的电池，低电量电池是指搬运机器人上电量即将耗完需更换的电池。本发明通过使AGV采用麦克纳姆轮，实现了全向移动，提高了移动的灵活性；通过设置两个电池推拉装置，实现了自动更换搬运机器人电池的目的，提高了自动化程度；通过设置两排辊道，利用辊道与电池之间的滚动摩擦，降低了对电池的磨损，提高了安全性。
作为具体实施方式，麦克纳姆轮组2具体包括麦克纳姆轮21、电动轴系22和悬挂23，其中，麦克纳姆轮21与电动轴系22连接，电动轴系22通过悬挂23安装在车架1上，悬挂23设有升降油缸。这一结构的麦克纳姆轮组2具有控制方便、自由度大、调节灵活的优点，通过控制各麦克纳姆轮组2的悬挂23升降油缸即可实现调节车架高度及水平度的目的。作为具体实施方式，本发明在车架1上设置了液压泵站5，并使液压泵站5分别与四个麦克纳姆轮组2的悬挂23升降油缸连接。通过液压泵站5内部泵电机的启停与液压阀组的通断即可对各麦克纳姆轮组2的升降进行控制，提高了控制的便利性。
作为具体实施方式，本发明在车架1上设置了视觉相机6、自控装置7和电源装置8。其中，视觉相机6用于检测电池(满电量电池和低电量电池)，以确定电池位置，便于辊道与电池对齐；自控装置7分别与麦克纳姆轮组2的电动轴系22、电池推拉装置3、液压泵站5和视觉相机6连接，以实现自动控制；电源装置8用于为AGV供电，以提供电力支持。作为具体实施方式，本发明还在电动推杆34一侧的转接件33上设置了接近开关35，在车架1上设置了分别与自控装置7连接的激光扫描仪9和急停装置10。其中，接近开关35用于感应电池位置，以便对电动推杆34进行定位，使其活塞杆与电池上的连接孔对齐，提高了对齐和连接的可靠性；激光扫描仪9用于检测障碍物，一旦有障碍物进入保护区使AGV立即停车，提高了安全性；急停装置10设有急停按钮和指示灯，当遇到紧急情况时可通过人工拍下急停按钮使AGV立即停车，增强了安全性。另外，本具体实施方式使辊道4采用了以下结构：包括两个侧板41以及并排安装在两个侧板41之间的多个辊子42，并使侧板41的上侧面高于辊子42。这一设置的辊道4具体结构简单、支撑稳定、滚动平稳的特点，通过让侧板41的上侧面高于辊子42，可对电池起到限位和导向作用，提高了推拉电池的平稳性。
需要说明的是，上述电动轴系22具体包括相互连接的第二电机和减速机，其中，麦克纳姆轮组2与电动轴系22的减速机连接，以提高传动的稳定性；上述搬运机器人为有轨制导车辆、自动导引车或智慧型导引运输车，凡是需要快速更换电池的搬运机器人均可采用本发明；在实际应用中，本发明通常让激光扫描仪9设置两个且对称安装在车架1的对角处，以提高障碍物检测的可靠性，并让急停装置10设置四个且对应安装在车架1的四个角处，以提高急停操作的便利性。
基于同一构思，本发明还提供了一种自动更换搬运机器人电池的方法，该方法利用了上述AGV，其中，两个电池推拉装置3标记为电池推拉装置一和电池推拉装置二，相应地，两排辊道4标记为辊道一和辊道二，具体包括以下步骤：
S1、AGV导航至换电站，自控装置7根据满电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与满电量电池对齐。
S2、电池推拉装置一通过其第一电机31驱使滑轨模组32的滑块、转接件33和电动推杆34向满电量电池移动，电动推杆34到位后其活塞杆伸出到满电量电池上的连接孔中。
S3、电池推拉装置一通过其第一电机31驱使滑轨模组32的滑块、转接件33和电动推杆34反向移动，电动推杆34将满电量电池拉到辊道一上。
S4、AGV导航至需更换电池的搬运机器人前，自控装置7根据低电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道二与低电量电池对齐。
S5、电池推拉装置二通过其第一电机31驱使滑轨模组32的滑块、转接件33和电动推杆34向低电量电池移动，电动推杆34到位后其活塞杆伸出到低电量电池上的连接孔中。
S6、电池推拉装置二通过其第一电机31驱使滑轨模组32的滑块、转接件33和电动推杆34反向移动，电动推杆34将低电量电池拉到辊道二上。
S7、自控装置7根据搬运机器人的电池仓位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与搬运机器人的电池仓对齐；
S8、电池推拉装置一通过其第一电机31驱使滑轨模组32的滑块、转接件33和电动推杆34向搬运机器人的电池仓移动，电动推杆34将满电量电池推入搬运机器人的电池仓后，电动推杆34、转接件33和滑轨模组32的滑块退回初始装态。
在上述步骤中，满电量电池的位置、低电量电池的位置和搬运机器人的电池仓位置是通过视觉相机6检测的；调整AGV的位置和姿态是通过控制各麦克纳姆轮组2的电动轴系22和悬挂23实现的，姿态是指AGV的高度和水平度。
通过以上步骤即完成了一次搬运机器人的电池更换，随后让AGV导航至换电站并将低电量电池推入充电位后，即可继续进行搬运机器人的电池更换，具有流程简单、自动化程度高、安全可靠的优点。
经实际应用表明，本发明可产生以下有益效果：(1)通过采用视觉相机，可在线检测搬运机器人电池仓或电池位置，对位精度高；(2)通过采用麦克纳姆轮组，AGV可载着电池进行全向行走，并能进行升降和调整角度；(3)通过设置辊道，利用滚动摩擦减小了推拉电池的阻力以及对电池的磨损，提高了安全性；(4)更换电池的全过程实现了自动化，无需人工参与，节省了劳力，提高了工作效率。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于更换搬运机器人电池的AGV，包括车架(1)和安装在车架(1)上的四个麦克纳姆轮组(2)，其特征在于，所述车架(1)上设有两个对称的电池推拉装置(3)，车架(1)在两个电池推拉装置(3)之间的位置设有凹槽，凹槽中设有两排辊道(4)，所述电池推拉装置(3)包括相互连接且固定在车架(1)上的第一电机(31)和滑轨模组(32)，滑轨模组(32)的滑块上固定有转接件(33)，转接件(33)上固定有电动推杆(34)，两个电池推拉装置(3)的电动推杆(34)对应处于两排辊道(4)的上侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述麦克纳姆轮组(2)包括麦克纳姆轮(21)、电动轴系(22)和悬挂(23)，麦克纳姆轮(21)与电动轴系(22)连接，电动轴系(22)通过悬挂(23)安装在车架(1)上，悬挂(23)设有升降油缸。
3.根据权利要求2所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述车架(1)上设有液压泵站(5)，液压泵站(5)分别与四个麦克纳姆轮组(2)的悬挂(23)升降油缸连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述车架(1)上设有视觉相机(6)、自控装置(7)和电源装置(8)，视觉相机(6)用于检测电池，自控装置(7)分别与电动轴系(22)、电池推拉装置(3)、液压泵站(5)和视觉相机(6)连接，电源装置(8)用于为AGV供电。
5.根据权利要求4所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述电动推杆(34)一侧的转接件(33)上设有接近开关(35)，所述车架(1)上设有分别与自控装置(7)连接的激光扫描仪(9)和急停装置(10)。
6.根据权利要求4所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述辊道(4)包括两个侧板(41)以及并排安装在两个侧板(41)之间的多个辊子(42)，侧板(41)的上侧面高于辊子(42)。
7.根据权利要求4所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述电动轴系(22)包括相互连接的第二电机和减速机，所述麦克纳姆轮组(2)与电动轴系(22)的减速机连接。
8.根据权利要求4所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述搬运机器人为有轨制导车辆、自动导引车或智慧型导引运输车。
9.根据权利要求5所述的一种用于更换搬运机器人电池的AGV，其特征在于，所述激光扫描仪(9)设有两个且对称安装在车架(1)的对角处，所述急停装置(10)设有四个且对应安装在车架(1)的四个角处。
10.一种自动更换搬运机器人电池的方法，所述方法利用了权利要求4所述的AGV，两个电池推拉装置(3)标记为电池推拉装置一和电池推拉装置二，相应地，两排辊道(4)标记为辊道一和辊道二，其特征在于，包括以下步骤：
S1、AGV导航至换电站，自控装置(7)根据满电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与满电量电池对齐；满电量电池是指换电站中充满电的电池；
S2、电池推拉装置一通过其第一电机(31)驱使滑轨模组(32)的滑块、转接件(33)和电动推杆(34)向满电量电池移动，电动推杆(34)到位后其活塞杆伸出到满电量电池上的连接孔中；
S3、电池推拉装置一通过其第一电机(31)驱使滑轨模组(32)的滑块、转接件(33)和电动推杆(34)反向移动，电动推杆(34)将满电量电池拉到辊道一上；
S4、AGV导航至需更换电池的搬运机器人前，自控装置(7)根据低电量电池的位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道二与低电量电池对齐；低电量电池是指搬运机器人上电量即将耗完需更换的电池；
S5、电池推拉装置二通过其第一电机(31)驱使滑轨模组(32)的滑块、转接件(33)和电动推杆(34)向低电量电池移动，电动推杆(34)到位后其活塞杆伸出到低电量电池上的连接孔中；
S6、电池推拉装置二通过其第一电机(31)驱使滑轨模组(32)的滑块、转接件(33)和电动推杆(34)反向移动，电动推杆(34)将低电量电池拉到辊道二上；
S7、自控装置(7)根据搬运机器人的电池仓位置调整AGV的位置和姿态，以使辊道一与搬运机器人的电池仓对齐；
S8、电池推拉装置一通过其第一电机(31)驱使滑轨模组(32)的滑块、转接件(33)和电动推杆(34)向搬运机器人的电池仓移动，电动推杆(34)将满电量电池推入搬运机器人的电池仓后，电动推杆(34)、转接件(33)和滑轨模组(32)的滑块退回初始装态；
所述满电量电池的位置、低电量电池的位置和搬运机器人的电池仓位置是通过视觉相机(6)检测的；所述调整AGV的位置和姿态是通过控制各麦克纳姆轮组(2)的电动轴系(22)和悬挂(23)实现的，姿态是指AGV的高度和水平度。
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