CN115557428A 具备自主垂直攀爬货架功能的AGV、配套货架及控制电路

专利类型：

发明专利

申请/专利号：

CN202211072562.8

申请日期：

2022-09-02

公开/公告号：

CN115557428A

公开/公告日：

2023-01-03

主分类号：

B66F9/06(2006.01)

分类号：

B66F9/06(2006.01)B66F9/075(2006.01)B66F9/12(2006.01)B66F9/06B66F9/075B66F9/12

申请/专利权人：

盐城工学院

发明/设计人：

肖海宁,江润宇,顾朋成,徐彤彤,潘龙,张炯,楼佩煌,武星,钱晓明,石陈陈,陆竣轩,刘威,孙佳佳

主申请人地址：

224051 江苏省盐城市希望大道中路1号

专利代理机构：

南京业腾知识产权代理事务所(特殊普通合伙)

代理人：

徐莉娟

国别省市代码：

江苏;32

权利要求：

1.一种具备自主垂直攀爬货架功能的AGV，其特征在于，所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV，包括：车身；攀爬及行走装置，安装于所述车身两侧，每侧各两个，用于驱动AGV攀爬以及行走；驱动装置，耦接于所述攀爬及行走装置，用于驱动AGV在地面及货架上行走；穿梭模式切换装置，安装于所述车身两侧，每侧各一个，用于驱动AGV切换状态。 2.如权利要求1所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV，其特征在于，所述所述攀爬及行走装置设置有下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮，所述下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮两侧分别通过螺钉或轴套实现轴向固定，并且均通过传动键与车轮轴传动连接；所述车轮轴通过轴承与轴承座连接，轴承座与车架固定连接，在车轮轴的带动下，下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮同步转动，下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮还设置有转动及上攀爬装置；所述上攀爬装置主要由上攀爬齿轮、一号旋转支撑架、一号同步带轮、二号旋转支撑架、换向齿轮、二号同步带轮、上攀爬齿轮轴组成，一号旋转支撑架和二号旋转支撑架各拥有上下两个孔，下侧孔均通过轴承套装于车轮轴，上侧孔通过轴承套装于上攀爬齿轮轴上；一号同步带轮通过传动键与车轮轴传动连接，二号同步带轮通过传动键与上攀爬齿轮轴传动连接，一号同步带轮与二号同步带轮通过同步带传动连接，上攀爬齿轮通过传动键与上攀爬齿轮轴传动连接，换向齿轮通过轴承套装于车轮轴，上攀爬齿轮、一号旋转支撑架、一号同步带轮、二号旋转支撑架、换向齿轮和二号同步带轮之间均通过轴套实现轴向定位；换向齿轮与二号旋转支撑架固定连接，当换向齿轮旋转时，转动及上攀爬装置能够同步转动，当车轮轴转动时，在一号同步带轮、二号同步带轮的传动下，上攀爬齿轮能够与下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮保持同速转动。 3.如权利要求1所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV，其特征在于，所述驱动装置由带减速器、制动器、编码器的一体化伺服电机和电机支架组成，所述伺服电机和电机支架通过螺栓固定，所述电机支架固定连接于车身，带减速器、制动器、编码器的一体化伺服电机的输出轴与车轮轴通过联轴器传动连接；在带减速器和制动器的一体化电机的驱动下，下攀爬齿轮和麦卡纳姆轮同步转动，驱动AGV在地面及货架上行走；所述穿梭模式切换装置设置有一个电动推杆，所述电动推杆通过固定支架固定于车身，电动推杆的输出推杆与L型连接板一端固定连接，L型连接板的另一端与齿条固定连接，齿条两端的导向杆分别插入一导向支架的导向孔内；在电动推杆的推动下，齿条可前后移动，齿条与前后两个转动及上攀爬装置的换向齿轮啮合传动，其配置驱动AGV在水平行走或垂直攀爬状态的切换；所述齿条前后移动时，前后两个转动及上攀爬装置将同步转动，当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮位于同一水平高度时，AGV处于水平行走状态；当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮垂直对齐时，AGV处于垂直攀爬状态。 4.一种实施如权利要求1-3任意一项所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV的具备自主垂直攀爬货架功能的AGV配套货架，其特征在于，所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV配套货架，由水平行走区位和垂直攀爬区位组成；所述水平行走区位四角固定有立柱，底侧设置有横梁，在水平行走区位，AGV靠麦卡娜姆轮的摩擦驱动力运行，水平行走区位的底面设置底板，底板与横梁固定连接；水平行走区位四侧根据其所处货架位置设置前挡板、后挡板、右挡板和左挡板中的一个或者多个，位于货架内部的水平行走区位无挡板，最左侧的水平行走区位需设置左挡板，最右侧的水平行走区位需设置右挡板，最前面的水平行走区位需设置前挡板，最后面的水平行走区位需设置后挡板，各挡板与相应立柱固定连接，其配置用于防止AGV穿梭时从立体车库跌落；所述垂直攀爬区位的四角固定有立柱，在垂直攀爬区位，AGV需垂直攀爬，所述垂直攀爬区位无底板，垂直攀爬区位四侧根据其所处立库位置需设置前挡板和后挡板以及右挡板或左挡板，位于货架内部的垂直攀爬区位仅需设置前挡板和后挡板，最左侧的垂直攀爬区位需设置前挡板、后挡板和左挡板，最右侧的垂直攀爬区位需设置前挡板、后挡板和右挡板，其配置用于防止AGV运行时从立体车库跌落；所述垂直攀爬区位的前挡板和后挡板均需设置齿条组件，所述齿条组件需设置第一横向齿条、第二横向齿条和第三横向齿条，AGV通过下攀爬齿轮、上攀爬齿轮与各横向齿条的啮合传动使AGV在垂直攀爬区位具备水平行走功能；所述齿条组件还需设置第一竖向齿条和第二竖向齿条，竖向齿条和竖向齿条与下层横向齿条的最小间距H1应大于攀爬齿轮的齿顶圆直径；AGV通过多个下攀爬齿轮、上攀爬齿轮与相应纵向齿条的啮合传动使AGV在垂直攀爬区位具备垂直攀爬货架功能，齿条组件还需设置有第一竖向档条和第二竖向档条，并使第一竖向齿条与第一竖向档条的间距D，第二竖向齿条与第二竖向档条的间距D略大于攀爬齿轮的节圆直径，第一竖向档条、第二竖向档条与下层横向齿条的最小间距H2应避免影响转动及上攀爬装置的转动，其配置用于避免AGV在攀爬过程中攀爬齿轮脱离齿条。 5.如权利要求4所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV配套货架，其特征在于，所述配套货架的工作原理如下：在货架的水平行走区，AGV依靠麦卡娜姆轮与底板的摩擦驱动力实现AGV的水平行走功能；在立库的垂直攀爬区域，AGV依靠攀爬齿轮与齿条的啮合实现AGV的垂直攀爬或行走功能，此时麦卡娜姆轮均悬空，当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮位于同一水平高度时，依靠上攀爬齿轮、下攀爬齿轮与横向齿条的同步啮合转动，AGV能够跨越横向齿条间的间隙，实现水平行走功能；当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮垂直对齐时，依靠上攀爬齿轮、下攀爬齿轮与竖向齿条的同步啮合转动，AGV能够跨越上层竖向齿条与下层横向齿条间的间隙，实现垂直攀爬货架功能。 6.如权利要求4所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV配套货架，其特征在于，所述配套货架的工作原理还包括AGV从垂直攀爬状态转变为某层水平行走状态，执行过程为： S1:AGV垂直攀爬至所有上攀爬齿轮到达目标层横向齿条上方间隙中心； S2:同时，启动车身两侧穿梭模式切换装置的电动推杆驱动转动及上攀爬装置旋转，使上攀爬齿轮逐步转动至与下攀爬齿轮水平对齐，并启动四个带减速器、制动器、编码器的一体化伺服电机使AGV向上攀爬； S3:当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮水平对齐时，AGV转变为水平行走状态。 7.如权利要求4所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV配套货架，其特征在于，所述配套货架的工作原理还包括AGV从水平行走状态转变为垂直攀爬状态，执行过程为： S101:AGV水平行走至所有下攀爬齿轮到达垂直攀爬区横向齿条间间隙中心； S102:同时启动车身两侧穿梭模式切换装置的电动推杆驱动转动及上攀爬装置旋转，使上攀爬齿轮逐步转动至与下攀爬齿轮垂直对齐，并启动四个带减速器、制动器、编码器的一体化伺服电机使AGV向下移动； S103:当上攀爬齿轮转动至与下攀爬齿轮垂直对齐时，AGV转变为垂直攀爬状态。 8.一种实施如权利要求1-3任意一项所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV的具备自主垂直攀爬货架功能的AGV控制电路，其特征在于，所述AGV控制电路，包括中央处理器、5个串口接口电路及5个编码器解码电路，其配置用于对四个麦卡纳姆轮及齿条的驱动控制及编码器反馈信号的处理。 9.如权利要求8所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV控制电路，其特征在于，所述AGV控制电路的实现过程为：每个串口接口电路将中央处理器各串行口输出的异步串行电平转换为控制伺服驱动器或电动推杆驱动器所需的电平，第一至第四伺服驱动器分别驱动对应的伺服电机和麦卡纳姆轮按照所需速度与方向转动；伺服电机的反馈传感器为旋转式光电编码器，旋转式光电编码器的输出反馈信号有两路，一路提供至对应的伺服驱动器便于其实现闭环控制，另一路反馈至AGV控制电路中的编码器解码电路，编码器解码电路通过对编码器反馈信号的处理以获取伺服电机的实际旋转方向、速度及角位移，电动推杆驱动器驱动电动推杆和齿条按照预设速度往复直线运动，进而推动转动及上攀爬装置旋转，其配置为驱动AGV在水平行走状态与攀爬状态间切换；所述电动推杆的推杆位移信号由拉线式光电编码器反馈，拉线式光电编码器的反馈信号有两路，一路提供给电动推杆驱动器以实现闭环控制，另一路反馈至第五编码器解码电路，第五编码器解码电路通过对拉线式光电编码器反馈信号的处理以获取电动推杆的推杆移动方向、位移及速度；所述旋转式光电编码器和拉线式光电编码器均为增量式编码器，其输出信号为A、B、C三相脉冲信号，其中，A、B两相脉冲间的相位差为90度，A相超前90度表明电机正转，B相超前90度表明电机反转，A、B两相脉冲的频率及数量分别对应伺服电机的角速度及角位移；所述中央处理器的第一串行口接口与SP3232B连接，经转换后的电平信号与小电阻串联后连接至COM1接口，以便与伺服驱动器的串行通信接口连接；所述中央处理器的第二串行口接口与SP3232B连接，经转换后的电平信号与小电阻串联后连接至COM2接口，用于与伺服驱动器的串行通信接口连接，通过向伺服驱动器发送相应的指令控制相应的伺服电机及麦卡纳姆轮启停或按照指定速度旋转；所述中央处理器的第三串口接口电路至第五串口接口电路通过向相应伺服驱动器发送相应的指令控制相应的伺服电机或电动推杆。 10.如权利要求8所述具备自主垂直攀爬货架功能的AGV控制电路，其特征在于，所述编码器解码电路由隔离变压电路、信号调理电路、鉴向电路和脉冲计数电路组成；所述隔离变压电路的调压过程为：由增量式编码器输出的A、B两相高压原始脉冲信号分别通过一高速光耦隔离芯片实现隔离与变压，增量式编码器输入的A相脉冲连接至高速光耦隔离芯片,所述高速光耦隔离芯片通过上拉电阻连接至编码器电源正极，隔离变压后的A相脉冲输出转变为+5V的脉冲信号；所述信号调理电路，采用电压比较器芯片LM339，用于将隔离变压后的脉冲转变为标准的方波脉冲信号，信号调理过程为：将+5V电压通过电阻分压获取基准电压V-，分压后的基准电压V-约为5V/3＝1.V，并将基准电压V-连接至电压比较器芯片，需要调理的脉冲连接至电压比较器芯片，调理后的标准方波脉冲信号由电压比较器芯片输出，调理后的标准方波脉冲信号提供至鉴向电路及计数电路以获取电机旋转方向、角速度及角位移；所述鉴向电路采用D触发器芯片，鉴向过程为：将调理后的标准A相脉冲信号连接至D触发器芯片,将调理后的标准B相脉冲信号连接至D触发器芯片,则电机的正反转标识信号分别由D触发器芯片正向、反向输出；当电机正转时，正转标识信号为高电平，而反转标识信号为低电平；当电机反转时，正转标识信号为低电平，反转标识信号为高电平，正反转标识信号与中央处理器连接，中央处理器通过采集电平信号感知伺服电机的正反转状态；所述脉冲计数电路，采用8254芯片，计数过程为：每片8254有三个计数通道，将调理后的标准A相脉冲信号连接至8254芯片；当通道的门控信号为高电平时，所述通道对脉冲信号进行计数，每检测到一个脉冲上升沿，通道计数值加一；所述8254芯片的零号通道对伺服电机的正转脉冲进行计数，将正转标识信号与8254计数芯片连接，将所述正转标识信号作为8254计数芯片第零通道的门控信号；采用一号通道对伺服电机的反转脉冲进行计数，将反转标识信号与8254计数芯片连接，将所述反转标识信号作为8254计数芯片一号通道的门控信号；所述8254芯片的地址/数据总线与中央处理器的地址数据总线连接，中央处理器通过地址/数据总线可定时读取8254相应通道的计数值，从而获知脉冲计数值及频率，从而获知伺服电机的旋转角速度及角位移，具体计算公式如下：伺服电机的旋转角位移α为：式中：ΔC为相邻两次读取通道计数值的差值，K为编码器线数；伺服电机的旋转角速度ω为：式中：ΔT为相邻两次读取通道计数值的时间间隔。