自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置及充電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集裝箱碼頭載運工具的充電裝置，具體涉及一種自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置以及對所述自動充電車載裝置進行充電的方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]新一代自動化集裝箱碼頭實現集裝箱全自動裝卸運輸，從而大大提高裝卸集裝箱的效率。其六大子系統中的智能化水平運輸系統中，碼頭前沿的岸橋(QC，quay crane)與堆場全自動軌道吊(ARMG，Automated Rail Mounted Gantry crane)之間的集裝箱主要是由全電動無人自動導航運載車(AGV)完成。AGV工作一段時間后，需要進行自動充電。
[0004]充電作業控制過程是，AGV的車載蓄電池電壓在低于某待定閥值時，啟動自動充電程序并且存儲當前任務節點，然后通過車載控制模塊前往充電區域充電，由導航模塊將AGV精確定位后，AGV開始進行電源對接，自動對接完成后開始充電，當蓄電池電量到達某待定閥值后，表明充電完成并退出充電作業，隨后返回任務節點。
[0005]在充電裝置可行方案中，主要有剛性直插式、滑觸式以及非接觸式三種充電方案。剛性直插式主要是直接將插頭準確插入電源插座中進行充電；滑觸式主要是通過伸縮機構，快速推動集電器電刷與裝在車上的碳刷緊密接觸，實現滑線得電；非接觸式主要是電磁感應原理，通過線圈進行能量耦合實現電能的傳遞。
[0006]現有技術中，AGV在工作時，隨時可能發生電能不足的情況，其所剩電能不足以前往充電區域時，AGV可能出現自行停車現象，將會影響智能化碼頭其他AGV工作，同時，當多個AGV同時出現電能不足時，可能在充電區出現擁堵現象，降低了智能化碼頭的工作效率。除此之外，在現有技術中，特別是對于剛性直插式、滑觸式，AGV進入充電區時，必須精準控制AGV的位置才能促使插頭準確與電源連接或集電極電刷與車上的碳刷接觸，待電源接通后開始充電，而當AGV未能精確停靠在充電區域時，AGV需要重新停靠。并且對于滑觸式，需要架設支架設施，對場地安全有著較大影響。而對于無接觸式充電裝置來說，除卻準確定位外，其傳輸功率不足，不能為鋰電池提供快速充電，影響AGV工作效率。
[0007]

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提供一種自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置。本發明使用可快速充電的磷酸鐵鋰電池作為驅動能源，其具有高能量密度、電壓平臺高、熱穩定性好、循環壽命長，保證鋰電池能在短時間內將蓄電池充滿。考慮到AGV工作的連續性，本發明的AGV自動充電裝置安裝在堆場的AGV充電緩沖區，采用在線充電的方式解決全電驅動的AGV的充電問題。
[0009]也就是當AGV每次進入堆場的AGV充電緩沖區時，通過自動充電裝置快速充電，AGV每次充電時間為90s，理論充電2.5度，與AGV的單圈耗電基本吻合。由此，既避免了AGV因電量不足不能到達充電區域，又解決了充電區AGV數量過多的問題。
[0010]當AGV由岸橋至堆場后返回至岸橋完成一個周期工作后隨即進入路徑中設定的充電區域充電。本發明針對智能化碼頭在無人值守的情況下，AGV通過集裝箱碼頭堆場埋設RFID標簽矩陣的作用進行位置檢測并確定AGV的運動軌跡，當AGV由岸橋向堆場運送集裝箱，每次經過AGV緩沖區進行一次快速充電。在AGV進入充電緩沖區時，由AGV上的RFID讀寫線圈讀取地面RIFD標簽信息判定AGV位置是否進入充電區。
[0011]若AGV由充電等候區進入充電區，車載控制模塊使AGV的掛鉤式充電連接器伸開，隨著AGV進入充電區后停止移動，AGV上的掛鉤式充電連接器上的充電插頭將會與地面上的電源相連接，則插頭將會插入電源中，AGV則開始為電池組充電；AGV在快速充電完成后，由電壓檢測模塊檢測到電量達到某待定閥值時，車載充電控制器控制掛鉤式充電連接器收回，然后AGV啟動尚開。
[0012]現有技術中，特別是對于剛性直插式、滑觸式，AGV進入充電區時，必須精準控制AGV的位置才能促使插頭準確與電源連接或集電極電刷與車上的碳刷接觸，待電源接通后開始充電，而當AGV未能精確停靠在充電區域時，AGV需要重新停靠。并且對于滑觸式，需要架設支架設施，對場地安全有著較大影響。而對于無接觸式充電裝置來說，除卻準確定位夕卜，其傳輸功率不足，不能為鋰電池提供快速充電，影響AGV工作效率。
[0013]本發明設計了一種新穎的掛鉤式自動充電裝置，可以促使AGV在未能準確到達充電緩沖區時也能順利連接，以保證AGV與充電裝置連接的成功率，提高了 AGV的工作效率；同時充電裝置直接與岸電相連，提高充電效率。
[0014]本發明的技術方案如下:
一種自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置，包括:安裝在AGV車頭和車尾下部的的RFID讀寫線圈；安裝在車體中間下部的充電連接器緩沖裝置；以及與充電連接器緩沖裝置相連接的掛鉤式充電連接器；安裝在車體內部的電量測量模塊；以及與以上各部件均相連的車載充電控制器及具有收發無線信號功能的車載無線模塊。
[0015]充電連接器緩沖裝置由緊固件固定在車體中部下方上的兩個彈簧和一個可活動模塊組成，可活動模塊上裝有電機并與掛鉤式充電連接器相連。當AGV所停位置發生偏差時，可活動模塊通過彈簧的伸縮作用帶動掛鉤式充電連接器先前或向后移動，使之與地面電源連接。
[0016]掛鉤式充電連接器的第一長方體模塊的一端通過電機與可活動模塊相連；另一端與第二長方體模塊的一端通過另一電機相連。第二長方體模塊的另一端上裝有充電插頭。充電插頭通過埋藏在掛鉤式充電連接器和充電連接器緩沖裝置中的導線與電池組相連。車載充電控制器通過總線與掛鉤式充電連接器、充電連接器緩沖裝置、RFID讀寫線圈、以及車載無線模塊相連，用以控制各個裝置執行對應動作，同時，通過車載無線模塊實現與地面裝置的通信。
[0017]
本發明同時提供了對上述自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置進行充電的方法，具體步驟如下: 步驟一、AGV在集裝箱碼頭堆場埋設的RFID標簽矩陣的作用下，由岸橋至堆場完成一個周期工作后進入路徑中設定的緩沖區域充電；如充電區內有AGV正在充電作業，則AGV在充電等候區等待。
[0018]步驟二、在AGV進入充電區時，AGV車頭部的RFID讀寫線圈讀取充電區左側的第一個RFID標簽的位置信息，并將讀取的信息通過無線信號傳至車載充電控制器，車載充電控制器通過車載無線模塊對地面裝置傳輸信號，車載充電控制器使可活動模塊上的電機帶動第一長方體模塊與可活動模塊成30度角，同時，第二長方體模塊另一端的電機帶動第二長方體模塊與第一長方體模塊也成30度角；掛鉤式充電連接器伸出，形成掛鉤狀態，等待與地面電源連接；
步驟三、隨著AGV到達充電區域停止，AGV由車頭和車尾部的RFID讀寫線圈讀寫地面上的RFID標簽信息，確定AGV的停車位置；同時，充電區內的地面電源位置對應于AGV停止時其上的掛鉤式充電連接器的位置。掛鉤式充電連接器的充電插頭穩定并與地面電源相連。
[0019]步驟四、AGV開始充電作業。
[0020]步驟五、當無線電量測量模塊測得電量到達某待定閥值時表明充電完成，電量檢測模塊檢測到電量充滿，通過車載無線模塊對地面裝置傳輸信號，電量檢測模塊通過車載充電控制器控制可活動模塊上的電機帶動第一長方體模塊與可活動模塊平行，同時，第二長方體模塊另一端的電機帶動第二長方體模塊與第一長方體模塊平行，使掛鉤式充電連接器收縮并脫離地面電源。AGV離開充電區。
[0021]本發明具有以下特點和優點:
(I)充電插頭采用掛鉤式。
[0022](2)通過緩沖裝置，使AGV在位置發生偏差的情況下也能與地面電源連接。
[0023](3)掛鉤式充電連接器可收縮。
[0024](4) RFID讀寫線圈用于AGV充電緩沖區的定位。
[0025](5)掛鉤式充電插頭緩沖裝置可提高電源與插頭的成功連接率，提高AGV工作效率。
[0026](6)通過RFID技術對充電區定位，可靠性高。
[0027](7)掛鉤式充電連接器可收縮，節省空間并保證了充電插頭的安全。
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下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
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【附圖說明】
[0030]圖1是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置充電緩沖區俯視圖；
圖2是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置的側視圖；
圖3是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置電源板的車載充電控制器通過總線與其他被控制對象的連接示意圖；
圖4是本發明全電動無人自動導航載運車在等待區的側視圖； 圖5是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置在自動充電區的結構示意圖；
圖6是本發明全電動無人自動導航載運車在充電區充電的示意圖；
圖7是本發明全電動無人自動導航載運車停止在充電區的示意圖；
圖8是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置與地面電源的配合示意圖；
圖9是本發明全電動無人自動導航載運車自動充電車載裝置充電方法的流程圖。
[0031 ] 附圖標記說明:101是RFID標簽；102是電機；202是彈貪；305是總線；104是掛鉤式充電連接器；106是充電連接器緩沖裝置；107是電量測量模塊；108是地面電源；109是RFID讀寫線圈；112是電池組；202是彈簧；203是可活動模塊；305是總線；306是車載充電控制器；
401是第二長方體模塊2 ;402是是第一長方體模塊；403是緊固件；501是車載無線模塊；
具體實施方法
AGV整個充電緩沖區分為充電等候區和充電區兩個部分。區域的劃分主要通過RFID標簽矩陣信息決定。RFID標簽矩陣由間距相等的若干RFID標簽組成，如圖1所示，整個充電緩沖區內的圓圈矩陣表示為RFID標簽101矩陣；在虛線框內的區域為AGV充電區，矩形代表AGV，沿著AGV運動方向為車頭，反方向為車尾，車頭和車尾上的矩形是安裝在AGV車頭和車尾的RFID讀寫線圈109。AGV主要通過安裝在AGV車頭和車尾的RFID讀寫線圈讀取充電區內的RFID標簽信息來決定AGV在充電區的位置姿態。
[0032]同時，如圖1所示，在AGV中部安裝有兩個掛鉤式充電連接器104，并與電池組112組成回路；當兩個掛鉤式充電連接器104分別與地面電源的正、負極連接時，電池組開始充電。
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