自動化集裝箱碼頭全電動無人自動導航載運車自動充電裝置及充電方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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裝置以及使用所述自動充電裝置的充電方法。
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【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(tǒng)中的智能化水平運輸系統(tǒng)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(yè)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(jié)點，然后通過車載控制模塊前往充電區(qū)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(yè)，隨后返回任務節(jié)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(fā)生電能不足的情況，其所剩電能不足以前往充電區(qū)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(qū)出現擁堵現象，降低了智能化碼頭的工作效率。除此之外，上述三種類型充電裝置，特別是對于剛性直插式、滑觸式，AGV進入充電區(qū)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(qū)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。同時，電源部分直接裸露在室外，特別在港口作業(yè)的情況下，室外條件惡劣，影響充電電源的壽命。
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【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的第一個目的是使用可快速充電的磷酸鐵鋰電池作為驅動能源，保證鋰電池能在短時間內將蓄電池充滿。本發(fā)明的第二個目的是把AGV自動充電裝置安裝在堆場的AGV緩沖區(qū)，采用在線充電的方式解決全電驅動的AGV的充電問題，以保證AGV作業(yè)的連續(xù)性。
[0009]本發(fā)明的第三個目的是設計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(qū)時也能順利連接，以保證AGV與充電裝置連接的成功率，提高AGV的工作效率。同時加設檢測裝置以確保插頭與電源之間的安全。
[0010]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(wěn)定性好、循環(huán)壽命長，保證鋰電池能在短時間內將蓄電池充滿?？紤]到AGV工作的連續(xù)性，本發(fā)明的AGV自動充電裝置安裝在堆場的AGV緩沖區(qū)，采用在線充電的方式解決全電驅動的AGV的充電問題。
[0011 ] 也就是當AGV每次進入堆場的AGV充電緩沖區(qū)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(qū)域，又解決了充電區(qū)AGV數量過多的問題。
[0012]除此之外，上述三種類型充電裝置存在對AGV停車位置精度要求高，場地安全性差，電能傳輸功率低以及電源裸露的缺點；本發(fā)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(qū)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。并加設檢測裝置以確保插頭與電源之間的安全，直接將岸電處理成直流電源，使AGV能夠快速充電；同時，對地面電源設計了保護裝置。
[0013]本發(fā)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裝置，包括車載裝置和地面裝置。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其具有收發(fā)無線信號的車載無線模塊。
[0014]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(fā)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。
[0015]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。車載充電控制器與各個裝置相連，用以控制各個裝置執(zhí)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。
[0016]地面裝置包括:安裝在地面上的可放倒和豎起的電源板；電源板上方的導電槽；以及安裝在導電槽上的壓力傳感器，在導電槽的正后方的電磁鐵；三相電壓、整流器、DC/DC裝置；與以上各個部件相連接并受其控制的地面充電控制器，以及地面充電控制器中收發(fā)無線信號的地面無線模塊。
[0017]在導電槽上添加壓力傳感器，并在導電槽的正后方添加電磁鐵。電源板平躺于地下，上方覆有安全蓋，安全蓋右端(面向)由輪軸與地面相連，另一端可自由活動；彈簧將安全蓋與地面相連。電源板平躺時的左上角通過電機與地面相連。其中三相電壓、整流器、DC/DC裝置串聯為充電裝置提供直流電源。地面充電控制器與各個裝置相連，用以控制各個裝置執(zhí)行對應動作，同時，通過地面無線模塊實現與車載裝置的通信。
[0018]充電插頭成功插入導電槽時，對導電槽產生壓力，而導電槽上的壓力傳感器獲取信號，通過充電控制器使導電槽通電，以此加強了用電安全。電磁鐵可以使掛鉤式充電連接器與電源板存在間距時，通過電磁鐵吸引充電插頭，使充電連接器緩沖裝置帶動充電插頭向前移動，使充電插頭成功插入導電槽。由此，增加了連接成功率。
[0019]同時，對于地面裝置而言，在導電槽上添加了壓力傳感器，并在導電槽的正后方添加了電磁鐵。電源板平躺于地下，上方覆有安全蓋，安全蓋右端(面向)由輪軸與地面相連，另一端可自由活動；彈簧將安全蓋與地面相連。電源板平躺時的左上角通過電機與地面相連。其中三相電壓、整流器、DC/DC裝置串聯為充電裝置提供直流電源。地面充電控制器與各個裝置相連，用以控制各個裝置執(zhí)行對應動作，同時，通過地面無線模塊實現與車載裝置的通信。
[0020]當掛鉤式充電連接器不工作時，其處于收縮狀態(tài)，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；當掛鉤式充電連接器需要工作時，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(tài)，等待與地面電源連接。
[0021]本發(fā)明同時提供了上述全電動無人自動導航載運車自動充電裝置的充電方法，其步驟如下:
步驟一、AGV在通過集裝箱碼頭堆場埋設RFID標簽矩陣的作用下AGV由岸橋至堆場完成一個周期工作后隨即進入路徑中設定的緩沖區(qū)域充電。如充電區(qū)內有