CN113119791B - 一种电池装载机器人、电池管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池装载机器人、电池管理系统及其控制方法，电池装载机器人包括车主体、电池柜、夹取机构和电池取放机构。车主体上设置行走机构。电机柜连接在车主体上，电池柜上设置多个电池仓。夹取机构，夹取机构设置在车主体上，用于取出电驱机器人的电池或将电池装入电驱机器人。电池取放机构设置在车主体上，电池取放机构能沿电池柜所在平面移动，以将电池装入相应的电池仓或由电池仓取出。控制装置在电驱机器人运行过程中，协调各模块的动作，执行电池更换作业。本申请的电池装载机器人能在电驱机器人执行任务期间，完成电池更换作业，防止电驱机器人间断工作，提高了电驱机器人的工作效率，避免了充电混乱的现象。

Description

一种电池装载机器人、电池管理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及物流移动机器人领域或工业移动机器人技术领域，具体的说，涉及一种电池装载机器人、电池管理系统及其控制方法。

背景技术

物流运输已成为当今生产和生活消费领域一个重要环节，大的物流厂房内每天都有成千上万的订单发往工厂和仓储中心，将货物从一个地方搬运到另一个地方，这期间涉及到分拣，搬运，再分拣，再搬运，工序非常复杂。

因此，物流成本在生产及存储成本的比重越来越重。近几年来，为了提高物流效率，各厂商逐渐采用新型移动机器人（AGV机器人）来完成货物的匀速，AGV机器人不仅可以承载重物，而且运输速度快，易于自动化和集群化管理，大大提高了工厂及仓库的物流效率。但是，AGV机器人也存在一些不足，单台AGV机器人的日有效利用率为60%~75%，即单台AGV机器人每日约有4~8小时的充电时间，若该时间可以充分利用，物流成本将会进一步降低。

目前AGV机器人的充电方式主要有以下两种：

第一种充电方式：停车充电，即当电量低于某一水平，AGV机器人则停止任务，前往专用充电区域进行充电，通常充电时间需要4~8小时，如此，AGV机器人使用效率较低不足75%。

第二种充电方式：换电充电，当AGV机器人电池需要充电时，AGV机器人停止执行任务，前往电池更换站，在电池更换站内由人或专用装置将AGV机器人电池卸下并重新安装新电池。这种方式AGV机器人可以大大减少充电时间，但仍需要短暂的停止执行任务，如对任务节奏要求较高的场景，仍会带来一些不便。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种电池装载机器人、电池管理系统及其控制方法，能在电驱机器人执行任务期间，完成电池更换作业，防止电驱机器人间断工作，提高了电驱机器人的工作效率，避免了充电混乱的现象。

为了实现上述发明目的，本发明第一目的在于提供一种电池装载机器人，包括：

车主体，所述车主体上设置行走机构；

电池柜，所述电机柜连接在所述车主体上，所述电池柜上设置多个电池仓；

夹取机构，所述夹取机构设置在所述车主体上，用于取出电驱机器人的电池或将电池装入电驱机器人；

电池取放机构，所述电池取放机构设置在所述车主体上，所述电池取放机构能沿所述电池柜所在平面移动，以将电池装入相应的电池仓或由电池仓取出；

控制装置，所述控制装置分别与所述行走机构、夹取机构、电池取放机构数据连接，以在电驱机器人运行过程中，协调各模块的动作，执行电池更换作业。

可选的，电池装载机器人还包括充电臂，所述充电臂具有充电端子；在执行电池更换动作过程中，所述充电臂和所述电驱机器人连接固定，所述充电端子和所述电驱机器人电连接。

可选的，所述电池柜包括第一电池柜和第二电池柜，所述第一电池柜和第二电池柜之间形成间隙腔；所述夹取机构包括两个夹取装置，两个所述夹取装置设在所述间隙腔的两侧，两个所述夹取装置之间形成夹持空间；

所述夹取装置包括平移部件和设置在所述平移部件上的旋转部件，所述平移部件沿所述电池柜延伸方向平移，所述旋转部件内设置伸缩件，所述旋转部件具有旋转至和所述电池柜相平行的收纳状态和与所述电池柜相垂直的工作状态；在所述工作状态下，所述伸缩件能伸出或回缩，以调节夹持空间的大小。

可选的，两个所述夹取装置之间还设置有传送带，所述传送带沿平行于所述电池柜的方向延伸设置。

可选的，所述电池取放机构包括升降部件和平移部件，所述平移部件连接在所述升降部件上，所述平移部件具有转台，所述转台上设置传送带。

可选的，所述电池柜上各电池仓呈多行多列排布，同一列相邻的两个电池仓之间通过隔板隔离，所述隔板上设置避让槽。

可选的，所述电池仓内设置固定装置和充电电极，在电池装入所述电池仓内的状态下，所述固定装置固定所述电池，所述充电电极和所述电池电连接。

可选的，所述电池柜内各充电电极通过电池均衡电路电连接，所述电池均衡电路用于控制电量大的电池向电量小的电池充电，均衡电池柜内各电池电量。

本发明第二目的在于提供一种电池管理系统，包括控制装置、电驱机器人和电池装载机器人，所述控制装置分别与所述电驱机器人和电池装载机器人通信连接。

本发明第三目的在于提供一种电池管理系统的控制方法，包括：控制装置分别获取各电驱机器人的电池状况信息，判断各电驱机器人是否处于亏电状态，并选定与处在亏电状态的电驱机器人最近的电池装载机器人，向该电池装载机器人发送换电指令。

通过采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

本申请的电池装载机器人能在电驱机器人执行任务期间，完成电池更换作业，防止电驱机器人间断工作，提高了电驱机器人的工作效率，避免了充电混乱的现象。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本申请实施例提供的电池装载机器人的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电池装载机器为亏电状态的电驱机器人更换电池的状态图；图3是本申请实施例提供的电池装载机器人的局部结构示意图；

图4是本申请实施例提供的电池装载机器人的侧面剖视图；

图5是本申请实施例提供的电池装载机器人的电池柜体的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的电池装载机器人的电池更换流程图；

图7是本申请实施例提供的电池装载机器人执行电池入仓的流程图；

图8是本申请实施例提供的电池装载机器人执行电池出仓的流程图。

图中，00、电池装载机器人；01、充电臂；02、传送带；03、测距传感器；04、夹取机构；041、固定座；042、滑动块；043、次级电机；044、丝杠导轨；045、转动臂；046、夹紧机构；047、气缸；05、电池柜；051、电池柜体；052、电池仓；053、固定装置；054、充电电极；055、固定销；056、避让槽；057、电极；058、壁板；06、电池取放机构；061、外壳；062、导轨；063、传送带；064、转台；065、伸缩臂；066、旋转电机；07、电池；08、电驱机器人。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图8所示，本申请实施例提供一种电池装载机器人00，该电池装载机器人可以自由穿梭于电驱机器人的工作区和电池充电区，该电池装载机器人主要功能有三个，第一功能是承载电池组，第二功能是为亏电的电驱机器人08更换电池，第三功能是行进至电池充电区为亏电电池充电。该电驱机器人08是一种可拆卸安装电池，通过电池提供能量的移动机器人，该移动机器人能进行货物的运输，该移动机器人不仅可以承载重物，而且运输速度快，易于自动化和集群化管理，大大提高了工厂及仓库的物流效率，本申请中，电驱机器人08可以为AGV机器人。

参见图1至图5所示，电池装载机器人包括车主体、电池柜051、夹取机构04、电池取放机构06和控制装置。车主体上设置行走机构，行走机构可以为车轮和驱动车轮的驱动电机。所述电机柜051连接在所述车主体上，所述电池柜051上设置多个电池仓052。所述夹取机构04设置在所述车主体上，用于取出电驱机器人的电池07或将电池07装入电驱机器人08。电池取放机构06设置在所述车主体上，所述电池取放机构能沿所述电池柜所在平面移动，以将电池装入相应的电池仓或由电池仓取出。控制装置分别与所述行走机构、夹取机构04、电池取放机构数据连接，以在电驱机器人08运行过程中，协调各模块的动作，执行电池更换作业。本申请的电池装载机器人能在电驱机器人08执行任务期间，完成电池更换作业，防止电驱机器人间断工作，提高了电驱机器人的工作效率，避免了充电混乱的现象。

进一步的，电池装载机器人还包括充电臂01，所述充电臂01具有充电端子；在执行电池更换动作过程中，所述充电臂01和所述电驱机器人08连接固定，所述充电端子和所述电驱机器人电连接。

参见图6所示的，电池更换流程图。当电驱机器人电量低时，电驱机器人系统报告电池亏电，并将报告发给电池管理系统的调度系统。调度系统获得该电驱机器人当前位置信息和当前的执行任务。调度系统可根据电驱机器人位置调配距离其最近的电池装载机器人00，也可根据其规划的未来行驶轨迹分配路径途中的电池装载机器人00，调配逻辑根据具体情形而定。而另一方面，每台电池装载机器人00周期性地向调度系统报告其背负可用电池数量，以确保调度系统指派的机器人有可用的电池。

电池装载机器人00接收到电池更换任务后，即前往汇合目标亏电电驱机器人08。与目标电驱机器人08汇合后，进入电池更换准备状态，参见图2所示，电池装载机器人00前端对准电驱机器人08的电池仓口即为更换电池准备状态。在准备状态下，控制装置控制行走机构的行进速度，以与电驱机器人08保持同步，使其与电驱机器人之间的距离保持为可更换电池操作允许的距离。同时，设置在车主体上的测距传感器03开启，对电池装载机器人与电驱机器人之间的距离实时测量确认，确保安全。

电池更换准备状态完成后即进入电池更换程序。充电臂01伸出接触电驱机器人08的充电电极，充电臂01装有锁扣，锁扣闭合后，即电池装载机器人与电驱机器人形成刚性连接，不会因外力而发生位置偏离，另外充电电极片已贴合，并开启供电，电池装载机器人为电驱机器人提供外部供电。电驱机器人确认获得外部供电后，切断自身电池供电，并将电池弹出电池仓。此时，夹取机构04已滑动到电池装载机器人前端等待夹取电池，电池弹出后，夹取机构04夹取电池并将电池拖至设置在车主体的传送带02上。传送带02向后方传动电池至电池取放机构06，电池取放机构06工作将电池至于电池柜05中空闲的电池仓052内，从而完成取电池工作。

当亏电电池放置好后，电池取放机构06从电池柜05中取一款满电电池，并放置于传送带02上，由传送带02将电池送到电驱机器人08电池仓口处，夹取机构04最终夹取电池并将电池07推入电驱机器人08的电池仓，完成电池安装动作；

新电池装入电驱机器人后，电驱机器人开启电池供电，并向调度系统报告电池更换，调度系统确认后通知电池装载机器人00电池正常安装，电池装载机器人切断给电驱机器人的供电，充电臂01打开锁扣并收回，即完成电池更换任务。

在一种可能的实施方案中，所述电池柜05包括第一电池柜和第二电池柜，所述第一电池柜和第二电池柜之间形成间隙腔；所述夹取机构04包括两个夹取装置，两个所述夹取装置设在所述间隙腔的两侧，两个所述夹取装置之间形成夹持空间。这种两个电池柜并列设置的方式，增大了电池装载机器人00的电池装载量。

所述夹取装置包括平移部件和设置在所述平移部件上的旋转部件，所述平移部件沿所述电池柜延伸方向平移，所述旋转部件内设置伸缩件，所述旋转部件具有旋转至和所述电池柜相平行的收纳状态和与所述电池柜相垂直的工作状态；在所述工作状态下，所述伸缩件能伸出或回缩，以调节夹持空间的大小。传送带设置在两个所述夹取装置之间，所述传送带沿平行于所述电池柜的方向延伸设置。

夹取装置主要功能为将电池07从电驱机器人08上取出到传送带02上，以及将电池07推入至电驱机器人08的电池仓内。参见图3所示，所述平移部件其主要结构包括前后设置的固定座041，其中一侧固定座上装有主电机，带动丝杠导轨044转动，从而带动丝杠导轨上的滑动块042前后移动。所述旋转部件包括设置在所述滑动块042上的次级电机043和连接在次级电机043的转轴上的转动臂045，转动臂可以在垂直丝杠导轨044的平面内90°转动，以分别处于收纳状态（竖直状态）和工作状态（水平状态）。所述伸缩件包括设置在转动臂内部的气缸047，气缸末端连接夹紧机构046，气缸伸缩，调节夹持空间大小，实现夹紧或释放电池。该电池装载机器人整套机构中未装有其它传感器，机构按预设完成动作，其中气缸夹紧力为预设力。丝杠导轨044推动电池07入仓时，控制装置可根据电机扭力判断电池07是否完全推入。

以下为电池装载机器00人执行电池夹取动作的流程：

步骤1、电池07被电驱机器人08弹出仓时，滑动块042已位于电池装载机器人00前端，转动臂045位于水平位置，气缸047未动作，处于收回状态，此时两侧夹紧机构046的距离大于电池07宽度；

步骤2、气缸047动作推出夹紧机构046，以夹紧电池07，根据预先调好的预设夹紧力，夹紧机构046可将电池夹紧；

步骤3、固定座041内的电机逆向转动，带动滑动块042向后移动，此时电池07被夹紧机构046夹住而被带出电驱机器人08电池仓并被拖到电池装载机器人00的传送带02上；

步骤4、固定座内的电机041继续逆向转动，同传送带02一起将电池拖至电池取放机构06处；

步骤5、此时夹取机构已完成其动作，气缸047收回夹紧机构046，次级电机043转动将转动臂045调整为竖直位置；

步骤6、传送带02再次工作，将电池07推上电池取放机构。

以下提供本发明电池装载机器人执行电池安装动作的流程：

步骤1、满电电池由电池取放机构取下并推至传送带02上，此时滑动块042位于后方，转动臂045位于竖直位置，气缸047收回处于收纳位置；

步骤2、次级电机043工作，将转动臂045至于水平位置；

步骤3、气缸047动作，带动夹紧机构046夹紧电池；

步骤4、固定座内电机041正向转动，同传送带02一并将电池07送入电驱机器人08电池仓口处；

步骤5、此时，主要由夹取机构04继续将电池推入电驱机器人08的电池仓，主电机根据扭力判断电池是否完全安装到位。

在一种可能的实施方案中，所述电池取放机构包括升降部件和平移部件，所述平移部件连接在所述升降部件上，所述平移部件具有转台064，所述转台上设置传送带063。

具体的，升降部件包括驱动装置、外壳061、升降链条及导轨062。平移部件包括转台064和伸缩臂065，转台064上装有传送带063，与机器人底盘传送带配合运输电池，伸缩臂065前端装有旋转电机066可带动转台064左右90°旋转，当需要将电池放入或取出时，转台旋转90°，转台上传送带063与电池柜体上预留的避让槽056对接，将电池07放入或取出。转台连接在导轨062上，驱动装置通过升降链条和转台064连接，以驱动转台064沿导轨062升降运动。

优选的，所述电池柜05上各电池仓052呈多行多列排布，同一列相邻的两个电池仓之间通过隔板隔离，所述隔板上设置避让槽056。

在一种可能的实施方案中，所述电池仓052内设置固定装置053和充电电极054，在电池07装入所述电池仓052内的状态下，所述固定装置053固定所述电池，所述充电电极054和所述电池电连接。

本申请中，电池柜05内各个电池仓052配有固定装置053，当电池07放入后，电池固定装置053夹紧电池，2个固定销插入电池盒两侧的定位孔，电池固定装置053上同时装有电极，电池仓两侧的固定装置053电极分别连接正极和负极，对应电池两侧的电极，当电池被固定住的同时，固定装置053上的电极与电池07电极接触，系统开启电池均衡功能，为亏电电池充电。电池柜05底部装有两排电源电极057，可为电池装载机器人00供电，和作为充电站的充电接口。其中电池固定装置053可以包括驱动电机，驱动电机驱动该电池固定装置053伸出或缩回，以方便取放电池。如图5所示，电池仓052两侧的壁板内装有供电线与电极连接及电池固定装置的驱动电机连接。

电池入仓和出仓的基本流程如图7和图8所示。电池取放机构06完成电池07放入和取出动作，电池装载机器人00的控制装置分别在电池放入和取出时，分配仓位编号，电池取放机构06根据仓位编号执行动作。控制装置控制电池固定装置动作，控制装置根据电池均衡策略为亏电电池充电，并计算电池组的充电规划，当判断所有电池所剩电力不足时，即向调度系统发送指令，并前往充电站，对整车电池组进行充电。

所述电池柜内各充电电极通过电池均衡电路电连接，所述电池均衡电路用于控制电量大的电池向电量小的电池充电，均衡电池柜内各电池电量。

本申请同时还提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括调度系统、电驱机器人和上述的电池装载机器人，所述调度系统分别与所述电驱机器人和电池装载机器人通信连接。

该电池管理系统的控制方法包括：调度系统分别获取各电驱机器人的电池状况信息，判断各电驱机器人是否处于亏电状态，并选定目标电池装载机器人00，向所述目标电池装载机器人00发送换电指令，目标电池装载机器人00在接收到指令后，执行对相应电驱机器人08进行电池更换操作。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种电池装载机器人，其特征在于，包括：

车主体，所述车主体上设置行走机构；

电池柜，所述电池柜连接在所述车主体上，所述电池柜上设置多个电池仓；

夹取机构，所述夹取机构设置在所述车主体上，用于取出电驱机器人的电池或将电池装入电驱机器人；

电池取放机构，所述电池取放机构设置在所述车主体上，所述电池取放机构能沿所述电池柜所在平面移动，以将电池装入相应的电池仓或由电池仓取出；

控制装置，所述控制装置分别与所述行走机构、夹取机构、电池取放机构数据连接，以在电驱机器人运行过程中，协调各模块的动作，执行电池更换作业；

充电臂，所述充电臂具有充电端子；在执行电池更换动作过程中，所述充电臂和所述电驱机器人连接固定，所述充电端子和所述电驱机器人电连接；

所述电池柜包括第一电池柜和第二电池柜，所述第一电池柜和第二电池柜之间形成间隙腔；所述夹取机构包括两个夹取装置，两个所述夹取装置设在所述间隙腔的两侧，两个所述夹取装置之间形成夹持空间；

所述夹取装置包括平移部件和设置在所述平移部件上的旋转部件，所述平移部件沿所述电池柜延伸方向平移，所述旋转部件内设置伸缩件，所述旋转部件具有旋转至和所述电池柜相平行的收纳状态和与所述电池柜相垂直的工作状态；在所述工作状态下，所述伸缩件能伸出或回缩，以调节夹持空间的大小。

2.根据权利要求1所述的一种电池装载机器人，其特征在于，两个所述夹取装置之间还设置有传送带，所述传送带沿平行于所述电池柜的方向延伸设置。

3.根据权利要求1所述的一种电池装载机器人，其特征在于，所述电池取放机构包括升降部件和平移部件，所述平移部件连接在所述升降部件上，所述平移部件具有转台，所述转台上设置传送带。

4.根据权利要求1所述的一种电池装载机器人，其特征在于，所述电池柜上各电池仓呈多行多列排布，同一列相邻的两个电池仓之间通过隔板隔离，所述隔板上设置避让槽。

5.根据权利要求1所述的一种电池装载机器人，其特征在于，所述电池仓内设置固定装置和充电电极，在电池装入所述电池仓内的状态下，所述固定装置固定所述电池，所述充电电极和所述电池电连接。

6.根据权利要求5所述的一种电池装载机器人，其特征在于，所述电池柜内各充电电极通过电池均衡电路电连接，所述电池均衡电路用于控制电量大的电池向电量小的电池充电，均衡电池柜内各电池电量。

7.一种电池管理系统，其特征在于，包括调度系统、电驱机器人和如权利要求1-6任一所述的电池装载机器人，所述调度系统分别与所述电驱机器人和电池装载机器人通信连接。

8.一种如权利要求7所述的电池管理系统的控制方法，其特征在于，包括：调度系统分别获取各电驱机器人的电池状况信息，判断各电驱机器人是否处于亏电状态，并选定目标电池装载机器人，向该电池装载机器人发送换电指令。

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