自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置及充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集装箱码头载运工具的充电装置，具体涉及一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置以及对所述自动充电车载装置进行充电的方法。
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【背景技术】
[0003]新一代自动化集装箱码头实现集装箱全自动装卸运输，从而大大提高装卸集装箱的效率。其六大子系统中的智能化水平运输系统中，码头前沿的岸桥(QC，quay crane)与堆场全自动轨道吊(ARMG，Automated Rail Mounted Gantry crane)之间的集装箱主要是由全电动无人自动导航运载车(AGV)完成。AGV工作一段时间后，需要进行自动充电。
[0004]充电作业控制过程是，AGV的车载蓄电池电压在低于某待定阀值时，启动自动充电程序并且存储当前任务节点，然后通过车载控制模块前往充电区域充电，由导航模块将AGV精确定位后，AGV开始进行电源对接，自动对接完成后开始充电，当蓄电池电量到达某待定阀值后，表明充电完成并退出充电作业，随后返回任务节点。
[0005]在充电装置可行方案中，主要有刚性直插式、滑触式以及非接触式三种充电方案。刚性直插式主要是直接将插头准确插入电源插座中进行充电；滑触式主要是通过伸缩机构，快速推动集电器电刷与装在车上的碳刷紧密接触，实现滑线得电；非接触式主要是电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现电能的传递。
[0006]现有技术中，AGV在工作时，随时可能发生电能不足的情况，其所剩电能不足以前往充电区域时，AGV可能出现自行停车现象，将会影响智能化码头其他AGV工作，同时，当多个AGV同时出现电能不足时，可能在充电区出现拥堵现象，降低了智能化码头的工作效率。除此之外，在现有技术中，特别是对于刚性直插式、滑触式，AGV进入充电区时，必须精准控制AGV的位置才能促使插头准确与电源连接或集电极电刷与车上的碳刷接触，待电源接通后开始充电，而当AGV未能精确停靠在充电区域时，AGV需要重新停靠。并且对于滑触式，需要架设支架设施，对场地安全有着较大影响。而对于无接触式充电装置来说，除却准确定位外，其传输功率不足，不能为锂电池提供快速充电，影响AGV工作效率。
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【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置。本发明使用可快速充电的磷酸铁锂电池作为驱动能源，其具有高能量密度、电压平台高、热稳定性好、循环寿命长，保证锂电池能在短时间内将蓄电池充满。考虑到AGV工作的连续性，本发明的AGV自动充电装置安装在堆场的AGV充电缓冲区，采用在线充电的方式解决全电驱动的AGV的充电问题。
[0009]也就是当AGV每次进入堆场的AGV充电缓冲区时，通过自动充电装置快速充电，AGV每次充电时间为90s，理论充电2.5度，与AGV的单圈耗电基本吻合。由此，既避免了AGV因电量不足不能到达充电区域，又解决了充电区AGV数量过多的问题。
[0010]当AGV由岸桥至堆场后返回至岸桥完成一个周期工作后随即进入路径中设定的充电区域充电。本发明针对智能化码头在无人值守的情况下，AGV通过集装箱码头堆场埋设RFID标签矩阵的作用进行位置检测并确定AGV的运动轨迹，当AGV由岸桥向堆场运送集装箱，每次经过AGV缓冲区进行一次快速充电。在AGV进入充电缓冲区时，由AGV上的RFID读写线圈读取地面RIFD标签信息判定AGV位置是否进入充电区。
[0011]若AGV由充电等候区进入充电区，车载控制模块使AGV的挂钩式充电连接器伸开，随着AGV进入充电区后停止移动，AGV上的挂钩式充电连接器上的充电插头将会与地面上的电源相连接，则插头将会插入电源中，AGV则开始为电池组充电；AGV在快速充电完成后，由电压检测模块检测到电量达到某待定阀值时，车载充电控制器控制挂钩式充电连接器收回，然后AGV启动尚开。
[0012]现有技术中，特别是对于刚性直插式、滑触式，AGV进入充电区时，必须精准控制AGV的位置才能促使插头准确与电源连接或集电极电刷与车上的碳刷接触，待电源接通后开始充电，而当AGV未能精确停靠在充电区域时，AGV需要重新停靠。并且对于滑触式，需要架设支架设施，对场地安全有着较大影响。而对于无接触式充电装置来说，除却准确定位夕卜，其传输功率不足，不能为锂电池提供快速充电，影响AGV工作效率。
[0013]本发明设计了一种新颖的挂钩式自动充电装置，可以促使AGV在未能准确到达充电缓冲区时也能顺利连接，以保证AGV与充电装置连接的成功率，提高了 AGV的工作效率；同时充电装置直接与岸电相连，提高充电效率。
[0014]本发明的技术方案如下:
一种自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置，包括:安装在AGV车头和车尾下部的的RFID读写线圈；安装在车体中间下部的充电连接器缓冲装置；以及与充电连接器缓冲装置相连接的挂钩式充电连接器；安装在车体内部的电量测量模块；以及与以上各部件均相连的车载充电控制器及具有收发无线信号功能的车载无线模块。
[0015]充电连接器缓冲装置由紧固件固定在车体中部下方上的两个弹簧和一个可活动模块组成，可活动模块上装有电机并与挂钩式充电连接器相连。当AGV所停位置发生偏差时，可活动模块通过弹簧的伸缩作用带动挂钩式充电连接器先前或向后移动，使之与地面电源连接。
[0016]挂钩式充电连接器的第一长方体模块的一端通过电机与可活动模块相连；另一端与第二长方体模块的一端通过另一电机相连。第二长方体模块的另一端上装有充电插头。充电插头通过埋藏在挂钩式充电连接器和充电连接器缓冲装置中的导线与电池组相连。车载充电控制器通过总线与挂钩式充电连接器、充电连接器缓冲装置、RFID读写线圈、以及车载无线模块相连，用以控制各个装置执行对应动作，同时，通过车载无线模块实现与地面装置的通信。
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本发明同时提供了对上述自动化集装箱码头全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置进行充电的方法，具体步骤如下: 步骤一、AGV在集装箱码头堆场埋设的RFID标签矩阵的作用下，由岸桥至堆场完成一个周期工作后进入路径中设定的缓冲区域充电；如充电区内有AGV正在充电作业，则AGV在充电等候区等待。
[0018]步骤二、在AGV进入充电区时，AGV车头部的RFID读写线圈读取充电区左侧的第一个RFID标签的位置信息，并将读取的信息通过无线信号传至车载充电控制器，车载充电控制器通过车载无线模块对地面装置传输信号，车载充电控制器使可活动模块上的电机带动第一长方体模块与可活动模块成30度角，同时，第二长方体模块另一端的电机带动第二长方体模块与第一长方体模块也成30度角；挂钩式充电连接器伸出，形成挂钩状态，等待与地面电源连接；
步骤三、随着AGV到达充电区域停止，AGV由车头和车尾部的RFID读写线圈读写地面上的RFID标签信息，确定AGV的停车位置；同时，充电区内的地面电源位置对应于AGV停止时其上的挂钩式充电连接器的位置。挂钩式充电连接器的充电插头稳定并与地面电源相连。
[0019]步骤四、AGV开始充电作业。
[0020]步骤五、当无线电量测量模块测得电量到达某待定阀值时表明充电完成，电量检测模块检测到电量充满，通过车载无线模块对地面装置传输信号，电量检测模块通过车载充电控制器控制可活动模块上的电机带动第一长方体模块与可活动模块平行，同时，第二长方体模块另一端的电机带动第二长方体模块与第一长方体模块平行，使挂钩式充电连接器收缩并脱离地面电源。AGV离开充电区。
[0021]本发明具有以下特点和优点:
(I)充电插头采用挂钩式。
[0022](2)通过缓冲装置，使AGV在位置发生偏差的情况下也能与地面电源连接。
[0023](3)挂钩式充电连接器可收缩。
[0024](4) RFID读写线圈用于AGV充电缓冲区的定位。
[0025](5)挂钩式充电插头缓冲装置可提高电源与插头的成功连接率，提高AGV工作效率。
[0026](6)通过RFID技术对充电区定位，可靠性高。
[0027](7)挂钩式充电连接器可收缩，节省空间并保证了充电插头的安全。
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下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
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【附图说明】
[0030]图1是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置充电缓冲区俯视图；
图2是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置的侧视图；
图3是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置电源板的车载充电控制器通过总线与其他被控制对象的连接示意图；
图4是本发明全电动无人自动导航载运车在等待区的侧视图； 图5是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置在自动充电区的结构示意图；
图6是本发明全电动无人自动导航载运车在充电区充电的示意图；
图7是本发明全电动无人自动导航载运车停止在充电区的示意图；
图8是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置与地面电源的配合示意图；
图9是本发明全电动无人自动导航载运车自动充电车载装置充电方法的流程图。
[0031 ] 附图标记说明:101是RFID标签；102是电机；202是弹貪；305是总线；104是挂钩式充电连接器；106是充电连接器缓冲装置；107是电量测量模块；108是地面电源；109是RFID读写线圈；112是电池组；202是弹簧；203是可活动模块；305是总线；306是车载充电控制器；
401是第二长方体模块2 ;402是是第一长方体模块；403是紧固件；501是车载无线模块；
具体实施方法
AGV整个充电缓冲区分为充电等候区和充电区两个部分。区域的划分主要通过RFID标签矩阵信息决定。RFID标签矩阵由间距相等的若干RFID标签组成，如图1所示，整个充电缓冲区内的圆圈矩阵表示为RFID标签101矩阵；在虚线框内的区域为AGV充电区，矩形代表AGV，沿着AGV运动方向为车头，反方向为车尾，车头和车尾上的矩形是安装在AGV车头和车尾的RFID读写线圈109。AGV主要通过安装在AGV车头和车尾的RFID读写线圈读取充电区内的RFID标签信息来决定AGV在充电区的位置姿态。
[0032]同时，如图1所示，在AGV中部安装有两个挂钩式充电连接器104，并与电池组112组成回路；当两个挂钩式充电连接器104分别与地面电源的正、负极连接时，电池组开始充电。
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