CN117715840A - 装载处理设备、存储和取回系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于升降和移动容器的装载处理设备，其中容器被布置在存储结构中的堆垛中。存储结构包括按网格图形布置的轨道结构，网格图形在容器堆垛上方限定复数个网格单元。装载处理设备包括：被配置为在轨道结构上水平移动装载处理设备的驱动组件；被配置为从堆垛中提升容器的升降机构；电源；以及可外部访问的电源隔间，电源隔间被配置为电耦接至电源。电源隔间被进一步配置为在竖直方向上可移除地接收电源。

Description

装载处理设备、存储和取回系统及方法

技术领域

本发明涉及一种带有可更换电源的装载处理设备以及一种给在存储系统中操作的装载处理设备电源的更换方法。

背景技术

一些工商业活动需要可存储和取回大量不同产品的系统。WO2015/185628A描述了一种存储和取回系统，其中存储容器堆垛被布置在网格存储结构内。容器可通过在网格存储结构顶部的轨路或轨道上运行的装载处理设备从上方进行访问。

每个装载处理设备通过可充电电池来操作。可充电电池通常通过将装载处理设备驱动至位于轨道结构边缘处的充电站来就地充电。给电池充电时，装载处理设备在充电站保持不动。充电时间是装载处理设备产生停机时间的重要原因，且可能需要几个小时。

为了缓解充电停机时间的问题，装载处理设备可以采用可更换电池来进行供电。当装载处理设备的电池耗尽，将耗尽的电池更换为充满电的电池，进而将充电停机时间缩短为更换电池所需的时间，而非为电池充电的时间。

WO2015104263公开了一种远程操作的载具，用于从下层存储系统中提起存储容器。远程操作的载具包括可释放地耦接至载具主体的主电源。当主电源即将耗尽，载具会接近固定充电站，固定充电站被配置为将耗尽的主电源从载具脱离并转运到充电站。将耗尽的主电源转运到充电站后，载具会移动到另一充电站以与充好电的主电源耦接。

WO2015104263中的系统存在若干缺点。首先，载具需要在两个充电站之间移动来彻底完成电源更换，耗时且低效。其次，由于载具需要在移除主电源之后移动，所以在此期间，载具需要辅助电源来为载具供电。而必须提供辅助电源增加了成本，减少了载具内的空间并且增加了载具的电路和控制系统的复杂程度。

WO2019092029公开了一种系统，其中单个充电站组件含有多个竖直布置并能在组件上竖直移动的充电站。这让载具能够与单个的充电站组件交互来更换电源。然而，载具仍需要朝着或远离充电站组件水平移动来彻底完成电源更换，因此，WO2019092029的系统具有与上文WO2015104263所述系统相同的缺点。

因此，需要一种能够有效减少装载处理设备的停机时间的装载处理设备及存储系统。

发明内容

本发明由所附权利要求进行限定。

装载处理设备

提供了一种用于升降和移动容器的装载处理设备，其中容器被布置在包括轨道结构的存储结构中的堆垛中。轨道结构包括第一组轨道和第二组轨道，第一组轨道沿第一方向延伸而第二组轨道沿第二方向延伸，第二方向基本垂直于第一方向以形成网格图形，网格图形限定容器堆垛上方的复数个网格单元。装载处理设备包括：

驱动组件，驱动组件被配置为在轨道结构上水平移动装载处理设备；

升降机构，升降机构被配置为从堆垛中提升容器；

电源；以及

可外部访问的电源隔间，电源隔间被配置为电耦接至电源，其中电源隔间进一步被配置为在竖直方向上可移除地接收电源。

通过提供允许在竖直方向上插入和移除电源的电源隔间，装载处理设备至少具备以下优点，特别是相对于例如背景部分所述的那些装载处理设备来说——其中电源在水平方向上进行更换。

· 电源隔间可从外部访问，因此，电源可以方便高效地进行更换，无需打开装载处理设备的主体。这也使得电源能在装载处理设备保持在轨道结构上时进行更换。

· 装载处理设备不需要呈现特定的侧面来更换电源，而这为如何在轨道结构上定向放置装载处理设备以及安置用于更换电源的外围设备提供了灵活性。

· 装载处理设备不需要沿水平方向移动以更换电源，这腾出了轨道结构上的空间，并且在移除电源后，装载处理设备也无需具备辅助电源来为驱动组件供电。

· 在插入或移除电源时，装载处理设备不需要提供水平的反作用力（例如使用制动机构）来防止装载处理设备移动，因为反作用力在竖直方向上并由装载处理设备下方的轨道结构提供。

电源可以是电池。电池可以是可充电电池。

电源隔间可以从装载处理设备上方从外部访问。电源隔间可以包括顶面开口，并且电源隔间可以被配置为经由顶面开口在向下方向上可移除地接收电源。这样一来，将电源插入到电源隔间以及电源与电源隔间之间的电耦接自然会受到电源重量以及重力的辅助。

顶面开口可以由装载处理设备的外部主体（例如外部壳体）进行限定。顶面开口可以由装载处理设备的外部主体的外部顶面或表面进行限定。

电源隔间可以包括限定顶面开口的侧壁。

顶面开口可以由一个或多个定位表面至少部分地限定，一个或多个定位表面朝着电源隔间向下逐渐变窄。这样一来，在将电源插入电源隔间时，电源无需与电源隔间精准对齐。替代地或附加地，电源的底部可以包括一个或多个锥形定位表面。

电源隔间可以完全位于装载处理设备的外部主体（例如外部壳体）内，使得电源在被接收在电源隔间中时完全位于装载处理设备的外部主体内。替代地，电源隔间可以仅部分位于装载处理设备的外部主体内，使得电源在被接收在电源隔间中时电源的一部分从外部主体突出。这可以有助于从电源隔间移除电源，因为可暴露的表面积更大，并且可以为其他部件腾出装载处理设备的外部主体内的空间。替代地，电源隔间可以位于装载处理设备的外部主体上，即电源隔间可以位于装载处理设备的外部主体之外。例如，电源隔间可以位于外部主体的顶部上。

电源隔间可以由底壁和/或一个或多个侧壁至少部分地限定。电源隔间可以从侧面和底部完全或部分地物理包围电源。电源隔间的侧壁可以包括竖直延伸的凹槽，竖直延伸的凹槽被塑形并被配置为竖直接收电源侧壁上的对应凸舌（突起），以便限制电源相对于侧壁沿水平方向移动。通过这种布置，电源隔间能够限制电源的水平移动，且无需用侧壁完全围住电源的周边。

在电源电耦接至电源隔间时，电源可以为装载处理设备的一个或多个电气或电子部件供电，例如驱动组件和/或升降机构。

电源隔间可以被配置为在电源被竖直接收在电源隔间中时电耦接至电源，并在电源从电源隔间竖直移除时与电源电解耦。换句话说，将电源竖直插入电源隔间的动作导致电源使得电源自动耦接至电源隔间。

电源隔间可以包括电连接器，电连接器被配置为在电源被竖直接收在电源隔间中时电耦接至电源对应的电连接器，并在电源从电源隔间竖直移除时与电源的电连接器电解耦。电源隔间的电连接器可以包括公头连接器，而电源的电连接器可以包括母头连接器，或者反之亦然。替代地，电连接器可以包括电接触器。

电源隔间和电源的电连接器可以面向相反的竖直方向。电源隔间的电连接器可以朝上，而电源的电连接器可以朝下。电源隔间的朝上的电连接器可以设置在电源隔间的底壁上，而电源的朝下的电连接器可以设置在电源的底壁上。

替代地，电源隔间和电源的电连接器可以面向相反的水平方向。电连接器可以设置在电源隔间和电源的相对侧壁上。电源隔间的电连接器和/或电源的电连接器可以在水平方向上偏置，使得电连接器在电源插入电源隔间时互相接触。

装载处理设备可以进一步包括锁定机构，锁定机构被配置为将电源可释放地锁定在电源隔间中。当装载处理设备移动时或者如果装载处理设备倒下，锁定机构有助于将电源保持在电源隔间内。

电源隔间可以包括位于电源隔间上/中或电源上的第一锁定构件，以及相应位于电源上或电源隔间上/中的第二锁定构件，其中第一锁定构件被配置为在锁定位置与释放位置之间移动，在锁定位置，第一锁定构件在竖直方向上阻挡第二锁定构件以防止电源竖直移出电源隔间，在释放位置，电源可自由竖直移出电源隔间。

第一和第二锁定构件可以包括竖直面向的阻挡表面，竖直面向的阻挡表面被配置为在第一锁定构件处于锁定位置时在竖直方向上彼此直接相对。例如，电源隔间的锁定构件可以包括朝下的阻挡表面，而电源的锁定构件可以包括朝上的阻挡表面，阻挡表面被配置为在第一锁定构件处于锁定位置时接合以防止电源被竖直提出电源隔间。

第一锁定构件可以包括突起（例如销、块、钩子等），而第二锁定构件可以包括槽或突起（例如边沿、肋状物）。第二锁定构件可以是电源的顶表面。

第一锁定构件可以被配置为在锁定位置与释放位置之间线性（例如沿水平方向）移动。替代地，第一锁定构件可以被可枢转地安装并被配置为在锁定位置与释放位置之间可枢转地旋转。

锁定机构可以包括被配置为选择性地与第一和第二锁定构件接合和/或脱离的致动器（例如电致动器）。

锁定机构可以被配置，使得将电源竖直插入电源隔间会让电源自动锁定在电源隔间中，例如通过机械锁定机构。

第一锁定构件可以朝着锁定位置偏置。例如，第一锁定构件可以通过弹簧偏置，或者第一锁定构件可以由弹性材料制成，在向释放位置变形后会返回锁定位置。第一和/或第二锁定构件的表面可以具有几何形状（例如锥形表面），使得将电源竖直插入电源隔间会导致第二锁定构件与第一锁定构件接合并克服偏置力将第一锁定构件移动至释放位置，直到第二锁定构件已经竖直超过第一锁定构件。

锁定机构可以包括释放机构，释放机构被配置为在激活时克服偏置力将第一锁定构件移动至释放位置。例如，释放机构可以包括释放构件，释放构件机械连接至第一锁定构件并被配置为克服偏置力朝着释放位置移动第一锁定构件。例如，释放构件可以包括按钮，按钮被配置为当按住按钮时将第一锁定构件移动至释放位置，而在释放按钮时允许第一锁定构件在偏置力的作用下返回至锁定位置。

锁定机构可以被配置为在电源相对于电源隔间沿第一方向围绕竖直轴旋转时将电源锁定在电源隔间中，而在电源相对于电源隔间沿与第一方向相对的第二方向围绕竖直轴旋转时将电源从电源隔间释放。例如，锁定机构可以包括螺纹耦接件或卡口耦接件。

锁定机构可以被配置为磁力地耦接电源和电源隔间。例如，电源隔间可以包括电磁体，而电源可以包括铁磁部分，或者反之亦然，其中激活电磁体防止电源从电源隔间竖直移除，而停用电磁体则允许电源从电源隔间竖直移除。

电源可以包括具有纵轴的圆柱外壳体，而电源隔间可以被配置为接收电源，使得纵轴被竖直定向。电源隔间可以具有对应的圆柱形状。圆柱形电源可能具有优势，因为电源能够被竖直接收在电源隔间中，而不用考虑电源围绕竖直轴的角定向。对于上文提及的旋转锁定机构，圆柱形外壳体也可以有助于电源相对于电源隔间的旋转。

装载处理设备可以包括用于接收由升降机构提升的容器的容器接收空间，而电源隔间可以位于容器接收空间上方。装载处理设备可以包括主体，主体包括下部分以及布置在下部分上方的上部分。下部分可以装下容器接收空间。上部分可以至少部分地装下电源隔间。上部分还可以装下其他部件，例如升降机构的部件（例如电机）和/或无线通信部件。

升降机构可以包括被配置为可释放地夹持容器的夹持设备。升降机构可以被配置为相对于装载处理设备抬高和降低夹持设备。

存储和取回系统

提供了一种存储和取回系统，存储和取回系统包括：

包括轨道结构的存储结构，轨道结构包括第一组轨道和第二组轨道，第一组轨道沿第一方向延伸，而第二组轨道沿第二方向延伸，第二方向基本垂直于第一方向以形成限定复数个网格单元的网格图形；

布置在存储结构内的复数个容器堆垛，每个堆垛被布置在网格单元下方；

上文限定的装载处理设备，装载处理设备被配置为在轨道结构上水平移动；以及

包括末端执行器的电源更换装置，末端执行器被配置为可释放地抓住电源并相对于装载处理设备竖直移动，以将电源从电源隔间竖直移除和/或将电源竖直插入电源隔间。

末端执行器可以被进一步配置为相对于装载处理设备水平移动。末端执行器可以被进一步配置为围绕竖直轴旋转。末端执行器可以被进一步配置为围绕水平轴旋转。

电源更换装置可以包括位于轨道结构上或邻近轨道结构的底座，而末端执行器可以相对于底座移动。

底座可以相对于轨道结构水平移动。这让电源更换装置能够在轨道结构上的多于一个地点处更换装载处理设备的电源。例如，底座可以在邻近轨道结构外周边的平台上移动，或者底座可以在轨道结构上移动。

底座可以相对于轨道结构固定。例如，底座可以被固定在邻近轨道结构外周边的平台上，或者底座可以被固定在轨道结构上，例如网格单元上。

电源更换装置可以包括构架，构架被安装在轨道结构的至少一部分的正上方，而末端执行器可以通过构架支撑在轨道结构上方。

构架可以包括水平梁，而末端执行器可以被配置为沿着水平梁水平移动。水平梁可以被安装在成排网格单元上方。水平梁可以包括可沿着水平梁水平移动的托架，托架可以支撑末端执行器，而末端执行器可以被配置为相对于托架竖直移动。

水平梁可以通过向下延伸的腿部支撑在轨道结构上方，向下延伸的腿部在水平梁的相对端处。腿部可以相对于轨道结构被固定。替代地，腿部可以沿着垂直于水平梁纵轴的水平方向相对于轨道结构移动。这让水平梁能在复数排网格单元上方移动。

水平梁可以被支撑在两个相对壁之间，而非支撑的腿部，或者由围绕框架的建筑物或其他结构的天花板进行支撑。水平梁可以沿着垂直于梁纵轴的水平方向移动。例如，水平梁可以被安装在两个相对的轨路之间，以用于沿着相对轨路的移动。这让水平梁能在复数排网格单元上方移动。

末端执行器可以在用于保持电源的保持位置与用于释放电源的释放位置之间选择性地移动。例如，末端执此器可以采用夹持器的形式，夹持器包括两个或两个以上的夹持构件，夹持构件被配置为朝着和远离彼此移动以夹持和释放电源。

末端执行器可以被配置为当装载处理设备位于复数个指定网格单元的任意一个时从电源隔间移除电源和/或将电源插入电源隔间。换句话说，电源更换装置可以被配置为将末端执行器移动至复数个指定网格单元的任意一个，以允许末端执行器在装载处理设备位于复数个指定网格单元的任意一个时从电源隔间移除电源和/或将电源插入电源隔间。这使得电源更换装置即使在装载处理设备发生故障并堵塞某个指定网格单元时还能继续操作。

电源可以包括铁磁部分，而末端执行器可以包括电磁体，电磁体用来通过铁磁部分可释放地抓住电源。

电源更换装置可以是机械臂。机械臂可以是单轴机械臂、2轴、3轴、4轴、5轴或6轴机械臂，或者是超过6轴的机械臂。机械臂可以是关节式机械臂。机械臂可以是龙门架或者笛卡尔机器人。

电源更换装置可以包括第一末端执行器以及第二末端执行器，第一末端执行器被配置为在使用中将电源从装载处理设备的电源隔间中竖直移除，而第二末端执行器被配置为在使用中将电源竖直插入所述装载处理设备的电源隔间。

存储和取回系统可以进一步包括电源存储站，电源存储站包括被配置为接收电源的至少一个电源保持部。电源更换装置可以被配置为在使用中在装载处理设备和电源存储站之间移动电源。例如，电源更换装置可以被配置为将耗尽的电源从装载处理设备的电源隔间移动至电源存储站的电源保持部，并将替换电源从电源存储站的电源保持部移动至装载处理设备的电源隔间。

电源可以是可充电电源，而电源保持部可以被配置为给接收在电源保持部的可充电电源充电。

电源保持部可以被配置为在水平方向上可移除地接收电源。末端执行器可以被配置为在竖直朝向与水平朝向之间围绕水平轴定向放置电源，竖直朝向用于将电源插入电源隔间或从电源隔间移除电源，水平朝向用于将电源插入电源保持部或从电源保持部移除电源。

电源保持部可以被配置为在竖直方向上（例如从上方）可移除地接收电源。电源存储站可以被配置为在呈现位置与存储位置之间移动电源保持部，其中在呈现位置，电源保持部可从上方由末端执行器访问（以允许电源保持部在竖直方向上从上方可移除地接收电源），而在存储位置，电源保持部无法从上方由末端执行器访问。

电源保持部可以被配置为在存储位置与呈现位置之间水平移动。

电源保持部可以被配置为在存储位置与呈现位置之间竖直移动。例如，电源存储站可以包括竖直的旋转架，其中电源保持部可被布置在旋转架上，而竖直的旋转架可以被配置为围绕水平轴旋转，以在呈现位置与存储位置之间选择性地移动电源。

电源存储站可以位于轨道结构上或邻近轨道结构。例如，电源存储站可以位于邻近轨道结构外周边的平台上，或者位于轨道结构的一个或多个网格单元上。

电源存储站可以具有与轨道结构背离的后侧。电源保持部可以从后侧进行访问，以允许从电源站的后侧将电源插入电源保持部或者从电源保持部移除电源。这使得电源能够通过人类工作人员（例如，为了维护）从电源存储站移除，而无需工作人员置身于潜在危险设备（例如轨道结构、装载处理设备、电源更换装置等）所在的区域，或者无需关闭潜在危险设备。

电源存储站可以包括复数个电源保持部，每个被配置为接收电源。电源保持部可以被竖直布置在单个纵列中，或者被竖直布置在复数个水平邻近的纵列中，或者被布置在水平平面内。

电源更换装置可以被安装在电源存储站，或者安装在邻近电源存储站的地点，例如在电源存储站与轨道结构之间。

更换装载处理设备的电源的方法

提供了一种为上述装载处理设备或者为上述存储和取回系统的装载处理设备更换电源隔间中的电源的方法。此方法包括以下步骤：

(i) 从电源隔间竖直移除第一电源；以及

(ii) 将第二电源竖直插入电源隔间。

从移除第一电源到插入第二电源期间，装载处理设备可以至少在水平方向上（例如在轨道结构的同一网格单元上）保持不动。

附图说明

现参考附图仅以实施例的方式来描述本发明，其中相似的附图标记用于相似的特征，并且其中：

图1是网格存储结构和容器的示意性立体图；

图2是位于图1存储结构顶部上的轨道的示意性平面图；

图3示出了位于图1存储结构顶部上的装载处理设备；

图4是单个装载处理设备的示意性立体图，其中升降机构处于降低配置；

图5是图4装载处理设备的示意性剖面图，其中升降机构处于抬高和降低配置；

图6A是装载处理设备的示意性立体图，其中外部侧壁被移除，示出了电源隔间中的电源；

图6B是图6A装载处理设备的示意性横截面侧视图；

图7A是另一装载处理设备的示意性立体图，其中外部侧壁被移除，示出了电源隔间中的电源；

图7B是图7A装载处理设备的示意性横截面侧视图；

图8是位于装载处理设备顶部的电源隔间和电源的示意性立体图；

图9是邻近轨道结构的电源更换装置的示意性立体图；

图10是位于轨道结构上方的另一电源更换装置的示意性立体图；

图11A是用于将电源可释放地锁定在电源隔间中的锁定机构的示意性横截面视图；

图11B是用于将电源可释放地锁定在电源隔间中的另一锁定机构的示意性横截面视图；

图11C是用于将电源可释放地锁定在电源隔间中的另一锁定机构的示意性横截面视图；

图11D是用于将电源可释放地锁定在电源隔间中的另一锁定机构的示意性横截面视图；

图12A是用于存储电源的第一实施例电源存储站的示意性立体图；

图12B是用于存储电源的第二实施例电源存储站的示意性立体图；

图12C是用于存储电源的第三实施例电源存储站的示意性立体图；

图12D是用于存储电源的第四实施例电源存储站的示意性立体图；

图12E是安装在第四电源存储站的顶部上的电源更换装置的示意性立体图；

图13是带有开放构架结构的装载处理设备的外部主体的示意性立体图。

具体实施方式

图1示出了存储和取回系统的存储结构1。存储结构1包括构架，构架包括直立构件3以及由直立构件3支撑的水平构件5、7。水平构件5相互平行延伸并与所示x轴平行延伸。水平构件7相互平行延伸且与所示y轴平行延伸，并横向于水平构件5延伸。直立构件3相互平行延伸且与所示z轴平行延伸，并横向于水平构件5、7延伸。水平构件5、7形成限定复数个网格单元14的网格图形。在所示实施例中，存储容器9被布置在由网格图案限定的网格单元14下方的堆垛11中，每个网格单元14有容器9的一个堆垛11。

图2示出了轨道结构13的区段的大比例平面图，轨道结构13形成图1所示存储结构1的局部并位于图1所示存储结构1的水平构件5、7的顶部。轨道结构13可由水平构件5、7本身（例如，形成在水平构件5、7的表面中或表面上）或由安装在水平构件5、7顶部的一个或多个附加部件设置。所示轨道结构13包括x方向轨道17和y方向轨道19，即沿x方向延伸的第一组轨道17，以及沿y方向延伸且横向于第一组轨道17的轨道17的第二组轨道19。轨道17、19限定位于网格单元14中心处的孔15。孔15的大小被设计成允许位于网格单元14下方的容器9通过孔15被抬升和降低。x方向轨道17由通道21隔开且成对设置，y方向轨道19由通道23隔开且成对设置。轨道结构的其他设置也是可能的。

图3展示了在图1所示存储结构1的顶部移动的复数个装载处理设备100。也可被称为机器人或机器人程序的装载处理设备100设有轮子组来与对应的x方向或y方向轨道17、19接合，以使机器人100能够穿过轨道结构13行进并到达特定的网格单元14。由通道21、23隔开的所示成对轨道17、19能让机器人100占据（或相互经过）相邻的网格单元14而不会相互碰撞。

如图4所示，机器人100包括主体102，能让机器人100执行其预期功能的一个或多个部件被安装在主体102中或主体102上。这些功能可以包括在轨道结构13上穿过存储结构1以及抬高或降低容器9（例如，从堆垛11或到堆垛11），以便机器人100能在由网格图案限定的特定地点取回或存放容器9。

所示机器人100包括驱动组件，驱动组件包括第一组和第二组轮子104、106，第一组和第二组轮子104、106安装在机器人100的主体102上并能让机器人100分别以x和y方向沿轨道17和19移动。具体地，两个轮子104设置在图4中可见的机器人100的较短侧上，而另外两个轮子104设置在机器人100的相对的较短侧上。轮子104与轨道17接合并且可旋转地安装在机器人100的主体102上，以允许机器人100沿轨道17移动。类似地，两个轮子106设置在图4中可见的机器人100的较长侧上，而另外两个轮子106设置在机器人100的相对的较长侧上。轮子106与轨道19接合并且可旋转地安装在机器人100的主体102上，以允许机器人100沿轨道19移动。

机器人100还包括配置为抬高和降低容器9的升降机构108。所示升降机构108包括在其下端处连接至夹持设备112的四个绳索110。绳索110可以是缆绳、绳子、带子的形式，或者是具有提升容器9所需物理特性的任何其他形式的绳索。夹持设备112包括配置为与容器9的特征接合的夹持机构。例如，容器9可在其上侧设置可与夹持机构接合的一个或多个孔。替代地或附加地，夹持机构可以被配置为钩在容器9的边沿或唇缘下方，和/或夹住或抓握容器9。根据需要，绳索110可以向上或向下卷绕以抬高或降低夹持设备112。可设置一个或多个电机或其他工具来影响或控制绳索110的向上或向下卷绕。

如图5所示，所示机器人100的主体102具有上部分114和下部分116。上部分114被配置为容纳一个或多个操作部件（未示出），例如升降机构的部件（例如电机）、无线通信部件等。下部分116被布置在上部分114下方。下部分116包括容器接收空间或空腔118，用于容纳已经由升降机构108抬高的容器9的至少一部分。容器接收空间118的大小被设计成使得容器9可以充分装进空腔内部，以让机器人100能在存储结构1的顶部移动横穿轨道结构13，且不会使容器9的下侧卡在轨道结构13上或存储结构1的另一部分上。当机器人100到达其预期目的地时，升降机构108控制绳索110以将夹持设备112和相应的容器9从空腔降低至预期位置。预期位置可以是容器9的堆垛11或存储结构1的出口点（或者，如果机器人100已经移动至收集容器9以存储在存储结构1中，则为存储结构1的入口点）。尽管在所示实施例中，上部分和下部分114、116被实体分隔件分开，但在其他具体实施方式中，上部分和下部分114、116可不被机器人100的主体102的特定部件或局部实体地分隔。

机器人100的容器接收空间118可以不在机器人100的主体102内。例如，容器接收空间118可改为邻近机器人100的主体102，例如采用悬臂布置，用机器人100的主体102的重量平衡待提升容器的重量。在这样的具体实施方式中，升降机构108的构架或臂可以从机器人100的主体102中水平突出，而绳索110可以被布置在突出构架/臂的各个地点,并被配置为从这些地点抬高和降低以将容器抬高和降低至邻近主体102的容器接收空间118中。构架/臂在机器人100的主体102上安装以及从机器人100的主体102上突出的高度可以进行选择以达到预想的效果。例如，对于构架/臂来说，优选的是在机器人100的主体102的高层面处突出，以让较大的容器（或复数个容器）能够被抬高至构架/臂下方的容器接收空间118中。替代地，构架/臂可以被布置在主体102较低的地方突出（但高度仍足够在构架/臂与轨道结构13之间容纳至少一个容器），以便在机器人100装载有容器时使机器人100保持较低的重心。

为了让机器人100能沿第一和第二方向在不同的轮子104、106上移动，驱动组件进一步包括轮子定位机构，用于选择性地将第一组轮子104与第一组轨道17或是第二组轮子106与第二组轨道19接合。轮子定位机构被配置为相对于主体102抬高和降低第一组轮子104和/或第二组轮子106，进而让装载处理设备100能够选择性地沿第一方向或第二方向移动横穿存储结构1的轨道17、19。

轮子定位机构可以包括一个或多个线性致动器、旋转部件或其他用来相对于机器人100的主体102抬高和降低至少一组轮子104、106以让至少一组轮子104、106与轨道17、19接触和脱离接触的工具。在一些实施例中，仅一组轮子被配置为被抬高和降低，并且降低一组轮子的行为可以有效地将其他组轮子抬离对应的轨道，而抬高一组轮子的行为可以有效地将其他组轮子降低至与对应的轨道接触。在其他实施例中，两组轮子都可以被抬高和降低，这有利地意味着机器人100的主体102保持在基本相同的高度，因此主体102的重量以及安装在主体上的部件的重量不需要通过轮子定位机构来提升和降低。

如图6A和图6B所示，机器人100进一步包括电源202。图6A是机器人100的立体图，其中外部侧壁被移除，使得机器人100的内部被示出。图6B是机器人100的局部横截面侧视图。为清晰起见，这些图以及接下来的图中省略了上述一些机器人部件（例如升降机构）。

电源202为机器人100的一个或多个电气部件供电，例如升降机构和/或驱动组件。电源202可以是电池或者任何其他类型的用于输送电力的合适电源，例如超级电容器。电源202包括外壳体204。外壳体204被描绘为立方形，但它也可以是其他形状，例如圆柱形状。为了便于人手或机械末端执行器处理电源202，外壳体204可以包括一个或多个夹持特征206，例如突起和/或槽。电源202优选地是可充电电源，但是也可以是一次性电源。

机器人100进一步包括可外部访问的电源隔间150，即它可以从装载处理设备的主体之外进行访问。电源隔间150被配置为在竖直方向上可移除地接收电源202。在这一所示实施例中，电源隔间150完全位于机器人100主体的上部分内，使得电源202被完全接收在机器人100的主体内。在这一所示实施例中，电源隔间150由侧壁154和底壁152限定，侧壁154和底壁152被配置为将电源202与机器人100的上部分内部的其他部件分隔开。然而，电源隔间150可以仅由侧壁和/或底壁部分限定，或者电源隔间150可以仅仅是能够放置电源202的预留空间。电源隔间150的底部也可以由将机器人100的上部分与下部分物理分隔的壁来限定，且电源隔间154的一个或多个侧面可以由机器人100的外部壳体130限定。

电源隔间150被示出为相对于机器人100水平居中，这有助于机器人100在随着电源隔间150中的电源202移动时保持平衡，但是电源隔间150也可以位于其他地方，例如朝着机器人100的一个水平侧。

电源隔间150进一步包括顶面开口132，在这一实施例中，顶面开口132被限定在主体102的外部壳体130的顶表面131中。顶面开口132的尺寸被设计，使得电源隔间150能够经由顶面开口132在竖直方向上接收电源202。顶面开口132可选地包括一个或多个定位表面134，一个或多个定位表面134朝着电源隔间150向下逐渐变窄，用于顺着电源隔间150引导电源202。通过提供定位表面134，在电源202被插入电源隔间150时，电源202无需与电源隔间150精准对齐。替代地或附加地，出于相同目的，电源壳体204的底部可以包括一个或多个锥形表面。

电源202经由电源壳体204上的一个或多个电连接器210以及电源隔间150中的一个或多个电连接器158电耦接至电源隔间150。电连接器158、210被配置为在电源202被竖直接收在电源隔间150中时连接，而在电源202从电源隔间150竖直移除时脱离。如图6B所示，电源202的电连接器210位于电源壳体204的底壁208的朝下表面上，而电源隔间150的电连接器158位于电源隔间150的底壁152的朝上表面上。然而，电连接器158、210可以分别位于电源壳体204和电源隔间150的任意竖直相对的表面上。当电源202被竖直插入电源隔间150时，电源壳体204的底壁208朝着电源隔间150的底壁152移动，直到电连接器158、210连接。电源202的重量有助于竖直相对的电连接器158、210进行连接并保持连接。电连接器可以采用任意合适电连接器的形式，例如公头连接器和母头连接器（例如引脚和对应插孔）或电连接器。

替代地，电连接器158、210可以面向相对的水平方向。例如，电连接器158、210可以位于电源隔间150的侧壁154以及电源壳体204的侧壁212上，并经配置使得它们在电源202已被接收在电源隔间150中时耦接。例如，电源隔间150的电连接器158可以朝着电源壳体204的侧壁212偏置（例如用弹簧偏置），和/或电源的电连接器158、210可以朝着电源隔间150的侧壁154偏置。

电源隔间150不需要完全容纳在机器人100的外部壳体130内。例如，如图7A和7B所示，电源隔间150仅部分位于机器人100的外部壳体130内，使得电源202在被接收在电源隔间150中时从机器人100的外部壳体130突出。由于暴露的表面积更大，这可以有助于电源202从电源隔间150的手动或自动移除，并在机器人100内部为其他部件腾出空间。

图8示出了替代性实施例，其中整个电源隔间150在机器人100的外部壳体130之外。在这一实施例中，电源隔间150位于机器人100的外部壳体130的顶表面131上。电源隔间150由侧壁154部分限定。侧壁154包括竖直延伸的凹槽156，竖直延伸的凹槽156被塑形并被配置为竖直接收电源壳体204的侧壁212上的对应凸舌214（即突起），以便限制电源202相对于电源隔间150沿水平方向移动。在所示实施例中，虽然凸舌214和凹槽156呈T字形轮廓，但是要实现相同的效果，其他轮廓也是可能的。这样一来，电源隔间150能够限制电源202的水平移动，而无需用侧壁完全围住电源202的周边。

在机器人100于轨道结构13上操作期间，电源202的能量将耗尽，直到需要用替换电源202对即将耗尽的电源202进行更换以让机器人100能够继续在轨道结构13上操作。

电源202可以手动更换，但是为了便利和效率，优选地提供电源更换装置，并在机器人100保持在轨道结构13上时允许电源202进行更换。电源更换装置可以是任何形式的合适的“拾取和放置”机器人，能够在期望的地点以期望的方式将对象拾起并将其放下。

图9示出了实施例的电源更换装置，它采用机械臂220的形式且位于平台25上，平台25邻近轨道结构13的部分的外周边。机械臂220包括位于一端的底座222以及位于另一端的末端执行器226。通过将底座安装在平台25上，底座222相对于轨道结构13固定。所示末端执行器226采用夹持器的形式，以用于物理抓握电源202。然而，末端执行器226可以采用适合可释放地抓住电源的任何形式。夹持器226包括成对夹持构件227，成对夹持构件227可在用于抓住电源202的夹持位置与用于释放电源202的释放位置之间选择性地移动。底座222和末端执行器226通过系列连杆224和接头225连接。接头225被配置为给予机械臂220期望的自由度以让其能够将电源202从电源隔间150竖直移除并将电源放在指定区域26，和/或将替换电源202从指定区域26拾起并将其竖直插入电源隔间150。在这一所示实施例中，机械臂220是6轴机械臂（即接头提供了六个自由度），这让相对复杂的移动成为可能，并为机器人100、机械臂220与指定区域26之间的相对定位提供了灵活性。

机械臂220被配置为更换机器人100的电源202，机器人100位于邻近机械臂220的指定网格单元14a上。由于电源202的竖直移除和插入不需要机器人100水平移动，所以机器人100能够在电源更换期间保持在指定网格单元14a上，电源更换期间包含移除耗尽电源202的时段、插入替换电源202的时段以及二者之间的时段。

根据机械臂220的大小和配置，机械臂220可以被配置为在位于机械臂220附近的复数个指定网格单元14a的任意一个上与机器人100交互。换句话说，如图9所示，机械臂220的末端执行器226可以移动至位于机械臂220附近的至少两个机器人的电源隔间150。即使机器人100发生故障并堵塞某个指定网格单元14a，这让机械臂220仍能够继续进行电源更换。

机械臂220也可以位于轨道结构13上，例如轨道结构13的网格单元14上，而非位于邻近轨道结构13外周边的平台上。

除了既进行电源移除操作又进行电源插入操作的单个机械臂220，也可以提供用于从电源隔间150移除电源202的第一机械臂220以及用于将替换电源202插入电源隔间150的第二机械臂220。这样的布置可让电源更换更加迅速且高效，因为在移除耗尽电源202之后立即便能将替换电源202插入电源隔间150，无需再等待第一机械臂220将耗尽电池放下再拾起替换电池。第一机械臂220和第二机械臂220可以被配置为在机器人100保持在相同网格单元14a上时分别进行移除和插入操作。

机械臂220并不限于具有相对于轨道结构13固定的底座222。相反，底座222可以被配置为相对于轨道结构13移动。例如，底座222可以包括轮子或其他驱动工具。这允许机械臂220在复数个不同网格单元14（例如成排网格单元14）上进行电源更换（移除和/或插入）。底座222可以被配置为在邻近轨道结构13外周边的平台25上移动，或者底座222可以被配置为在轨道结构13本身的轨道上移动（例如沿X和/或Y方向）。

机械臂220并不限于6轴机械臂。至少，机械臂220包括末端执行器226，末端执行器226可相对于机器人100竖直移动，以允许机械臂220竖直移除和插入电源202。为了提供更为复杂的移动，机械臂220可以包括更进一步的自由度，例如机械臂220可以是2轴、3轴、4轴或5轴机械臂。机械臂220还可以包括多于六个的自由度，例如7轴机械臂。

图10示出了另一实施例的电源更换装置，它采用机械臂230的形式并安装在轨道结构13上方。这一机械臂230是笛卡尔机器人的实施例，能够在三个正交方向上移动。机械臂230包括龙门架构架231，龙门架构架231包括由向下延伸的支撑腿部235进行支撑的水平梁233，支撑腿部235位于水平梁233的相对端。支撑腿部235相对于轨道结构13固定，且构架231跨越轨道结构13的至少一个指定网格单元14a，以便水平梁233位于指定网格单元14a正上方。在这一所示实施例中，水平梁位于成排的指定网格单元14a的正上方。机械臂230进一步包括可沿着水平梁233水平移动的托架237以及由托架237支撑的竖直杆239。竖直杆239可相对于托架237竖直移动，并包括安装至杆239下端的末端执行器236。

在这一所示实施例中，末端执行器236包括电磁体，而电源202包括铁磁部分，以允许电源可由激活的电磁体拾取以及由停用的电磁体释放。然而，末端执行器236可以包括与图9末端执行器226类似的夹持器，或者适合可释放地抓住电源202的任意其他形式的末端执行器。

为了在指定网格单元14a上从机器人100中移除耗尽电源202，托架237沿着水平梁233移动，直到末端执行器236位于电源202正上方。随后，竖直杆239被降低，直到末端执行器236能够接合电源202。一旦接合电源202，竖直杆239便被抬高，使得电源202从电源隔间150中提出。随后，电源202可被水平移动并被释放在指定区域26，以用于接收耗尽电源202。

为了将替换电源202插入机器人100，末端执行器236从指定区域26（可以是或者可以不是与接收电源202相同的指定区域）拾起替换电源202，并移动至指定网格单元14a上的机器人100正上方的位置。随后，末端执行器236被降低以将电源202插入电源隔间150，并释放电源202。现在，机器人100可使用来自替换电源202的电，驶离指定网格单元14a并继续其正常操作。

在替代性实施例中，构架231可以相对于轨道结构13移动。例如，构架231的支撑腿部235可以包括轮子或其他驱动工具。这允许机械臂230在横跨指定网格单元14a的区域进行电源更换，而非只是单排。支撑腿部235可以被配置为在邻近轨道结构13外周边的平台25上移动，或者它们可以被配置为在轨道结构13本身上移动。

在替代性实施例中，水平梁233可以被安装在两个相对的竖直壁之间，或者从容纳存储结构的建筑物或其他结构的天花板进行安装，而非安装在支撑腿部235上。壁或者天花板可以包括轨路，水平梁233安装在轨路之间，以允许水平梁233相对于轨道结构13水平移动。

在其他实施例中，水平梁233可以支撑可沿着水平梁233独立移动的第一末端执行器236以及第二末端执行器236。第一末端执行器236可以被配置为从机器人100移除耗尽的电源202，而第二末端执行器236可以被配置为将替换电源202插入机器人100。第一末端执行器236可以被配置为朝着水平梁233的一端递送耗尽电源202，而第二末端执行器236可以被配置为从水平梁233的相对端递送替换电源202。替代地，第一和第二末端执行器都可以被配置为进行插入和移除操作。

在其他实施例中，机械臂230可以被配置为具有更多数量的移动轴。例如，末端执行器236可以被配置为相对于竖直杆239旋转。此外，相比仅能在竖直方向上移动的竖直杆239，托架237可以支撑被配置为在更多方向上移动的机械臂，例如水平垂直于水平梁233。

电源更换装置可以包括本领域内已知的一个或多个传感器或视觉系统，以允许末端执行器确定电源202的位置将其拾起。替代地，电源更换装置可以被配置为进行预定移动以拾取电源202。

图11A至11D是电源隔间150以及电源202的示意性横截面图示，示出了用于将电源202可释放地锁定在电源隔间150中的不同锁定机构的实施例。尽管重力在一定程度上可以帮助电源202保持在电源隔间150中，但提供锁定机构可以有助于更紧固地将电源202安放电源隔间150中，尤其是当机器人100在操作期间在轨道结构13上移动时。

图11A示出了实施例的锁定机构240，它采用闩锁机构的形式。电源隔间150的侧壁154包括锁定构件242，锁定构件242采用水平延伸的销的形式。电源壳体204的侧壁212包括对应的锁定构件246，锁定构件246采用水平延伸的肋状物的形式。电源隔间150进一步包括线性致动器244，线性致动器244被配置为在延伸的锁定位置与收缩的释放位置之间选择性地移动销242，在锁定位置，销242突出至肋状物246上方以防止电源202竖直移出电源隔间150，而在释放位置，销242未突出至肋状物246上方，允许电源竖直移出电源隔间150。具体地，销242提供了朝下的阻挡表面243，而肋状物246提供了朝上的阻挡表面247，当销242处于锁定位置时，阻挡表面在竖直方向上彼此直接相对以防止电源202被提出电源隔间150。

线性致动器244可以是电致动器（例如线性螺线管致动器），电致动器优选地被配置为当电源202电耦接至电源隔间150时使用来自电源202的电。电致动器可以是双稳态致动器（例如双稳态线性螺线管致动器），以允许销在没有连续电源的情况下保持在释放位置或是锁定位置。

如图11A进一步所示，肋状物246可以设置在电源202的相对侧上，而销242可以设置在电源隔间150的相对侧上。这使得电源202能够更紧固地锁定在电源隔间150中。

图11B示出了另一实施例的锁定机构250，锁定机构采用闩锁定机构的形式。相比图11A的锁定机构240，这一实施例中的锁定机构250被配置为当电源202被竖直插入电源隔间150时将电源202自动锁定在电源隔间150中。电源隔间150的侧壁154包括呈水平伸出肋状物的形式的锁定构件252，而电源壳体204包括呈水平伸出销的形式的锁定机构256，该销通过压缩弹簧254朝向锁定位置水平向外偏置。销256具有朝下的锥形表面258，锥形表面258被配置，使得电源202到电源隔间150的向下移动导致销256克服偏置力收缩，以便肋状物252能被竖直移动并超过销256。替代地或附加地，锥形表面可以被设置在肋状物252上。一旦肋状物252在销256下方移动，销256便能在偏置力的作用下向外移动，使其延伸到肋状物252上方。现在，肋状物252的朝下的阻挡表面253直接与销256的朝上的阻挡表面257相对，防止电源202被提出电源隔间150。

为了释放电源202，电源壳体204包括被配置为将销256移动至释放位置的释放机构。在这一所示实施例中，释放机构包括释放构件259，释放机构259采用按钮的形式并机械连接（由线255表示）至销256，使得销256在按钮258被按住（在这一所示实施例中沿水平方向）时会克服偏置力收缩。如果电源202的移除由电源更换装置220、230来执行，则末端执行器226、236可以被配置为在接合电源202时按住按钮259。

释放机构可以采取其他形式。例如，相比在电源壳体204上设置释放构件259以将销256直接移动至释放位置，电源隔间150可以包括机械连接至释放表面的释放构件（例如按钮），以便在按住按钮时，释放表面会推动销并让销收缩至释放位置。至于另一实施例，末端执行器226、236可以具有几何形状，例如锥形表面，并被配置为在末端执行器接合电源202时将销推动至收缩位置。

如图11B进一步所示，肋状物252可以被设置在电源隔间150的相对侧上，而销256和释放构件259可以被设置在电源壳体204的相对侧上，以便更紧固地将电源202锁定在电源隔间150中。

其他形式的朝着锁定位置偏置的锁定构件也是可能的。例如，锁定机构可以采用卡扣机构的形式，其中锁定构件包括由弹性材料（例如塑料）制成且自然处于锁定位置的突起。弹性材料允许突起能变形到释放位置，但是发生偏置并返回锁定位置。

应理解，锁定机构240、250也可以包括旋转式闩锁机构，其中锁定构件（例如钩子）被可枢转地安装以用于锁定位置与释放位置之间的枢转旋转，而非图11A和11B所示的线性闩锁机构——其中锁定构件被配置为在锁定位置和释放位置之间线性移动。可枢转安装的锁定构件可以通过旋转致动器在锁定位置与释放位置之间选择性地旋转，或者可枢转安装的锁定构件可以朝着锁定位置偏置（例如通过弹簧），方式与上文图11A和11B中实施例所述的方式类似。

还应理解，锁定构件242、246、252、256不必要采用销和肋状物的形式，而是可采用其他形式提供竖直相对的阻挡表面243、247，阻挡表面243、247被配置为在竖直方向上彼此直接相对，以防止电源202被竖直移出电源隔间150。替代实施例的锁定构件包括块、钩子、槽、边沿等。电源202的锁定构件可以仅是电源壳体204的顶表面，而电源隔间150可以包括被配置为水平延伸至电源壳体204的顶表面上方的锁定构件。

图11C示出了替代性的锁定机构260，锁定机构260采用螺纹耦接件的形式并位于电源隔间150与电源202之间。在这一所示实施例中，电源隔间150的底壁152包括螺纹部分262，而电源壳体204的底壁208包括对应的螺纹部分264，螺纹部分264被配置为接收电源隔间202的螺纹部分262。替代地，电源隔间150和电源壳体204的侧壁154、212可以是螺纹的。为了将电源202锁定在电源隔间150中，电源202围绕竖直轴沿一个方向旋转，以接合螺纹部分262、264，而为了释放电源202，电源202沿相反的方向旋转以解开螺纹部分262、264。在这一实施例中，为了让电源更换装置锁定和解锁电源202，末端执行器可以被配置为围绕竖直轴旋转。为了方便电源202在电源隔间150内的旋转，电源202可以具有圆柱形壳体，而电源隔间150可以具有对应的圆柱形状。

除了螺纹耦接件，锁定机构也可以采取其他形式的旋转式锁定机构，例如卡口耦接件，卡口耦接件是需要在旋转电源以锁定或释放电源之前在电源隔间内向下推动电源的机构的实施例。电源更换装置的末端执行器可以执行这种推动并旋转电源的移动。

图11D示出了另一锁定机构270，其中电源202和电源隔间150磁耦接以将电源202锁定在电源隔间150中。电源隔间150包括电磁体270，而电源壳体204包括铁磁部分272，或者反之亦然。电磁体270被激活时将电源202锁定在电源隔间150中，被停用时则释放电源202。电磁体270可以由电源202供电。

锁定机构并不限于图11A至11D中所示的实施例，而是可采取任意形式且适合可逆地防止电源202被竖直移出电源隔间150的锁定机构。应理解，在以上实施例中被描述为位于电源隔间150中的锁定机构（包括释放机构）的部件也可位于电源壳体202上，反之亦然。

图12A示出了第一实施例的电源存储站310，用于在上述系统中存储电源202。存储站310包括复数个电源保持部314，每个电源保持部被配置为接收电源202。电源保持部314被示出为竖直布置在水平邻近的柱中，然而，电源存储站310可以被布置成单个的竖直柱。在这一所示实施例中，保持部314采用存储结构312内的单独隔间的形式，但是保持部314可以采取任意合适的形式来接收电源202，例如架子、架、容器等。

电源存储站310可以位于邻近轨道结构13外周边的平台25上，例如指定区域26中，以便电源保持部314可由电源更换装置访问。电源更换装置被配置为将耗尽电源202从机器人100移除并将其放在某个空置保持部314a中。电源更换装置被进一步配置为从已占用的保持314b取出替换电源202并将其放在机器人100的空置电源隔间150中。

存储站310的电源保持部314被配置为在水平方向上接收电源202。这允许电源保持部314能够布置成节省空间的柱并且只需要极小的水平覆盖区。存储站310适合与机械臂一起使用，机械臂具备足够自由度来在竖直朝向（用于插入电源或从电源隔间250移除电源）与水平朝向（用于插入电源或从电源保持部314移除电源）之间定向放置电源202。例如，存储站310可以与6轴机械臂一起使用，例如图9中所示的机械臂220。

图12B示出了第二实施例的电源存储站320，与图12A电源存储站310类似，电源存储站320具有竖直布置在水平邻近的柱中的电源保持部324。然而，在这一实施例中，保持部324被配置为从上方竖直接收电源202。为了让每个单独的保持部324从上方进行访问，每个保持部324被配置为从存储位置（其中保持部324位于结构322内）移动或水平延伸至呈现位置，在呈现位置，保持部324从结构312突出，使得保持部324的顶部可由机械臂的末端执行器从上方进行访问。在这一所示实施例中，每个保持部324采用可伸缩架的形式。当电源更换装置准备将电源202放进存储站320时，空置保持部324从存储位置移动至呈现位置（由保持部324a表示）以接收电源202，并随后移回存储位置。类似地，当电源更换装置准备从存储站320取回电源202时，被替换电源202占用的保持部324从存储位置移动到呈现位置（由保持部324b表示），使得末端执行器能够拾取替换电源202。保持部324随后可移回存储位置。

通过提供带有保持部324的电源存储站320——保持部324如上所述被配置为竖直接收电源202并在存储和呈现位置之间移动，存储站320能够与无法绕水平轴重新定向放置电源的机械臂（如图10所示的机械臂）一起使用，并且同时仍能将保持部324布置在节省空间的柱中且具有极小的水平覆盖区。

图12C示出了第三实施例的电源存储站330，其中保持部334被配置为在存储位置和呈现位置之间竖直移动。具体地，存储站330包括竖直旋转架332，而保持部334被支撑在竖直旋转架332上。竖直旋转架332被配置为围绕水平轴选择性地旋转，使得每个保持部334能够被选择性地移动至与旋转架332顶部相对应的呈现位置（由保持部334a表示）。旋转架332顶部可从上方进行访问，使得电源更换装置能够在呈现位置将电源202竖直插入或从保持部334竖直移除。

在替代性实施例中，竖直旋转架332可以支撑被配置为在水平方向上接收电源202的电源保持部。在这种情况下，呈现位置并不一定要与旋转架332的顶部对应。相反，竖直旋转架332面对电源更换装置的一侧可以与呈现位置对应，而竖直旋转架332背离电源更换装置的相对侧可以与存储位置对应。

图12D示出了第四实施例的电源存储站340，电源存储站340具有电源保持部344，电源保持部344被布置在存储结构342内的水平平面中。每个电源保持部344包括处于存储结构342的顶表面中的顶面开口，以允许每个电源保持部344在向下方向可移除地接收电源202。存储结构342中位于电源保持部344下方的区域可以被用来容纳电源充电设备，电源充电设备用于当电源被接收在电源保持部344中时为它们充电。第四电源存储站340不仅具备与第二和第三实施例存储站320、330类似的优势，因为在电源隔间与电源保持部之间转运电源202时不需要重新定向放置（例如围绕水平轴）电源202，而且比第二和第三实施例电源存储站320、330更简单，因为它不需要电源保持部344在存储位置与呈现位置之间移动来接收电源202。

上述电源存储站的电源保持部可选地可以从存储站的后侧进行访问，以允许从电源站的后侧将电源202插入电源保持部或者从电源保持部移除。后侧被限定为存储站背离轨道结构13的一侧。存储站的后侧可以面向可由人类工作人员访问的维护区域。这种布置使得电源202能够通过人类工作人员（例如，为了维护）从电源存储站移除，而无需工作人员置身于潜在危险设备（例如轨道结构13、机器人100、电源更换装置等）所在的区域，或者无需关闭潜在危险设备。

上述电源存储站的地点并不限于与轨道结构13的外周边邻近。电源存储站可以位于任意其他合适的地点且可由机械臂的末端执行器访问，例如轨道结构13本身上。

在一些实施例中，电源更换装置220、230可以被安装在电源存储站310、320、330和340本身上。例如，图12E示出了关节式机械臂220，机械臂220被安装在第四实施例存储站340的存储结构342的顶表面上。这一电源存储站340可以与轨道结构13的外周边邻近，使得机械臂220的末端执行器能够在电源保持部344与位于指定网格单元14a上的机器人100之间转运电源202，指定网格单元14a邻近电源存储站340。除了关节式机械臂220，采用龙门架或笛卡尔机器人形式的机械臂230也可以被安装在电源存储站340上。

在一些实施例中，每个电源存储站310、320、330、340可以与复数个电源更换装置220、230相关联。换句话说，复数个电源更换装置可以被配置为往返于相同的电源存储站转运电源202。例如，复数个机械臂220、230可以被安装在单个电源存储站上或者单个电源存储站附近，以允许在相同的时间段内或者在重合的时间段内在单个电源存储站对多个机器人100的电源202进行更换。

在电源202是可充电电源的情况下，上述电源存储站的电源保持部优选地包括电源充电工具，以用于为接收在保持部中的电源202充电。例如，电源保持部314、324、334、344可以包括电连接器（未示出）以及外部供电（例如电力网供电）和其他电气设备（例如变压器、变流器等），以允许外部供电在电源202被接收在电源保持部中时为它们充电，其中电源保持部的电连接器被配置为耦接至电源202的电连接器。对于第三实施例存储站330，竖直旋转架332可以包括用于电耦接静置和移动部件的电刷触点或其他已知工具。

电源存储站的电源保持部可以可选地包括用于将电源可释放地锁定在保持部中的锁定机构，此锁定机构与上述用于将电源202可释放地锁定在电源隔间150中的锁定机构类似。

存储和取回系统可以包括被配置为控制轨道结构13上机器人100的一个或多个移动的一个或多个控制系统、用于将电源可释放地锁定在电源202隔间150中的锁定机构，以及电源存储站310、320、330、340的电源更换装置220、230和电源保持部314、324、334、344。机器人100和/或电源202可以包括电池监测系统，用于监测电源隔间150内电源202的荷电状态。电源存储站310、320、330、340也可以包括电池监测系统，用于监测电源保持部314、324、334、344内电源202的荷电状态。控制系统可以使用这一信息确定：机器人100应该何时移动至指定网格单元14a以更换其电源202；电源更换装置应将耗尽电源202放进哪一空置电源保持部314、324、334、344；以及电源更换装置应从哪一已占用的电源保持部314、324、334、344中取回替换电源。例如，存储和取回系统可以包括中央控制系统，用于控制轨道结构13上机器人100的移动和功能，以及用于控制进行电源更换的电源更换装置220、230的激活。当机器人100中电源的电池监测系统指示电源的荷电状态较低时，机器人中的控制器可以给中央控制系统发送信号，而中央控制系统命令机器人沿着计算路径行进至指定网格单元14，以便能够更换它的电源。一旦机器人100已经到达指定网格单元14，机器人便能向中央控制系统确认其地点，而中央控制系统随后能够命令电源更换装置220、230进行电源更换。机器人100和中央控制系统可以包括无线发射器和接收器，以便它们能够使用无线通信技术例如4G、5G、Wi-Fi等互相无线通信。

除了电源202以外，机器人100可以可选地包括次要电源，次要电源被配置为在首要电源202从电源隔间150移除时继续为机器人中的控制器供电。机器人100中的控制器可以被配置为激活机器人100中的各种机构（例如驱动组件、升降机构、容器保持设备等）并且可以包括通信模块，通信模块用于向中央控制系统传递信号和接收来自中央控制系统的信号，正如上文所述。次要电源的充电容量可以比首要电源202低，并且可以是超级电容器或电池。当首要电源202处于电源隔间150中时，次要电源可以通过首要电源202充电。使用第二电源使得机器人100中的控制器在更换电源期间能够保持运转，以便机器人100在占据指定网格单元14a时不需要花时间重启，并允许机器人100在更换电源期间保持与中央控制系统通信。

在上述实施例中，机器人100的外部主体102被示出为具有包括面板的外部壳体130。然而，机器人100的外部壳体130也可以具有开放构架结构。换言之，机器人100的外部壳体102也可以由开放构架结构限定。图13示意性地示出了主体102的实施例，其中主体102具有开放构架结构。在这一实施例中，机器人100的主体102包括拐角块142，拐角块142通过水平连接元件144（例如杆）彼此连接以形成构架。具体地，四个拐角块142通过四个水平连接元件144连接以形成矩形构架。机器人100的外部主体被形成为竖直堆叠的矩形构架，其中竖直相邻的拐角块142使用竖直连接元件146连接。在机器人100具有开放构架结构的情况下，电源隔间150的顶面开口132可以是由开放构架结构限定的顶面开口的部分，或者可以经由开放构架结构限定的顶面开口（例如，图13所示通过最顶层矩形构架的开口）来进行访问。电源隔间150还可以由类似的开放构架结构来限定，例如由水平和竖直连接元件连接的拐角块。

出于说明和描述的目的，上文已经呈现了本发明的数种具体实施方式。这并不是想详尽无遗或者将本发明局限于所公开的精确形式。在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下，也可以进行改变和变形。

Claims (40)

1.用于升降并移动布置在存储结构的堆垛中的容器的装载处理设备，所述存储结构包括轨道结构，所述轨道结构包括第一组轨道和第二组轨道，所述第一组轨道沿第一方向延伸，而所述第二组轨道沿第二方向延伸，所述第二方向基本垂直于所述第一方向以形成在所述容器堆垛上方限定复数个网格单元的网格图形，所述装载处理设备包括：

驱动组件，所述驱动组件被配置为在所述轨道结构上水平移动所述装载处理设备；

升降机构，所述升降机构被配置为从堆垛中提升容器；

电源；以及

可外部访问的电源隔间，电源隔间被配置为电耦接至所述电源，其中所述电源隔间进一步被配置为在竖直方向上可移除地接收所述电源。

2.根据权利要求1所述的装载处理设备，其中，所述电源隔间包括顶面开口，并且所述电源隔间被配置为经由所述顶面开口在向下方向上可移除地接收所述电源。

3.根据权利要求2所述的装载处理设备，其中，所述顶面开口由所述装载处理设备的外部主体进行限定。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的装载处理设备，其中，所述顶面开口由一个或多个定位表面至少部分地限定，所述一个或多个定位表面朝着所述电源隔间向下逐渐变窄。

5.根据任意前述权利要求所述的装载处理设备，其中，所述电源隔间被配置为在所述电源被竖直接收在所述电源隔间中时电耦接至所述电源，并在所述电源从所述电源隔间竖直移除时与所述电源电解耦。

6.根据权利要求5所述的装载处理设备，其中，所述电源隔间包括电连接器，所述电连接器被配置为在所述电源被竖直接收在所述电源隔间中时电耦接至所述电源的对应电连接器，并且所述电源隔间和所述电源的所述电连接器面向相反的竖直方向。

7.根据任意前述权利要求所述的装载处理设备，进一步包括锁定机构，所述锁定机构被配置为将所述电源可释放地锁定在所述电源隔间中。

8.根据权利要求7所述的装载处理设备，其中，所述锁定机构包括位于所述电源隔间中或所述电源上的第一锁定构件，以及相应位于所述电源上或所述电源隔间中的第二锁定构件，其中所述第一锁定构件被配置为在锁定位置与释放位置之间移动，在所述锁定位置，所述第一锁定构件在竖直方向上阻挡所述第二锁定构件以防止所述电源竖直移出所述电源隔间，在所述释放位置，所述电源可自由竖直移出所述电源隔间。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的装载处理设备，其中，所述锁定机构被配置，使得将所述电源竖直插入所述电源隔间会自动将所述电源锁定在所述电源隔间中。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的装载处理设备，其中，所述第一锁定构件朝着所述锁定位置偏置。

11.根据权利要求10所述的装载处理设备，其中，所述锁定机构包括释放机构，所述释放机构被配置为在激活时克服所述偏置力将第所述一锁定构件移动至所述释放位置。

12.根据权利要求8至11任意一项所述的装载处理设备，其中，所述锁定机构包括致动器，所述致动器被配置为在所述锁定位置与所述释放位置之间选择性地移动所述第一锁定构件。

13.根据权利要求7或权利要求8所述的装载处理设备，其中，所述锁定机构被配置为在所述电源相对于所述电源隔间沿第一方向围绕竖直轴旋转时将所述电源锁定在所述电源隔间中，而在所述电源相对于所述电源隔间沿与所述第一方向相反的第二方向围绕所述竖直轴旋转时将所述电源从所述电源隔间释放。

14.根据任意前述权利要求所述的装载处理设备，其中，所述电源包括具有纵轴的圆柱外壳体，并且所述电源隔间被配置为接收所述电源，使得所述纵轴被竖直定向。

15.根据任意前述权利要求所述的装载处理设备，其中，所述装载处理设备包括用于接收由所述升降机构提升的容器的容器接收空间，而所述电源隔间位于所述容器接收空间上方。

16.根据任意前述权利要求所述的装载处理设备，其中，所述电源是可充电电源。

17.一种存储和取回系统，所述存储和取回系统包括：

包括轨道结构的存储结构，所述轨道结构包括第一组轨道和第二组轨道，所述第一组轨道沿第一方向延伸，而所述第二组轨道沿第二方向延伸，所述第二方向基本垂直于所述第一方向以形成限定复数个网格单元的网格图形；

布置在所述存储结构内的复数个容器堆垛，每个堆垛被布置在网格单元下方；

根据前述权利要求任意一项所述的装载处理设备，所述装载处理设备被配置为在所述轨道结构上水平移动；以及

包括末端执行器的电源更换装置，所述末端执行器被配置为可释放地抓住所述电源并相对于所述装载处理设备竖直移动，以将所述电源从所述电源隔间竖直移除和/或将所述电源竖直插入所述电源隔间。

18.根据权利要求17所述的存储和取回系统，其中，所述末端执行器被进一步配置为相对于所述装载处理设备水平移动。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置包括位于所述轨道结构上或邻近所述轨道结构的底座，而所述末端执行器可相对于所述底座移动。

20.根据权利要求19所述的存储和取回系统，其中，所述底座可相对于所述轨道结构水平移动。

21.根据权利要求17或权利要求18所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置包括构架，所述构架被安装在所述轨道结构的至少一部分的正上方，而所述末端执行器通过所述构架支撑在所述轨道结构上方。

22.根据权利要求21所述的存储和取回系统，其中，所述构架包括安装在成排网格单元上方的水平梁，而所述末端执行器被配置为沿着所述水平梁水平移动。

23.根据权利要求22所述的存储和取回系统，其中，所述水平梁可沿着垂直于所述水平梁的所述纵轴的方向水平移动。

24.根据权利要求17至23任意一项所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置被配置为将所述末端执行器移动至复数个指定网格单元的任意一个，以允许所述末端执行器在所述装载处理设备位于所述复数个指定网格单元的任意一个时从所述电源隔间移除所述电源和/或将所述电源插入所述电源隔间。

25.根据权利要求17至24任意一项所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置是机械臂。

26.根据权利要求17至25任意一项所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置包括第一末端执行器和第二末端执行器，所述第一末端执行器被配置为在使用中从所述装载处理设备的所述电源隔间竖直移除电源，而所述第二末端执行器被配置为在使用中将电源竖直插入所述装载处理设备的所述电源隔间。

27.根据权利要求17至26任意一项所述的存储和取回系统，进一步包括电源存储站，所述电源存储站包括被配置为接收所述电源的至少一个电源保持部；其中所述电源更换装置被配置为在使用中在所述装载处理设备与所述电源存储站之间移动所述电源。

28.根据权利要求27所述的存储和取回系统，其中，所述电源是可充电电源，而所述电源保持部被配置为给接收在所述电源保持部的所述可充电电源充电。

29.根据权利要求27或权利要求28所述的存储和取回系统，其中，所述电源保持部被配置为从水平方向可移除地接收所述电源。

30.根据权利要求29所述的存储和取回系统，其中，所述电源更换装置被配置为在竖直朝向与水平朝向之间围绕水平轴定向放置所述电源，所述竖直朝向用于将所述电源插入所述电源隔间或从所述电源隔间移除所述电源，所述水平朝向用于将所述电源插入所述电源保持部或从所述电源保持部移除所述电源。

31.根据权利要求27或权利要求28所述的存储和取回系统，其中，所述电源保持部被配置为在竖直方向上从上方可移除地接收所述电源。

32.根据权利要求31所述的存储和取回系统，其中，所述电源存储站被配置为在呈现位置与存储位置之间移动所述电源保持部，在所述呈现位置，所述电源保持部可由所述末端执行器从上方访问，在所述存储位置，所述电源保持部无法由所述末端执行器从上方访问。

33.根据权利要求32所述的存储和取回系统，其中，所述电源保持部可在所述存储位置与所述水平位置之间水平移动。

34.根据权利要求32所述的存储和取回系统，其中，所述电源保持部可在所述存储位置与所述水平位置之间竖直移动。

35.根据权利要求34所述的存储和取回系统，其中，所述电源存储站包括竖直旋转架，所述电源保持部被布置在所述竖直旋转架上，并且所述竖直旋转架被配置为围绕水平轴旋转以在所述呈现位置与所述存储位置之间选择性地移动所述电源。

36.根据权利要求27至35任意一项所述的存储和取回系统，其中，所述电源存储站位于所述轨道结构上或邻近所述轨道结构。

37.根据权利要求36所述的存储和取回系统，其中，所述电源存储站具有背离所述轨道结构的后侧，并且其中，所述电源保持部可从所述后侧进行访问，以允许从所述电源存储站的所述后侧插入电源或将电源从所述电源保持部移除。

38.根据权利要求27至37任意一项所述的存储和取回系统，其中，所述电源存储站包括复数个电源保持部，每个保持部被配置为接收电源。

39.一种对权利要求1至16任意一项所述的装载处理设备的或对权利要求17至38任意一项所述的存储和取回系统的装载处理设备的电源隔间中的电池进行更换的方法，所述方法包括以下步骤：

(i) 从所述电源隔间竖直移除第一电源；以及

(ii) 将第二电源竖直插入所述电源隔间。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装载处理设备从移除所述第一电源起到插入所述第二电源时在至少一个水平方向上保持不动。