TWI704096B - 電池更換裝置、電池更換系統及調度方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種電池更換裝置、電池更換系統及調度方法，所述電池更換裝置可以快速給工作設備換上可用電池，使其繼續工作，節省出了充電時間，提高了工廠的產量，通過電池更換系統的監控單元監控電池更換裝置和工作設備中的電池信息進行監控，並將所有電池的信息發送給調度單元，調度單元根據這些信息提供不同的調度方案，可以使所述電池更換裝置達到最大的使用效率，並且有效的防止更換電池發生衝突或阻塞的情況。

Description

電池更換裝置、電池更換系統及調度方法

本發明係關於半導體製造領域，尤其是關於一種電池更換裝置、電池更換系統及調度方法。

在半導體領域中，物料自動化、智能管理是必然的趨勢，目前用於物料運輸和搬運的移動機器人已經得到廣泛應用；該類移動機器人通常採用電池驅動，在電池電量不足時，一般採用自動充電或者人工更換電池的方式進行續航。

對於人工更換電池的方式，不僅增加了人力成本，且與未來智能化設備的發展趨勢不符。自主充電的方式每次充電的時間需要幾個小時，降低了機器人工作效率，嚴重影響了工廠最關心的產率問題。而為了解決該問題，必須通過增加機器人數量的方式來解決，這又增加了成本。另外廠房內會有多個充電樁來為不同的機器人充電，佔用了工廠的空間，對於寸土寸金的工廠來說非常浪費。

本發明的目的在於提供一種電池更換裝置、電池更換系統及調度方法，以解決現有技術無法快速更換電池等問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種電池更換裝置、電池更換系統及調度方法，所述電池更換裝置，用於對一工作設備進行電池更 換，所述電池更換裝置包括存儲單元、轉換單元及至少一個導向單元；所述存儲單元用於存儲電池，所述電池包括可用電池和不可用電池，所述可用電池的電量大於或等於一第一閾值，所述不可用電池的電量小於所述第一閾值；所述轉換單元用於在所述導向單元定位所述工作設備後取出所述工作設備中的不可用電池，並將獲取自所述存儲單元的所述可用電池放入所述工作設備中。

可選的，所述存儲單元包括承載單元和充電單元，所述承載單元用於承載所述電池，所述充電單元用於對所述不可用電池進行充電。

可選的，所述承載單元包括電池載盤，所述充電單元包括充電樁，所述充電樁上有多個充電區，所述電池載盤套接在所述充電樁外，所述存儲單元還包括旋轉驅動器，所述旋轉驅動器設置在所述電池載盤或所述充電樁上，用於驅動所述電池載盤和所述充電樁一起旋轉，所述轉換單元從所述工作設備中取出所述不可用電池，將所述不可用電池放置在所述電池載盤上通過所述充電區充電，所述電池載盤和所述充電樁一起旋轉，將所述可用電池對準所述轉換單元。

可選的，所述承載單元包括電池載櫃，所述電池載櫃內有若干電池放置區，每個所述電池放置區內均設置有所述充電單元，所述轉換單元從所述工作設備中取出所述不可用電池，將所述不可用電池放置在所述電池放置區，並通過所述電池放置區內的所述充電單元充電，所述轉換單元通過移動從所述電池載櫃內取出所述可用電池。

可選的，所述可用電池或不可用電池放置在所述承載單元上，並與所述充電單元的信號接口連接，以進行充電或信號傳輸。

可選的，所述承載單元包括多個放置電池的工位，所述充電單元包括多個所述信號接口，所述承載單元的工位數量與所述充電單元的信號接口數量相匹配。

可選的，所述電池更換裝置具有一外殼，所述存儲單元和所述轉換單元設置於所述外殼內，所述外殼上設置有開口，所述轉換單元通過所述開口傳遞所述可用電池和不可用電池。

可選的，所述導向單元包括無接觸式導向組件和接觸式導向組件，所述無接觸式導向組件包括標識符和識別器，所述標識符和所述識別器分別設置在所述外殼和所述工作設備上或相反設置，所述接觸式導向組件設置在所述外殼外部與所述開口對應的一側，通過識別器識別所述標識符以獲得所述工作設備相對所述接觸式導向組件的位置，所述工作設備移動至所述接觸式導向組件，通過所述接觸式導向組件定位以對準所述開口。

可選的，所述接觸式導向組件包括至少一個導軌，所述導軌遠離所述外殼的一端較靠近所述外殼的一端的開口大，所述工作設備沿著所述導軌移動至對準所述開口。

可選的，所述接觸式導向組件包括一磁條和設置於所述工作設備中的磁導航單元，通過所述磁導航單元檢測所述磁條產生的磁場以移動至對準所述開口。

本發明還提供了一種電池更換系統，包括所述電池更換裝置、監控單元、調度單元和若干個工作設備；所述監控單元監控所述電池更換裝置和所述工作設備中電池的信息，並將所述電池的信息發送給所述調度單元； 所述調度單元根據所述電池的信息採取不同的調度策略，以用於對所述電池更換裝置和若干個所述工作設備進行整體調度。

可選的，所述監控單元用於監控所述電池更換裝置的使用狀態、電池的電量信息和可用電池的數量。

可選的，所述電池更換系統還包括無線路由單元，所述監控單元、所述調度單元、所述電池更換裝置和若干個所述工作設備通過無線路由單元實現通信連接。

可選的，所述調度策略包括：策略一：當所述工作設備的電池電量小於第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去更換電池；策略二：當所述工作設備的電池電量小於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於不可用狀態或者所述電池更換裝置中可用電池的數量小於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去等待區排隊，等待更換電池；策略三：當所述工作設備的電池電量大於等於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元進行衝突預測，當所述調度單元預測到將會發生衝突時，將所述工作設備調度去更換電池，其中，所述第二閾值小於所述第一閾值。

本發明還提供了一種所述電池更換系統的調度方法，所述電池更換系統的調度方法包括：所述監控單元監控所述電池更換裝置和m個所述工作設備中電池的信息，並將所述電池的信息發送給所述調度單元，其中，m為自然數；所述調度單元根據所述電池的信息採取不同的調度策略； 策略一：當所述工作設備的電池電量小於第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去更換電池；策略二：當所述工作設備的電池電量小於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於不可用狀態或者所述電池更換裝置中可用電池的數量小於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去等待區排隊，等待更換電池；策略三：當所述工作設備的電池電量大於等於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元進行衝突預測，當所述調度單元預測到將會發生衝突時，將所述工作設備調度去更換電池，其中，所述第二閾值小於所述第一閾值。

可選的，所述電池更換裝置中電池的數量為n，所述電池的充電時間為Tc，使用時間為Tw，其中，m為自然數，當所述充電時間Tc小於等於所述使用時間Tw時，將n設置為

m；當所述充電時間Tc大於所述使用時間Tw時，將n設置為

m*(Tc/Tw+1)。

可選的，所述調度單元進行衝突預測的步驟包括：獲取電池電量小於所述第二閾值的工作設備的數量i和所述電池更換裝置中導向單元的數量j，i

2，i>1；在i個所述工作設備中，獲取電池電量的差值小於等於一第三閾值的工作設備的數量為k，k

0；判斷是否會發生衝突，當k大於j時將會發生衝突，當k小於等於j時不會發生衝突，其中，所述第三閾值小於所述第二閾值。

可選的，當k大於j時，所述調度單元將i-j個所述工作設備調度去更換電池。

在本發明提供的電池更換裝置、電池更換系統及調度方法中，所述電池更換裝置可以快速給工作設備換上可用電池，使其繼續工作，節省出了充電時間，提高了工廠的產量，通過電池更換系統的監控單元監控電池更換裝置和工作設備中的電池信息進行監控，並將所有電池的信息發送給調度單元，調度單元根據這些信息提供不同的調度策略，可以使所述電池更換裝置達到最大的使用效率，並且有效的防止更換電池發生衝突或阻塞的情況。

1:電池更換裝置

10:第一無線傳輸單元

11:外殼

12:充電單元

13:承載單元

14:轉換單元

141:機械手

142:第三導軌

15:導向單元

151:第一導軌

152:第二導軌

151a:第一導軌的限位部件

152a:第二導軌的限位部件

16:電池

17:控制單元

18:定位板

19:開口

2:工作設備

21a、21b:車輪

22:第二無線傳輸單元

3:總控制端

31:監控單元

32:調度單元

4:無線路由單元

5:等待區

51:無線充電裝置

圖1-圖3為實施例一提供的電池更換裝置的示意圖； 圖4為實施例一提供的電池更換裝置的控制單元的示意圖； 圖5為實施例一提供的電池更換系統的示意圖； 圖6為實施例一提供的電池更換系統的控制方法的示意圖； 圖7為實施例一提供的電池更換系統的調度方法的示意圖； 圖8為實施例二提供的電池更換裝置的示意圖； 圖9為實施例三提供的電池更換系統的示意圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需 說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

實施例一

參閱圖1-2，其為本實施例提供的電池更換裝置的示意圖，所述電池更換裝置1包括存儲單元、轉換單元14及至少一個導向單元15；所述存儲單元用於存儲電池16，所述電池包括可用電池和不可用電池，所述可用電池的電量大於等於一第一閾值，所述不可用電池的電量小於所述第一閾值；所述導向單元15定位一工作設備2後，所述轉換單元14取出所述工作設備中的不可用電池，並將所述可用電池放入所述工作設備2中。

具體的，所述存儲單元用於存儲電池16(具體可以是可用電池和不可用電池)，所述存儲單元包括一承載單元13和充電單元12，所述承載單元13、充電單元12和轉換單元14均設置於一外殼11內，所述導向單元15設置於所述外殼11的外側；工作設備2通過所述導向單元15移動至與所述外殼11對接，所述轉換單元14將不可用電池從所述工作設備2中取出並放置在所述承載單元13上，所述充電單元12對所述不可用電池進行充電；所述轉換單元14從所述承載單元13上將可用電池放入所述工作設備2中。所述電池更換裝置1可以快速給工作設備2換上可用電池，使其繼續工作，同時又可以對電池進行集中充電，節省出了充電時間，提高了工廠的產量。

如圖1-圖2所示，在本實施例中，所述充電單元12為一個可旋轉的充電樁，所述充電樁包括充電區，所述充電區有多個可供不可用電池充電的信號接口。所述承載單元13包括一電池載盤，所述電池載盤套接在所述充電樁外，所述充電樁與一旋轉驅動器連接，所述旋轉驅動器設置在電池載盤或充電樁上，當所述旋轉驅動器驅動所述充電樁和電池載盤進 行旋轉時，所述轉換單元14從所述工作設備2中取出所述不可用電池，將所述不可用電池放置在所述電池載盤上，並通過所述充電區充電，電池載盤和充電樁一起旋轉，將可用電池對準所述轉換單元14。所述電池載盤上設置有多個承載電池16的工位，工位的數量可以根據電池的大小進行劃分，所述承載單元13承載電池16的工位與所述充電單元12為所述電池16充電的信號接口的數量一致。當所述電池16與所述充電單元12的信號接口對接時，所述電池16處於充電狀態，並且可以通過所述信號接口傳輸電量信息。

所述轉換單元14包括一機械手用於取放所述電池16，在更換電池時，機械手先將所述可用電池從所述工作設備2上卸載，再將所述不可用電池放置在承載單元13上的空閒工位上，所述承載單元13和所述充電單元12一起旋轉，將可用電池對準所述機械手的拾取工位，之後所述機械手拾取所述可用電池，並將其安裝進所述工作設備2中。所述機械手至少為四軸的機械手，也可以為更多自由度的機械手，其行程範圍覆蓋所述充電單元12和所述工作設備2，另外載重能力滿足電池的重量需求，所述機械手的末端執行器與電池的形狀相匹配，便於電池的取放。

優選的，可以在所述外殼11設置有導向單元15的一側上設置一開口19，以供電池16的進出，所述開口19的位置與所述工作設備2的電池安裝口的位置一致，便於所述轉換單元14安裝和卸下電池16，並且，所述開口19的尺寸可以與所述電池16的尺寸匹配。

所述承載單元13、充電單元12和轉換單元14均設置於所述外殼11內，所述導向單元15設置於所述外殼11的一側，為所述工作設備2提供導向和定位作用。所述導向單元15包括無接觸式導向組件和接觸式導向組件，所述無接觸式導向組件包括標識符和識別器，標識符和識別器分別設置在所述外殼11和所述工作設備2上或相反設置，具體的，所述外殼11設 置有導向單元15的這一側還設置有定位板18，用於遠程定位所述工作設備2。所述定位板18上有標識符，該標識符可以為二維碼、十字、三角形、圓形等可以通過視覺傳感器識別的圖案，所述工作設備2靠近所述電池更換裝置1時，所述工作設備2可通過識別定位板18上的標識符以獲得工作設備2相對所述接觸式導向組件的位置。

所述接觸式導向組件設置在所述外殼11外部與所述開口19對應的一側，所述工作設備2可移動至所述接觸式導向組件，通過接觸式導向組件定位以對準所述開口19。所述工作設備2通常為可以進行移動運輸和搬運材料的機器人，其通過車輪進行移動。所述接觸式導向組件包括至少一個導軌，用於與所述工作設備2的車輪進行對接。具體的，如圖2所示，所述工作設備2具有兩列對稱的車輪(例如車輪21a和車輪21b)，所述導向單元15上設置有第一導軌151和第二導軌152，所述第一導軌151和第二導軌152距離外殼11較遠的一端開口較大，呈喇叭狀，便於車輪21a和車輪21b進入，所述第一導軌151和第二導軌152距離外殼11較近的一端均設置有限位部件(所述第一導軌151的限位部件151a，所述第二導軌152的限位部件152a)。所述工作設備2通過所述定位板18初步定位以後，車輪21a和車輪21b分別與所述第一導軌151和第二導軌152對接，之後車輪21a和車輪21b會沿著第一導軌151和第二導軌152的方向進行校正，直到觸碰到限位部件，工作設備2停止運動，此時通過車輪和導軌的機械定位達到了較好的對接狀態，便於進行電池的更換。

當然，當所述工作設備2中安裝有磁導航單元時，所述接觸式導向組件可以包括一磁條和安裝在所述工作設備上的磁導航單元，磁條導航具有較高的精度，因此可以完全達到對接的需求。所述磁條鋪設在設定的路徑上，所述磁導航單元通過檢測所述磁條的磁場以移動至對準所述 開口19。所述工作設備2上設置有第二無線傳輸單元22，可以通過所述第二無線傳輸單元22傳輸電量信息。

所述電池更換裝置1中的導向單元15的數量可以為多個，如圖3所示，所述電池更換裝置1採用了雙導向單元的形式，即，在所述外殼11的一側設置兩個導向單元15，並且所述開口19的數量也可以與所述導向單元15的數量匹配。採用該模式可以節省工作設備2定位的時間，在工作設備2進行電池更換的同時，另一台工作設備2可以進行定位操作，當一台工作設備2完成電池更換後，轉換單元14可立刻進行另一台工作設備2的電池更換工作，不必等待工作設備2定位所花費的時間，這樣進一步提高了電池更換裝置1的有效利用率。

當然，也可以設置多個轉換單元14，所述轉換單元14的數量可以與所述導向單元15的數量一致，保證導向單元15能夠同時運行。兩個導向單元15之間的距離滿足兩台工作設備2的空間要求，即兩台工作設備2在空間上不干涉。

請參閱圖4，所述電池更換裝置1還包括一控制單元17，所述控制單元17對所述電池更換裝置1的運動進行控制。具體的，當進行電池更換時，所述控制單元17控制所述轉換單元14將所述工作設備2的不可用電池卸下，將所述不可用電池放在所述承載單元13上進行充電，所述控制單元17根據電池的電壓和功率要求，將廠房220V電壓轉換為相應的充電電壓，並保證充電單元的每個信號接口的電壓穩定。所述控制單元17可以通過所述充電單元12的信號接口獲取所述電池更換裝置1中所有電池的電量信息並對應到每個電池工位，即每個工位上電池的電量信息，並可以將這些信息通過第一無線傳輸單元10與外界進行信息交換。當所述轉換單元14將不可用電池放在所述承載單元13上後，所述控制單元17控制旋轉電機旋 轉某一角度，以將可用電池對準轉換單元14，所述轉換單元14將可用電池取走。

參閱圖5-圖6，本實施例還提供了一種電池更換系統，包括所述電池更換裝置1、總控制端3和若干個工作設備2；總控制端3包括所述監控單元31和所述調度單元32，所述監控單元31監控所述電池更換裝置1和所述工作設備2中電池的信息，並將所述電池的信息發送給所述調度單元32；所述調度單元32根據所述電池的信息採取不同的調度策略，使所述電池更換裝置1的使用率達到控制要求。

如圖5所示，所述電池更換系統還包括無線路由單元4，所述無線路由單元4將總控制端3、電池更換裝置1和所有所述工作設備2連在同一局域網內，所述無線路由單元4可以為1個也可以為多個，以覆蓋所有設備的運動區域。所述工作設備2採用電池驅動，數量可以為多台，所述電池更換裝置1負責對到站的工作設備2進行電池更換，並可以對所有的電池進行集中充電。總控制端3通過無線網絡對所有設備進行狀態監控，計算最優的調度策略，對電池更換裝置1以及工作設備2進行整體調度。

請繼續參閱圖6，所述監控單元31通過無線網絡對廠房內所有的工作設備2a、2b.....2m的電池電量和電池更換裝置1進行監控，並將監控的數據傳輸給調度單元32，所述調度單元32將這m個工作設備按電量的高低分為電量低和電量高的兩類，當工作設備2的電池電量小於一第二閾值時，所述工作設備2的電池電量低，當工作設備2的電池電量大於等於所述第二閾值時，所述工作設備2的電池電量高。所述調度單元將所述電池更換裝置1分為可用狀態和不可用狀態的兩種，當電池更換裝置1沒有被佔用，可以進行電池更換時，所述電池更換裝置1處於可用狀態，當電池更換裝置1被佔用，不能進行電池更換時，所述電池更換裝置1處於不可用狀態。所 述調度單元32還要統計所述電池更換裝置1中可用電池數量。所述調度單元32集中了所有的信息後，採用不同的調度策略1、2、3。

具體的，策略1：當所述工作設備2的電池電量小於第二閾值，所述電池更換裝置1處於可用狀態，並且所述電池更換裝置1中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元32將所述工作設備2調度去更換電池；策略2：當所述工作設備2的電池電量小於所述第二閾值，所述電池更換裝置1處於不可用狀態或者所述電池更換裝置1中可用電池的數量小於1時，所述調度單元將所述工作設備2調度去等待區排隊，等待更換電池；策略3：當所述工作設備2的電池電量大於等於所述第二閾值，所述電池更換裝置1處於可用狀態，並且所述電池更換裝置1中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元32進行衝突預測，當所述調度單元32預測到將會發生衝突時，將所述工作設備2調度去更換電池。

請參閱圖7，其為所述電池更換系統的調度方法的流程圖，其融合了調度策略1、2、3。結合圖6所示，當所述總控制端3啟動時，所述監控單元31監控所有所述工作設備2的電池電量，當所述工作設備2的電池電量低時，所述監控單元31監控電池更換裝置1的狀態，當電池更換裝置1處於可用狀態並且可用電池數量大於等於1時，所述調度單元32將工作設備2調度去更換電池，當電池更換裝置1處於不可用狀態或可用電池數量小於1時，所述調度單元32將工作設備2調度去等待區排隊更換電池；當所述工作設備2的電池電量高時，所述調度單元32進行衝突預測，若預測到未來某個時間裡會有多台工作設備2更換電池衝突時，所述監控單元31監控電池更換裝置1的狀態，當電池更換裝置1處於可用狀態並且可用電池數量大於等 於1時，所述調度單元32將工作設備2調度去更換電池，反之，若調度單元32預測不會發生衝突，則使工作設備2繼續工作。

在所述電池更換系統中，所述第二閾值小於所述第一閾值，例如，將所述第二閾值設置為所述第一閾值的30%。所述電池更換裝置中電池的數量為n，所述電池的充電時間為Tc，使用時間為Tw，電池的數量n和工作設備m成如下的關係：當充電時間Tc小於等於使用時間Tw時，n

m；當充電時間Tc大於使用時間Tw時，n

m*(Tc/Tw+1)。

可選的，所述調度單元32進行衝突預測的步驟包括：所述調度單元32獲取電池電量小於所述第二閾值的工作設備的數量i和所述電池更換裝置中導向單元的數量j，i

2，j

1；在i個所述工作設備中，獲取電池電量的差值小於等於第三閾值的工作設備的數量為k，k

0；當k大於j時將會發生衝突，當k小於等於j時不會發生衝突，通過以上方法判斷是否會發生衝突，當k大於j時，所述調度單元32將i-j個所述工作設備2調度去更換電池。所述第三閾值小於所述第二閾值，當然，所述第二閾值與所述第三閾值可以根據實際情況進行調整，例如，本實施例中，可以將所述第三閾值設置為所述第一閾值的1%。

本實施例中，通過總控制端3對所有的工作設備2的狀態和電池更換裝置1的狀態進行監控和調度，使其不會發生多台同時需要換電池而導致的阻塞，使電池更換裝置1和工作設備2的使用效率達到最高。並且電池更換裝置1集中對電池進行充電的方式，占地面積較小，相比每台工作設備2都帶一個充電樁的方式，在工作設備2數量很多的情況下，優勢明顯。

實施例二

參閱圖8，與實施例一的區別在於，本實施例中，所述電池更換裝置1的充電單元12嵌入了所述承載單元13內部，所述轉換單元14包 括第三導軌142和機械手141，機械手141安裝於第三導軌142上，本實施例中的機械手141相較於實施例一的機械手具有更長的運動行程。

所述承載單元13包括電池載櫃，電池載櫃內有若干電池放置區，每個電池放置區內均設置有所述充電單元，所述充電單元12包括一充電板，充電單元12可以為多層，每一層分配多個充電工位，每個充電工位上均設置有所述信號接口，用於給電池16充電或進行信號傳輸，所述承載單元13的承載工位與所述充電單元12的充電工位的數量匹配。所述第三導軌142鋪設在充電板的長度方向(與充電工位的層高相垂直的方向)上。機械手141可以沿著所述第三導軌142移動，以適應充電板的長度，使得採用一個機械手141即可對所有充電工位進行取放電池。

當所述工作設備2來更換電池時，所述機械手141從所述工作設備2中取出所述不可用電池，移動至所述承載單元13的正對面，將所述不可用電池放置在電池放置區的空缺工位上，並通過電池放置區內的充電單元充電，若所述機械手141正對所述承載單元13上的工位不是空缺的，則所述機械手141可沿著第三導軌142移動，找到空缺的工位，將不可用電池放下，再尋找可用電池，當所述機械手141對準所述可用電池後，將所述可用電池取下，將所述可用電池安裝到所述工作設備2上。

實施例三

請參閱圖9，與實施例一和實施例二的區別在於，本實施例中，在所述等待區5中，鋪設了無線充電裝置51，所述工作設備2在等待區5排隊充電時，可以通過第二無線傳輸單元22進行無線充電，防止因等待時間過長而導致關機，從而引起阻塞。

綜上，在本發明實施例提供的電池更換裝置、電池更換系統及調度方法中，所述電池更換裝置可以快速給工作設備換上可用電池，使 其繼續工作，節省出了充電時間，提高了工廠的產量，通過電池更換系統的監控單元監控電池更換裝置和工作設備中的電池信息進行監控，並將所有電池的信息發送給調度單元，調度單元根據這些信息提供不同的調度策略，可以使所述電池更換裝置達到最大的使用效率，並且有效的防止更換電池發生衝突或阻塞的情況。

上述僅為本發明的較佳實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的範圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

1‧‧‧電池更換裝置

2‧‧‧工作設備

3‧‧‧總控制端

4‧‧‧無線路由單元

Claims (16)

1. 一種電池更換裝置，用於對一工作設備進行電池更換，其特徵在於：所述電池更換裝置包括存儲單元、轉換單元及至少一個導向單元；所述存儲單元用於存儲電池，所述電池包括可用電池和不可用電池，所述可用電池的電量大於或等於一第一閾值，所述不可用電池的電量小於所述第一閾值；所述轉換單元用於在所述導向單元定位所述工作設備後取出所述工作設備中的不可用電池，並將獲取自所述存儲單元的所述可用電池放入所述工作設備中；其中所述存儲單元包括承載單元和充電單元，所述承載單元用於承載所述電池，所述充電單元用於對所述不可用電池進行充電；其中所述承載單元包括電池載盤，所述充電單元包括充電樁，所述充電樁上有多個充電區，所述電池載盤套接在所述充電樁外，所述存儲單元還包括旋轉驅動器，所述旋轉驅動器設置在所述電池載盤或所述充電樁上，用於驅動所述電池載盤和所述充電樁一起旋轉，所述轉換單元從所述工作設備中取出所述不可用電池，將所述不可用電池放置在所述電池載盤上通過所述充電區充電，所述電池載盤和所述充電樁一起旋轉，將所述可用電池對準所述轉換單元。
2. 如請求項1所述的電池更換裝置，其中所述承載單元包括電池載櫃，所述電池載櫃內有若干電池放置區，每個所述電池放置區內均設置有所述充電單元，所述轉換單元從所述工作設備中取出所述不可用電池，將所述不可用電池放置在所述電池放置區，並通過所述電池放置區內的所述充電單元充電，所述轉換單元通過移動從所述電池載櫃內取出所述可用電池。
3. 如請求項1或2所述的電池更換裝置，其中所述可用電池或所述不可用電池放置在所述承載單元上，並與所述充電單元的信號接口連接，以進行充電或信號傳輸。
4. 如請求項3所述的電池更換裝置，其中所述承載單元包括多個放置電池的工位，所述充電單元包括多個所述信號接口，所述承載單元的工位數量與所述充電單元的所述信號接口數量相匹配。
5. 如請求項1所述的電池更換裝置，其中所述電池更換裝置具有一外殼，所述存儲單元和所述轉換單元設置於所述外殼內，所述外殼上設置有開口，所述轉換單元通過所述開口傳遞所述可用電池和所述不可用電池。
6. 如請求項5所述的電池更換裝置，其中所述導向單元包括無接觸式導向組件和接觸式導向組件，所述無接觸式導向組件包括標識符和識別器，所述標識符和所述識別器分別設置在所述外殼和所述工作設備上或相反設置，所述接觸式導向組件設置在所述外殼外部與所述開口對應的一側，通過識別器識別所述標識符以獲得所述工作設備相對所述接觸式導向組件的位置，所述工作設備移動至所述接觸式導向組件，通過所述接觸式導向組件定位以對準所述開口。
7. 如請求項6所述的電池更換裝置，其中所述接觸式導向組件包括至少一個導軌，所述導軌遠離所述外殼的一端較靠近所述外殼的一端的開口大，所述工作設備沿著所述導軌移動至對準所述開口。
8. 如請求項6所述的電池更換裝置，其中所述接觸式導向組件包括一磁條和設置於所述工作設備中的磁導航單元，通過所述磁導航單元檢測所述磁條產生的磁場以移動至對準所述開口。
9. 一種電池更換系統，其特徵在於：包括如請求項1至8中任一項所述的電池更換裝置、監控單元、調度單元和若干個工作設備；所述監控單元用於監控所述電池更換裝置和所述工作設備中電池的信息，並將所述電池的信息發送給所述調度單元；所述調度單元根據所述電池的信息採取不同的調度策略，以用於對所述電池更換裝置和若干個所述工作設備進行整體調度。
10. 如請求項9所述的電池更換系統，其中所述監控單元用於監控所述電池更換裝置的使用狀態、電池的電量信息和可用電池的數量。
11. 如請求項9所述的電池更換系統，其中所述電池更換系統還包括無線路由單元，所述監控單元、所述調度單元、所述電池更換裝置和若干個所述工作設備通過無線路由單元實現通信連接。
12. 如請求項9所述的電池更換系統，其中所述調度策略包括：策略一：當所述工作設備的電池電量小於第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去更換電池；策略二：當所述工作設備的電池電量小於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於不可用狀態或者所述電池更換裝置中可用電池的數量小於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去等待區排隊，等待更換電池；策略三：當所述工作設備的電池電量大於等於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元進行衝突預測，當所述調度單元預測到將會發生衝突時，將所述工作設備調度去更換電池，其中，所述第二閾值小於所述第一閾值。
13. 一種如請求項9至11中任一項所述的電池更換系統的調度方法，其中所述電池更換系統的調度方法包括：所述監控單元監控所述電池更換裝置和m個所述工作設備中電池的信息，並將所述電池的信息發送給所述調度單元，其中，m為自然數；所述調度單元根據所述電池的信息採取不同的調度策略；策略一：當所述工作設備的電池電量小於第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去更換電池；策略二：當所述工作設備的電池電量小於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於不可用狀態或者所述電池更換裝置中可用電池的數量小於1時，所述調度單元將所述工作設備調度去等待區排隊，等待更換電池；策略三：當所述工作設備的電池電量大於等於所述第二閾值，所述電池更換裝置處於可用狀態，並且所述電池更換裝置中可用電池的數量大於等於1時，所述調度單元進行衝突預測，當所述調度單元預測到將會發生衝突時，將所述工作設備調度去更換電池，其中，所述第二閾值小於所述第一閾值。
14. 如請求項13所述的電池更換系統的調度方法，其中所述電池更換裝置中電池的數量為n，所述電池的充電時間為Tc，使用時間為Tw，其中，n為自然數，當所述充電時間Tc小於等於所述使用時間Tw時，將n設置為

    

    m；當所述充電時間Tc大於所述使用時間Tw時，將n設置為

    

    m*(Tc/Tw+1)。
15. 如請求項14所述的電池更換系統的調度方法，其中所述調度單元進行衝突預測的步驟包括： 獲取電池電量小於所述第二閾值的工作設備的數量i和所述電池更換裝置中導向單元的數量j，i

    

    2，j

    

    1；在i個所述工作設備中，獲取電池電量的差值小於等於一第三閾值的工作設備的數量為k，k

    

    0；判斷是否會發生衝突，當k大於j時將會發生衝突，當k小於等於j時不會發生衝突，其中，所述第三閾值小於所述第二閾值。
16. 如請求項15所述的電池更換系統的調度方法，其中當k大於j時，所述調度單元將i-j個所述工作設備調度去更換電池。

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