自动运输装载系统及方法

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1、自动运输装载系统及方法专利名称：自动运输装载系统及方法技术领域：本发明总体上是针对一种物料搬运车辆，尤其是针对一种能够自动地装载和卸载例如牵引式拖车、轨道车、平台拖车或集装箱之类的运输工具的自动导引车辆。背景技术：在物料搬运业中广泛地使用自动导引车辆(AGV)来搬运装载物。术语AGV通常用来指代具有任何数量的可利用的自动导引系统的、具有高鲁棒性的车辆设计。术语自动导引小车(AGC)通常用来指代用于类似但较简单的应用的、具有较低鲁棒性的车辆。在整个本申请(包括权利要求书在内)中，术语AGV应意指和包括AGV和AGC两者以及任何其它被自动地导引的的车辆。 目前的AGV设计一般包括框架和设于该框架的

2、四个角部的旋转脚轮(swivelcastor)。其它的特征可以包括驱动轮组件和用于小车方向控制的刚性脚轮。在一种当前的设计中，框架上固定有两个刚性脚轮，并且这两个刚性脚轮大致位于小车框架每一侧的旋转脚轮之间的中间位置。两对旋转脚轮轴和刚性脚轮轴大致相互平行。可转向的驱动单元通常经由与小车框架铰接的并且加载有弹簧的板件而连接到小车框架，以确保可转向的驱动轮保持足够的与支撑表面的附着摩擦力(traction)。在另一个实施例中，固定的驱动轮使AGV推进，可转向的脚轮弓I导AGV的运动。 AGV包括控制其运动的导引系统。现今使用的已知的导引系统包括线导、激光导引、磁带导引、测距法导引(odometr

3、y guidance)、惯性导引以及光学导引，并且每种导引都具有与其本身相关的优缺点。例如，惯性导引易受跟踪误差(tracking error)的影响，其中由AGV测得的行进距离及方向与行进的实际的距离及方向不同。尽管跟踪误差可被减小到最低程度，但是跟踪误差在整个较长的行进距离上均可能增加，并且系统必须例如利用通过沿指定路径的途中参考标记(磁性涂料、射频识别(RFID)标签等)来调整这些误差。 激光导引系统利用特殊的标记，AGV感知并利用这些特殊的标记来控制其行进。这种系统易受到来自标记的障碍，并且很显然的一点是在任何行进环境中都需要提供标记。如果更改AGV的路径，那么必须物理地挪移这些标记。

4、而且，具有这种导引系统的AGV仅可以在具有这些特殊标记的区域中行进，这样，在本发明中，就需要待装载或卸载的任何运输工具均具有标记。 与运输工具的自动装载与卸载相关联的一个难点在于运输工具相对于固定的装载货台(loading dock)位置的位置变化。运输工具通常为手动定位(停靠)，例如当运输工具为卡车时通过驾驶员来手动定位。这种手动定位使得运输工具的位置具有未知的变化性。当驾驶员将拖车定位于装载货台时，他/她或许不能够使拖车与货台门精确地相匹配。这将使拖车相对于货台门具有一偏斜角度。由于该角度是未知的，并在拖车每次定位于装载货台时可能会发生变化，因此如果AGV不具备检测和补偿这种拖车偏斜的能力

5、，则其将不能有效地导引及传送拖车中的装载物。现有技术已通过利用滑板来使运输工具相对于装载货台定位，来致力于解决该问题，然而这种处理方式成本高且效率低下。拖车还可能被定位成偏离了相对于货台门的最佳位置。在利用AGV装载较宽的装载物时，即使小至l英寸的偏移量也可能在装载过程中产生问题。 与运输工具的自动装载和卸载相关联的另一个难点在于AGV必须能够克服运输工具与货台之间的高度差。不同类型的运输工具以及不同风格的同类型运输工具，其高度会有所不同。而且，对于某一运输工具，其高度也并非固定不变；因为随着拖车装载货物，悬架将会被压縮，从而导致运输工具的高度发生改变。为了能够实现高鲁棒性的操作，AGV必须能

6、够在运输工具高度改变，进而在运输工具与货台之间的各高度差改变的情况下，仍能进行操作。现有技术已经通过利用液压或其它类型的千斤顶来稳定运输工具并使该运输工具处于适当的位置，来致力于解决该问题；然而，这种处理方式同样成本高且效率低下。 通常利用在货台与运输工具之间使用装卸斜坡的方法来便于这两者之间的过渡。然而，位于货台与运输工具之间的向上或向下的陡坡可能造成导引困难。例如，使用激光导引系统的AGV在上坡或下坡时可能因激光会指向目标的上方或下方的缘故而找不到目标。 运输工具的位置改变可能会妨碍载货卡车的自动装载，并且几乎肯定会降低装载的效率。例如，最有效的装载方法是使装载物尽可能相互靠近地放置，而运

7、输工具的预期位置的任何变化都将有可能增大装载物的间距。 尽管使用了导引系统来控制AGV的行进，但是本领域中仍未能令人满意地解决它们在从运输工具装卸装载物的过程中的使用问题。发明内容 鉴于上述问题，需要一种有效且高效地结合使用不同的导引系统来为运输工具自动地装载及卸载的AGV设计。更具体地，需要一种能够为可能并不位于预期位置的运输工具装载和卸载的AGV设计。 为了满足这些需要以及本领域技术人员基于本说明书和附图可显而易见的其它的需要，本发明旨在提供一种通过AGV装载及卸载运输工具的方法和系统。AGV首先接合(engage) 装载物。随后，利用第一导引系统将带有所接合的装载物的AGV导引到一已知位

8、置。从该位置处，启动第二导引系统，以将AGV导引到运输工具上的适当的装载位置，在该装载位置处将装载物放下。其后，使用第二导引系 导引AGV返回到接近上述已知位置的位置，其中第一导引系统随后重新开始其对AGV的行进的控制。 在本发明的另一实施例中，AGV首先接合一装载物。随后，利用导弓I系统将带有所接合的装载物的AGV导引到一已知的位置。从该位置处，导引系统确定位于运输工具上的适当的装载位置，并对自身进行调整以将带有装载物的AGV导引到该装载位置并放下装载物。其后，使用调整后的导引系统导引AGV返回到接近上述已知位置的位置，其中原始的未经调整的导引系统重新开始其对AGV的行进的控制。 通过参阅下

9、文的详细说明、权利要求书以及附图，将显而易见本发明的进一步的范围和适用性。然而，应当认识到的是，这些展示了本发明的优选实施例的详细说明和具体示例仅是以示例说明的方式给出，因为不脱离本发明的原理和范围的各种改变和变型对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。 通过参阅下文给出的详细说明、所附权利要求书以及附图，将可更充分地理解本发明，在附图中 图1是根据本发明的AGV的俯视 图2是根据本发明的AGV的侧视 图3是根据本发明的AGV的正视图； 图4a至图4e是根据本发明的已装载的运输工具的俯视 图5是装载过程的示意性流程 图6是可替代的AGV的俯视 图7是可替代的AGV的侧视图；以及 图8是与该AG

10、V系统和装载区域相关的运输工具的俯视图。具体实施例方式现在参考图1至图4来示出与说明根据本发明的自动导引车辆10。应领会的是，关于根据本发明的运输工具的自动装载和卸载的应用也可用于除本文所阐述的AGV以外的各种应用中。例如，本发明可与各种结构的自动导引车辆以及其它物料搬运车辆配合使用。 AGV IO包括用于推进AGV 10以及使其转向的转向和驱动机构。在所示的图中，转向和驱动机构包括与导引系统联结并用于推进AGV 10以及使其转向的驱动轮12和可转向轮14。当AGV 10被推进时，导引系统使可转向轮14转向，由此使AGV IO转向。另外，这些驱动轮12优选为导线串联的双驱动轮以产生电差动(el

11、ectrical differential)。还可使用其他不同的推进系统，例如借助旋转脚轮或通过使用用于驱动轮的主/从马达控制器的差动或机械化，转向(panzer steer)。 导引系统可为公知的许多导引系统中的一种。如在下文更充分地描述的，在一个优选实施例中使用两个导引系统。第一导引系统为惯性导引系统。该优选的系统使用程序化的行进路径。可转向轮14的位置是已知的并且能够被调整。优选地但非必要地，通过履带轮(track wheel)来测量AGV IO行进的距离和方向。带有位于每个驱动轮上的编码器和转向编码器的系统可与履带轮结合使用或独立于履带轮使用，以追踪AGV IO所行进的距离和方向。当A

12、GV IO行进时，可转向轮14在一定的距离处转动到一定的位置。在这种方式下，通过仅指定可转向轮14的位置和在该位置处时所要行进的距离，AGV 10能够被用于在几乎任何表面上行进。以上所做的详细说明仅是示例性的，使用不同类型的导引系统(例如，激光导引系统)作为第一导引系统的情况亦包涵在本发明的技术思想和范围之内。 AGV IO还包括装载物撷取机构(load c即ture mechanism)，例如夹子，或优选地为如附图所示的用于接合装载物的叉对16。如本技术领域中所公知的，该装载物优选地包8括通常与货盘(pallet) 体形成的叉槽(fork pocket)，用以与叉对16接合。利用升降机 构1

13、8，叉对16可被沿竖向进行调整。升降机构18允许装载物被升高或降低至各种高度，例 如将装载物彼此叠置。在一个优选实施例中，AGV还包括两套距离传感器，即后方测距装置 20和前方测距装置30。如下文中更充分地描述的，这两套测距装置被可操作地联结到转向 和驱动机构，用以导引AGV 10。 优选地，上述装载物撷取机构能够通过侧向移动机构22水平地移动被接合的装 载物。在图3所示的优选实施例中，升降机构18配备有两个叉对16。每个叉对16安装到 单独的叉架(fork carriage) 17，而每个叉架17安装到升降机构18。升降机构18能够根据 需要而将两个叉架17 起提升，以便竖直地定位叉对16和

14、/或装载物。叉架17还安装在 竖直滑动件15上，并配备有液压缸，以使每个叉对16的独立的提升能力能够达到六英寸。 这种独立的提升允许AGV将其叉对16移动并定位于一对相邻的装载物中。通过仅使一个 叉对16提升六英寸，可使AGV从一对相邻的装载物中拾取单件装载物。这种相同的操作再 加上侧向移动机构22，使AGV能够将两件装载物并排放置或置于单个仓库储藏架上。每个 叉架17配备有带有链条传动装置的液压马达24。链条25将叉架17牵拉至期望的位置。 在一个优选实施例中，设计有叉架滑动导轨26，以允许叉架17移过中央位置，以使AGV能够 在其中央位置放下装载物。为了实现该操作，一个叉对16移动到一侧避

15、免碍事，由此使另 一叉对16能够定位于AGV的中央位置。 侧向移动机构22再加上升降机构18以及AGV 10的前后移动(行进)，使得装载 物在被AGV 10的装载物撷取机构接合时在整个三维方向上进行调整。在图l所示的优选 实施例中，每个叉对16都可沿水平方向独立地运动，即沿箭头31的方向独立地运动。另外， 每个侧向移动机构22包括用于追踪叉对16的运动的编码器23。这些编码器23优选为能 够追踪叉对16在水平方向上的位置变化以及速度变化。这些编码器23与AGV 10的导引 系统进行通讯，并用于将叉对16适当地定位。下文将结合装载运输工具50的描述更充分 地描述叉对16的水平移动。 如上文所述的

16、AGV 10被设计为用于运输工具50的自动装载及卸载。现在将结合 位于工厂的装载货台位置处的封闭的卡车拖车来描述这些过程，不过类似的过程也可结合 任何类似的运输工具50，例如有平板拖车或轨道车来加以描述。 自动地装载运输工具: 为了装载运输工具50， AGV 10必须首先接合装载物。如上文所述，在一个优选实 施例中，接合装载物是通过使用与装载物的叉槽(通常，与货盘一体形成)配合的AGV 10 的叉对16，并通过使用升降机构18将装载物抬离地面来实现的。叉对16与叉槽的配合是 较困难的操作，并要求精确。优选地，将装载物以相对高的精度放置在已知的位置。随后， 可对AGV 10的导引系统编程，以便与位于该已知的位置处的装载物相互作用，从而使叉对 16与叉槽彼此正确地配合。如果将装载物精确地放置在已知的位置是困难的或不现实的， 则可对AGV 10进行改动，以允许装载物的定位范围更宽。例如，可在叉对16末端上或其附 近安置光学传感器，并可利用这些光学传感器检测装载物的叉槽。当AGV 10接近装载物 位置时，可开