KR20140019529A - 무인운반차량의 배터리 자동교환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에 관한 것으로, 배터리교환스테이션(BCS)과 인접하여 다수의 충전배터리(B1)가 적치되는 충전배터리 적치부(100)와; 배터리 적치부(100)와 무인운반차량(10) 사이에 마련되어 배터리의 이송이 이루어지는 제1이송부(210)(220)와; 제1이송부(210)(220)와 직각으로 배치되어 방전된 배터리(B2)의 배출 이송을 안내하게 되는 제2이송부(300)와; 제1이송부(210)(220)에 마련되어 방전된 배터리의 이송방향을 제2이송부(300)로 전환하기 위한 배터리방향전환부(400)와; 배터리를 전후 구동시켜 배터리를 구동하기 위한 리니어 액츄에이터(500)와; 무인운반차량의 배터리 교환 중에 임시 전원을 공급하기 위한 보조전원케이블(600)로 구성되어, 배터리의 교환 동안에 보조전원케이블에 의해 전원 공급이 가능하여 무인운반차량에 별도의 보조전원용 배터리를 설치할 필요가 없으며, 이에 따른 비용 절감과 무인운반차량의 운행에 소모되는 전력소비를 절감할 수 있으며, 또한 보조전원케이블의 전원단자와 무인운반차량의 보조충전단자가 자기력에 의해 서로 접촉이 가능하여 단자의 접촉 불량을 방지할 수 있으며, 또한 자기력에 리니어 액츄에이터가 배터리를 고정 가능하므로 배터리 이동 중에 파지 불량에 의한 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

무인운반차량의 배터리 자동교환장치{Automatic battery replacement apparatus for automatic guided vehicles}
본 발명은 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에 관한 것으로, 특히 무인운반차량에서 전원 공급에 사용되는 충전배터리가 방전 시에 이를 자동으로 교환해주기 위한 배터리 자동교환장치에 관한 것이다.
무인운반차량은 한국산업표준에서 몸체에 수동 또는 자동으로 화물을 적재하여 지시된 장소까지 자동 주행하며, 수동 또는 자동으로 화물을 쌓은 무궤도 차량인 무인운반차(Automatic Guided Vehicle: AGV)와, 수동 또는 자동으로 화물을 상차 또는 하차하는 대차를 견인하여 지시된 장소까지 자동 주행하여 작업을 수행하는 무궤도 차량인 무인견인차(Automatic Guided Tractor)와, 화물 적재용인 포크 등을 상하 작동시키는 마스트를 갖추어 포크 등에 화물을 자동 적재하고 지시된 장소까지 자동 주행으로 자동 하역 작업을 하는 무궤도 차량인 무인지게차(automatic guided fork lift truck)로 구분될 수 있으며, 일반적으로 무인운반차량이라고 지칭한다.
이러한 무인운반차량은 반도체 제조산업 등의 다양한 산업분야에서 널리 사용되어 메인컴퓨터의 지령에 의해 물류의 이송을 담당하게 된다.
무인운반차량은 동력으로써 충전배터리를 사용하며, 충전배터리가 방전된 경우에 무인운반차량은 자동으로 충전소로 이동하여 충전을 받거나 방전된 배터리를 교환하게 된다.
그러나 방전된 배터리를 충전하는 경우에는 지정된 충전소에서 방전된 배터리를 재충전해야 하므로 배터리의 재충전 시간 동안에 무인운반차량은 작업을 수행할 수가 없으며, 따라서 작업 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 공개특허공보 제10-2008-0001539호(공개일자: 2008.01.03)(선행기술문헌1)는 무인 반송 대차의 충전 시스템 및 이의 충전 방법을 제안하고 있으며, 상기 선행기술문헌1은 무인 반송 대차의 이동 경로를 따라서 이동이 가능한 충전 커플러를 설치하며, 충전 커플러가 무인 반송 대차의 이동 경로를 따라서 이동하여 배터리 충전이 가능하도록 함으로써 무인 반송 대차의 위치 또는 이동 여부에 상관없이 배터리를 충전할 수 있도록 하고 있다.
그러나 선행기술문헌1은 무인 반송 대차의 작업 구간 내의 이동 경로 상에서 충전 커플러가 이동 가능하도록 작업장 상부에 메인 프레임을 필요로 하며, 이러한 메인 프레임은 설치된 후에는 변경이 용이하지 못하여 작업 라인을 변경하고자 하는 경우에 문제점이 발생한다.
한편, 무인운반차량의 충전배터리를 교환하는 방식은 작업장 내에 충전된 배터리가 보관된 배터리교환스테이션(또는 배터리랙)으로 이동하여 무인운반차량에서 방전배터리를 인출하고 새로운 충전배터리로 교체한 후에 다시 작업을 수행하게 되므로, 배터리 교체 없이 충전하는 방식과 비교하여 무인운반차량의 가동 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.
예를 들어 공개특허공보 제10-2004-0021264호(공개일자: 2004.03.10)(선행기술문헌2)에는 무인운반차의 충전 배터리 충전/교환 장치를 제안하고 있으며, 상기 선행기술문헌2는 다수의 배터리를 충전 보관할 수 있는 충전기와, 무인운반차로부터 방전된 배터리를 회수하고 충전배터리를 결합시키는 이송기로 구성되어, 무인운반차로부터 방전된 배터리를 분리하고 충전배터리를 교환해줄 수 있는 장치를 보여주고 있다.
그러나, 이와 같은 배터리 교환방식은 무인운반차량으로부터 방전된 배터리를 분리하는 과정에서 일시적으로 무인운반차량의 전원 공급이 중단되는 것을 방지하기 위하며, 메인배터리와는 별도로 보조전원용 배터리가 무인운반차량 내에 설치해야만 한다.
따라서 보조전원용 배터리의 추가에 따른 비용 상승이 발생하며, 무인운반차량은 보조전원용 배터리의 추가 적재에 따른 공간확보와 하중 증가에 의해 전력소모가 증가하는 문제점을 발생시킨다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무인운반차량의 배터리 교환장치에 있어서, 무인운반차량을 구동하기 위한 메인배터리 이외에 추가적인 보조전원용 배터리를 설치할 필요가 없는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 무인운반차량의 방전배터리를 분리하고 충전배터리를 결합함에 있어서 배터리의 분리 및 결합을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치는, 배터리에 의해 가동되며, 메인컴퓨터의 지령에 따라서 지정된 장소로 이동이 가능한 무인운반차량의 배터리를 교환할 수 있도록 다수의 충전배터리가 마련되어 상기 무인운반차량에 수납된 배터리를 자동으로 교환하기 위한 배터리 자동교환장치에 있어서, 충전된 배터리들이 적치되는 충전배터리 적치부; 배터리 교환을 위해 정차한 무인운반차량의 배터리 수납부와 상기 충전배터리 적치부 사이에 마련되어 배터리의 수평방향의 직선 이송을 안내하게 되는 이송가이드부재를 갖는 제1이송부; 상기 제1이송부와 직각으로 배치되어 방전된 배터리의 배출 이송을 안내하게 되는 이송가이드부재를 갖는 제2이송부; 상기 제1이송부에 마련되어 방전된 배터리의 이송방향을 제2이송부로 전환 가능한 배터리방향전환부; 선단부에 자기력에 의해 배터리를 고정 가능한 전자석클램프가 마련되어 상기 제1이송부를 따라서 배터리를 전후 구동시키기 위한 리니어 액츄에이터 및; 정차된 무인운반차량의 상방에 위치하여 승강 가능하게 마련되어 무인운반차량의 상부에 마련된 보조충전단자와 자기력에 의해 접속이 가능한 자성체가 구비된 전원단자를 갖는 보조전원케이블에 의해 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 배터리방향전환부는, 프레임; 상기 프레임에 설치되어 상기 제1이송부와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제1방향전환부; 상기 제1방향전환부의 연직 상단 또는 하단에 위치하도록 상기 프레임에 설치되어 상기 제2이송부와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제2방향전환부 및; 상기 프레임을 상하 구동하기 위한 승강구동부로 구성됨을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는, 상기 제2방향전환부는, 상기 이송가이드부재가 설치되는 서포트프레임 및; 상기 서포트프레임을 경사 구동시키기 위한 경사조작부로 구성되어, 상기 서포트프레임의 경사 방향을 따라서 안착된 배터리의 이송이 이루지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 배터리방향전환부는, 이송가이드부재가 마련되어 상기 제1이송부와 제2이송부의 교차지점에서 회전 가능한 회동부 및; 상기 회동부를 회전 구동하기 위한 회전구동부를 포함하며, 상기 제2이송부에는 배터리를 수평 이동시키기 위한 제2리니어 액츄에이터를 더 포함한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 리니어 액츄에이터는 다단으로 신장이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치는, 다수의 충전배터리가 적치되는 충전배터리 적치부와; 배터리 적치부와 무인운반차량 사이에 마련되어 배터리의 이송이 이루어지는 제1이송부와; 제1이송부와 직각으로 배치되어 방전된 배터리의 배출 이송을 안내하게 되는 제2이송부와; 제1이송부에 마련되어 방전된 배터리의 이송방향을 제2이송부로 전환하기 위한 배터리방향전환부와; 배터리를 직선 방향으로 이동이 가능한 리니어 액츄에이터와; 무인운반차량의 배터리 교환 중에 임시 전원을 공급하기 위한 보조전원케이블로 구성됨으로써, 배터리의 교환 동안에 무인운반차량은 보조전원케이블에 의해 전원 공급이 가능하여 보조전원 공급을 위한 별도의 보조전원용 배터리를 설치할 필요가 없으며, 따라서 이에 따른 비용 절감과 무인운반차량의 운행에 소모되는 전력소비를 절감할 수 있고 가동 효율성을 높일 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치는, 보조전원케이블의 전원단자와 무인운반차량의 보조충전단자가 자기력에 의해 서로 접촉이 가능하도록 함으로써, 배터리 교환 과정에서 보조전원공급을 위한 단자의 접촉 불량에 따른 오동작이나 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치는, 배터리를 직선 이동시키기 위한 리니어 액츄에이터에 있어서, 자기력에 의해 고정이 가능한 전자석클램프를 채용함으로써 배터리를 보다 견고히 고정이 가능하여 배터리 이동 중에 파지 불량에 의한 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치의 평면 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에서 제2이송부가 도시되지 않은 상태의 정면 구성을 보여주는 도면,
도 3은 도 1의 A-A 선에서 바라본 도면,
도 4는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에 있어서, 배터리를 직선 구동시키기 위한 리니어 액츄에이터의 바람직한 실시예를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치의 다른 실시예를 보여주는 도면.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 무인운반차량(10)은 메인컴퓨터(1)로부터 전달된 지령에 따라서 제어가 이루어지며, 예를 들어 무인운반차량(10)의 제어유니트(11)는 메인컴퓨터(1)로부터 전달된 명령에 따라서 지시된 위치로 이동하여 화물을 적재하고 지정된 장소로 화물을 운반하여 자동 하역 작업을 수행할 수가 있다.
무인운반차량(10)은 배터리(B)에 의해 구동이 이루어지며, 제어유니트(11)는 배터리(B)의 방전 상태를 검출하여 배터리(B)의 충전이 필요한 경우에는 배터리교환스테이션(BCS)으로 이동하여 방전된 배터리를 교체한다.
한편, 본 발명에서 무인운반차량(10)은 배터리 교환 중의 임시 전원을 공급할 수 있는 별도의 보조배터리를 필요로 하지 않으며, 상부에 마련된 보조충전단자(12)를 이용하여 배터리 교환 중에 임시 전원을 공급받게 되며, 이에 대한 구체적인 실시예는 다시 구체적으로 설명될 것이다.
참고로, 이하 설명에서 배터리(B)는 충전된 배터리와 방전된 배터리를 구분할 필요가 있는 경우에 도면부호 B1, B2로 구분하여 충전배터리(B1)와, 방전배터리(B2)로 지칭한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 무인운반차량(10)의 배터리를 교환하기 위한 본 발명의 배터리 자동교환장치는, 배터리교환스테이션(BCS)과 인접하여 다수의 충전배터리(B1)가 적치되는 충전배터리 적치부(100)와; 배터리 적치부(100)와 무인운반차량(10) 사이에 마련되어 배터리의 이송이 이루어지는 제1이송부(210)(220)와; 제1이송부(210)(220)와 직각으로 배치되어 방전된 배터리(B2)의 배출 이송을 안내하게 되는 제2이송부(300)와; 제1이송부(210)(220)에 마련되어 방전된 배터리의 이송방향을 제2이송부(300)로 전환하기 위한 배터리방향전환부(400)와; 배터리를 전후 구동시켜 배터리를 구동하기 위한 리니어 액츄에이터(500)와; 무인운반차량의 배터리 교환 중에 임시 전원을 공급하기 위한 보조전원케이블(600)을 포함한다.
배터리 적치부(100)는 충전배터리(B1)가 위치하게 되며, 도면에는 하나의 충전배터리만을 도시하고 있으나 다수의 충전배터리가 적치되어 일렬로 적치될 수 있다.
도 1에서 예시한 것과 같이, 배터리 적치부(100)는 제1이송부(210)(220) 측으로 충전배터리(B1)를 원활히 이동 가능하도록 다수의 회동롤러(110)를 포함하며, 회동롤러(110) 상부에 안착된 충전배터리(B1)는 리니어 액츄에이터(미도시)에 의해 회동롤러(110)를 따라서 전진 위치하여 무인운반차량(10)까지 이동이 가능하다.
한편, 배터리 적치부(100)에는 충전배터리(B1)가 소진된 경우에 이를 감지하고 충전배터리를 보충할 수 있는 별도의 수단이 추가될 수 있다.
제1이송부(210)(220)는 무인운반차량(10)의 배터리 수납부(13)와 충전배터리 적치부(110) 사이를 직선으로 연결하여 배터리의 직선 이동을 안내하기 위한 것으로, 이송가이드부재를 포함한다.
도 1에 예시된 것과 같이, 본 실시예에서 제1이송부(210)(220)는 충전배터리 적치부(110)에 직접 연결되는 제1-1이송부(210)와, 무인운반차량(10)과 맞닿게 마련되는 제1-2이송부(220)로 구성됨을 보여주고 있으나, 작업장의 조건이나 배터리의 사이즈 등을 고려하여 이송부의 길이가 결정될 수 있으며, 따라서 이송부의 전체 길이에 따라서 이송부는 하나 또는 다수 개로 나뉘어서 제공될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 실시예에서 이송가이드부재는 다수의 회동롤러(211)(221)에 의해 제공됨을 보여주고 있으며, 이러한 회동롤러는 주지의 베어링에 의해 지지될 수 있음은 자명하게 이해될 수 있다. 한편, 본 발명에서 이송가이드부재는 주지의 컨베이어벨트에 의해 제공될 수 있으며, 배터리를 수평 방향으로 이송을 안내할 수 있는 범위 내에서 다양한 주지의 수단이 이용될 수 있으며, 또는 회동롤러와 컨베이어벨트가 조합되어 사용될 수도 있다.
제2이송부(300)는 제1이송부(210)(220)와 직각으로 배치되어 방전된 배터리의 배출 이송을 안내하기 위한 이송가이드부재를 포함하며, 이송가이드부재는 앞서 설명한 것과 같이 다수의 회동롤러(310) 또는 컨베이어벨트와 같은 주지의 이송수단에 의해 제공될 수 있다.
한편, 제2이송부(300)를 따라 배출된 방전배터리는 다시 충전되어 충전배터리 적치부(100)로 옮겨질 수 있으며, 이는 수작업 또는 자동화된 공정을 통해 이루어질 수 있다.
배터리방향전환부(400)는 제1이송부(210)(220)에 마련되어 무인운반차량(10)에서 배출된 방전배터리를 제2이송부(300)로 전환시키는 기능을 한다.
도 1에 예시된 것과 같이, 배터리방향전환부(400)는 제1-1이송부(210)와 제1-2이송부(220) 사이에 배치되어 충전배터리 적치부(100)의 충전배터리(B1)를 무인운반차량(10) 측으로 안내하거나 무인운반차량(10)의 방전배터리를 제2이송부(300)로 옮기게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치의 정면 구성을 보여주는 도면으로, 이해를 돕기 위하여 제2이송부는 도시되어 있지 않다.
도 2를 참고하면, 바람직하게는 본 발명에 있어서, 배터리방향전환부(400)는, 프레임(410)과; 프레임(410)에 설치되어 제1이송부(210)(220)와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제1방향전환부(420)와; 제1방향전환부(420)의 연직 상단 또는 하단에 위치하도록 프레임(410)에 설치되어 제2이송부(300)와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제2방향전환부(430)와; 프레임(410)을 상하 구동하기 위한 승강구동부(440)를 포함할 수 있다.
프레임(410)은 배터리방향전환부(400)에서 승강이 이루어지는 가동 구성요소들이 설치되는 구조물로써, 바닥에 추가로 고정 설치되는 가이드프레임(411)에 의해 상하방향으로 안내될 수 있다.
제1방향전환부(420)는 프레임(410) 상부에 설치되어 제1이송부(210)(220)와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 포함하며, 이때 이송가이드부재는 앞서도 설명한 것과 같이, 주지의 회동롤러 또는 컨베이어벨트와 같은 주지의 이송수단에 의해 제공될 수 있다.
제2방향전환부(430)는 제1방향전환부(420)의 연직 하단에 위치하도록 프레임(410)에 설치되며, 제2이송부와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 포함하며, 이송가이드부재는 주지의 회동롤러 또는 컨베이어벨트와 같은 주지의 이송수단에 의해 제공될 수 있음은 앞서도 설명한 것과 동일하다.
승강구동부(440)는 프레임(410)을 상하 구동하기 위한 것으로, 주지의 전동식 또는 유공압의 리니어 액츄에이터에 의해 제공될 수 있다.
본 실시예에서 제2방향전환부(430)는 제1방향전환부(420)의 하단에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 제1,2방향전환부재의 설치 위치는 반대가 되어도 무방할 것이다.
따라서, 승강 높이에 따라서 제1방향전환부(420)가 제1이송부(210)(220)와 동일한 높이에 위치한 경우에 충전배터리 적치부(100)의 충전배터리를 무인운반차량(10)으로 이동시킬 수 있으며, 한편 제2방향전환부(430)가 제1이송부(210)(220)와 동일한 높이에 위치한 경우에는 무인운반차량(10)의 방전배터리를 제2이송부 측으로 옮길 수 있다.
도 3은 도 1의 A-A 선에서 바라본 도면으로써, 이해를 돕기 위하여 승강구동부는 도시되어 있지 않다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에서 제2방향전환부(430)는, 이송가이드부재가 설치되는 서포트프레임(431)과; 서포트프레임(431)을 경사 구동시키기 위한 경사조작부로 구성되어, 서포트프레임(431)의 경사 방향을 따라서 안착된 배터리가 제2이송부(300) 측으로 이송이 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 서포트프레임(431)은 이송가이드부재로써 회동롤러(432)가 설치되며, 경사조작부로써 서포트프레임(431)의 일측 단부는 프레임(410)에 힌지핀(433)에 의해 힌지 체결되며, 타측 단부는 와이어(434)에 의해 고정된다. 와이어(434)는 도시되지 않았으나 프레임(410)에 설치되는 권취용 모터에 의해 당김 또는 풀림이 조작이 이루어질 수 있다.
따라서 서포트프레임(431)은 와이어(434)의 조작에 의해 제2이송부(300) 방향으로 경사를 가질 수 있으며, 이때 서포트프레임(431) 상부에 위치한 배터리는 경사 방향을 따라서 자중에 의해 미끄러져 제2이송부(300)를 따라 이동이 가능하여 배터리방향전환부(400)에 안착 위치한 방전배터리(B2)는 이송을 위한 별도의 구동원이 필요 없이 제2이송부(300)를 따라서 이송이 가능하다.
본 발명에서 제1이송부 또는 제2이송부를 따라서 배터리를 직선 구동시키기 위한 구동수단은 주지의 전동식 또는 유공압의 리니어 액츄에이터에 의해 제공될 수 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에 있어서, 배터리를 직선 구동시키기 위한 리니어 액츄에이터의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 특히 본 발명에 있어서 리니어 액츄에이터(500)는 제1실린더(510)와, 이 제1실린더(520)에 대해 신장이 가능한 제2실린더(520)와, 이 제2실린더(52)에 대해 신장이 가능하며 선단부에는 자기력에 의해 배터리(B)를 고정 가능한 전자석클램프(531)가 마련되어 실린더로드(530)로 구성되어 다단으로 신장이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 리니어 액츄에이터(500)는 2단 또는 그 이상의 다단으로 구성되어 신장이 가능하며, 따라서 이송부의 길이가 길더라도 배터리를 직선 구동시키기 위한 충분한 스트로크를 확보할 수가 있다.
또한, 리니어 액츄에이터(500)의 선단부에는 전류의 온/오프에 의해 자기력을 발생시키는 전자석클램프(531)가 마련됨으로써, 종래의 후크방식으로 배터리에 마련된 돌기에 걸어서 배터리(B)를 고정하는 것과 비교하여 배터리(B)를 보다 견고히 고정할 수 있으며, 특히 무인운반차량에 사용되는 배터리는 강자성을 갖는 재질을 포함하고 있으므로 전자석클램프(531)를 이용하여 큰 견인력을 얻을 수가 있으므로, 배터리 고정에 대한 신뢰성을 높일 수 있어서 배터리 파지불량에 의한 사고를 방지할 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 보조전원케이블(600)은 정차된 무인운반차량(10)의 상방에 위치하여 승강 가능하게 마련되며, 보조전원케이블(600) 하단에는 전원단자(610)가 마련된다. 예를 들어, 보조전원케이블(600)은 도르래(620)에 권취되며, 도르래(620)는 모터(630)에 의해 역회전 또는 역회전이 가능하며, 모터(630)의 구동에 의해 전원단자(610)의 높이 조절이 가능하다.
보조전원케이블(600)의 하강 시에 전원단자(610)는 무인운반차량(10)의 상부에 마련된 보조충전단자(12)와 연결되어 배터리의 교환 동안에 무인운반차량(10)에 보조전원을 공급한다.
이와 같이 무인운반차량은 배터리의 교환 동안에 보조충전단자(12)를 통해 전원 공급이 가능하므로, 무인운반차량에는 (메인)배터리의 교환 동안에 전원을 공급하기 위한 별도의 보조배터리를 적재할 필요가 없다.
특히, 본 발명에서 보조전원케이블(600)의 전원단자(610)는 보조충전단자(11)와 자기력에 의해 접속이 가능하도록 자성체가 구비되는 것을 주요 기술상의 특징 중의 하나로 하는 것이다. 예를 들어, 전원단자(610) 일부는 영구자석에 의해 제공되며, 보조충전단자(11)는 영구자석에 의해 자화가 가능한 강자성체를 포함하므로써, 전원단자(610) 하강 시에 전원단자(610)는 자기력에 의해 보조충전단자(11)와 정확히 결합될 수 있다. 다른 한편으로, 전원단자(610)와 보조충전단자(11)가 서로 인력이 작용하도록 전원단자(610)와 보조충전단자(11)에 서로 반대의 자극을 갖는 영구자석을 구비함으로써 전원단자(610)와 보조충전단자(11)가 자기력에 의해 정확히 결합이 이루어질 수 있다.
이와 같이 전원단자(610)와 보조충전단자(11)가 자기력에 의해 결합될 수 있도록 함으로써, 예를 들어 무인운반차량이 배터리교환스테이션(BCS)의 정위치 에 정차하지 않아서 보조전원케이블(600)의 하강 시에 전원단자(610)와 보조충전단자(11) 사이의 결합위치 오차가 발생하더라도 자기력에 의해 전원단자(610)와 보조충전단자(11)가 확실히 결합이 이루어질 수가 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 배터리 자동교환장치를 이용하여 무인운반차량의 배터리를 교체하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 무인운반차량(10)은 배터리의 교체가 필요한 경우에 배터리교환스테이션(BC)으로 이동하여 배터리 수납부(13)가 제1-2이송부(220)의 선단부와 일치하도록 정차하게 된다. 이때, 무인운반차량(10)은 메인컴퓨터(1)로부터 전달된 지령에 따라서 지정된 배터리교환스테이션(BCS)으로 이동이 이루어질 수가 있다.
무인운반차량(10)이 정차된 후에 보조전원케이블(600)이 하강하여 전원단자(610)가 무인운반차량(10)의 보조충전단자(12)와 결합되어 무인운반차량(10)으로 보조전원의 공급이 이루어짐과 함께, 리니어 액츄에이터(500)가 신장되어 전자석클램프(531)에 의해 방전된 배터리를 고정하여 배터리 수납부(13)에서 방전된 배터리를 인출하며, 방전된 배터리를 배터리방향전환부(400)까지 이동시킨다. 이때, 배터리방향전환부(400)는 제2방향전환부(430)가 제1이송부(210)(220)와 같은 높이에 위치한 상태이다.
다음으로 제2방향전환부(430)의 서포트프레임(431)이 경사 조작이 이루어짐으로써, 제2방향전환부(430) 상에 위치한 방전배터리는 제2이송부(300) 측으로 배출되며, 이와 함께 제2방향전환부(430)와 함께 제1방향전환부(420)가 하강하게 되며, 제1방향전환부(420)는 제1이송부(210)(220)와 같은 높이에 위치하게 된다.
이와 같이 무인운반차량(10)에서 방전배터리의 인출 작업이 이루어진 후에 리니어 액츄에이터(500)에 의해 충전배터리 적치부(100)에 위치한 충전배터리(B1)는 제1이송부(210)(220)를 따라서 무인운반차량(10) 측으로 이동하여 배터리 수납부(13)에 안착되어 교환이 완료된다.
무인운반차량(10)의 배터리 교환이 완료된 후에는 보조전원케이블(600)이 상승하여 보조충전단자(12)와 전원단자(61)가 분리되어 보조전원 공급이 중단되며, 무인운반차량(10)은 작업장으로 이동하여 정해진 작업을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치의 다른 실시예를 보여주는 도면으로써, 앞서 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 무인운반차량의 배터리 자동교환장치에 있어서, 배터리방향전환부(700)는 이송가이드부재가 마련되어 제1이송부(210)(220)와 제2이송부(300)의 교차지점에서 회전 가능한 회동부(710)와; 이 회동부(700)를 회전 구동시키기 위한 회전구동부를 포함한다.
본 실시예에서 이송가이드부재는 회동롤러(720)를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 컨베이어벨트와 같은 주지의 이송수단이 이용될 수 있다.
이송가이드부재가 설치되는 회동부(710)는 제1이송부(210)(220)와 제2이송부(330)의 가상 교차지점에서 회동 가능하게 설치되며, 방향에 따라서 제1이송부(210)(220)를 따라서 충전배터리를 무인운반차량(10)으로 이송이 가능하며, 또는 제2이송부(300) 측으로 방전배터리를 옮길 수 있다.
한편, 회동부(710)는 회전구동부로써 주지의 전동모터, 또는 감속장치가 사용될 수 있으며, 또한 회동부(710)의 원활한 회전운동을 위하여 베어링 등이 이용되어 회동부가 지지될 수 있음은 자명하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 배터리 자동교환장치는 작동은 앞서의 실시예와 실질적으로 동일하며, 다만 배터리방향전환부(700)에서 방전된 배터리는 상하 위치 변화가 없이 수평방향의 회전에 의해 제2이송부(300)로 옮겨지게 되며, 이때 제2이송부(300)로 방전된 배터리를 옮기기 위한 구동원으로써 제1이송부에 마련되는 리니어 액츄에이터와는 별도의 제2리니어 액츄에이터가 마련되어 방전된 배터리를 제2이송부(300)를 따라서 이동시킬 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 무인운반차량 11 : 제어유니트
12 : 보조충전단자 13 : 배터리 수납부
100 : 충전배터리 적치부 210 : 제1-1이송부
220 : 제1-2이송부 300 : 제2이송부
400 : 배터리방향전환부 410 : 프레임
420 : 제1방향전환부 430 : 제2방향전환부
431 : 서포트프레임 432 : 경사조작부
433 : 힌지핀 434 : 와이어
440 : 승강구동부 500 : 리니어 액츄에이터
531 : 전자석클램프 600 : 보조전원케이블
610 : 전원단자

Claims (5)

  1. 배터리에 의해 가동되며, 메인컴퓨터의 지령에 따라서 지정된 장소로 이동이 가능한 무인운반차량의 배터리를 교환할 수 있도록 다수의 충전배터리가 마련되어 상기 무인운반차량에 수납된 배터리를 자동으로 교환하기 위한 배터리 자동교환장치에 있어서,
    충전된 배터리들이 적치되는 충전배터리 적치부;
    배터리 교환을 위해 정차한 무인운반차량의 배터리 수납부와 상기 충전배터리 적치부 사이에 마련되어 배터리의 수평방향의 직선 이송을 안내하게 되는 이송가이드부재를 갖는 제1이송부;
    상기 제1이송부와 직각으로 배치되어 방전된 배터리의 배출 이송을 안내하게 되는 이송가이드부재를 갖는 제2이송부;
    상기 제1이송부에 마련되어 방전된 배터리의 이송방향을 제2이송부로 전환 가능한 배터리방향전환부;
    선단부에 자기력에 의해 배터리를 고정 가능한 전자석클램프가 마련되어 상기 제1이송부를 따라서 배터리를 전후 구동시키기 위한 리니어 액츄에이터 및;
    정차된 무인운반차량의 상방에 위치하여 승강 가능하게 마련되어 무인운반차량의 상부에 마련된 보조충전단자와 자기력에 의해 접속이 가능한 자성체가 구비된 전원단자를 갖는 보조전원케이블을 포함하는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리방향전환부는,
    프레임;
    상기 프레임에 설치되어 상기 제1이송부와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제1방향전환부;
    상기 제1방향전환부의 연직 상단 또는 하단에 위치하도록 상기 프레임에 설치되어 상기 제2이송부와 동일한 방향으로 배터리를 안내하기 위한 이송가이드부재를 갖는 제2방향전환부 및;
    상기 프레임을 상하 구동하기 위한 승강구동부를 포함하는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2방향전환부는,
    상기 이송가이드부재가 설치되는 서포트프레임 및;
    상기 서포트프레임을 경사 구동시키기 위한 경사조작부로 구성되어, 상기 서포트프레임의 경사 방향을 따라서 안착된 배터리의 이송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배터리방향전환부는,
    이송가이드부재가 마련되어 상기 제1이송부와 제2이송부의 교차지점에서 회전 가능한 회동부 및;
    상기 회동부를 회전 구동하기 위한 회전구동부를 포함하며,
    상기 제2이송부에는 배터리를 수평 이동시키기 위한 제2리니어 액츄에이터를 더 포함하는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 리니어 액츄에이터는 다단으로 신장이 가능한 것을 특징으로 하는 무인운반차량의 배터리 자동교환장치.
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