一种平面柔性对接装置的制作方法

本发明属于无人系统领域，涉及一种平面对接装置。

背景技术：

随着机器人技术的发展及应用，近年来出现了将其应用于停车场完成自动泊车服务的泊车agv(或称：泊车机器人)。利用泊车agv构建的无人泊车系统与传统停车场相比，同样面积下可增加30％～40％的停车位，同时不需要进行大规模场地建设，是未来智能停车的发展方向。

根据与车辆对接的方式，泊车agv可分为梳齿式、机械臂式和载车板式三种。梳齿式和机械臂式泊车agv采用梳齿托举、机械臂夹持汽车轮胎的方式实现与车辆的对接。在使用中存在为适应不同轴距反复调整、agv直接与轮胎接触表面受污损等问题。载车板式泊车agv具有适应性强及与车辆无直接接触等优势，是目前泊车agv主要的发展方向。

由于泊车agv为新兴产业，具有广阔的市场前景，各厂家均没有对外公布具体的设计细节，公开的泊车agv与载车板对接结构形式也甚少。根据海康威视、昆船智能、上海汇聚等厂家公布的载车板式泊车agv图片及视频可以看出，泊车agv前后布置2个或四角布置4个剪式举升机构，举升机构上平面与载车板底平面刚性接触贴紧，在有些型号上在举升机构上平面安装有具有导向和定位功能的凸块(导向孔)，实现与载车板底部定位孔(销)的对接。

平面刚性对接方式仅适用于相对平坦的路面，当泊车agv载车辆在坡道行驶时，由于仅依靠平面间的摩擦力抵消坡道阻力，当摩擦力不足时会产生载车板下滑跌落造成汽车损坏。虽然可以通过在接触面表面设计花纹或调整接触面材料的方式增大摩擦力，但仍然存在由于长时间使用表面材料磨损或接触面存在油污等造成摩擦力不足的风险。对于设置有简单导向定位装置的对接方式，虽然能够由导向装置抵消坡道阻力，但对接过程中要求agv具有极高的定点定位定向精度，造成对泊车agv导航传感器的精度要求提升，无法降低成本。定位定向误差会对对接的导向部位造成极大的磨损，同时长期的磨损会给该系统的安全性带来极大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种平面柔性对接装置，在agv与载车板对接过程中降低对导向定位的精度要求，从而大幅度降低成本。同时实现坡道行驶过程中对坡道阻力的有效支撑，提高对坡道行驶的适应能力和安全性。

本发明所采用的技术方案是：一种平面柔性对接装置，包括支撑盘、复位弹簧、弹簧销轴、底座、可转动机构；支撑盘底部通过可转动机构与底座连接，复位弹簧两端通过弹簧销轴分别与支撑盘、底座连接，复位弹簧沿支撑盘的周向分布。

所述可转动机构包括压盘、支撑盘固定螺栓；底座为球头座，压盘包括结构对称的两个压盘瓣，两个压盘瓣对接后，压盘上部通过法兰盘与支撑盘底部法兰盘连接，并通过支撑盘固定螺栓固定，压盘与支撑盘底部装配后形成衬碗与球头座的球头配合。

所述底座的球头的材料为40cr材料。

所述支撑盘和压盘形成的衬碗部位采用聚四氟乙烯材料。

所述可转动机构包括支撑盘销轴，支撑盘下端支耳通过支撑盘销轴与底座支耳配合，支撑盘关于底座转动。

所述支撑盘、底座的支耳部位采用聚四氟乙烯材料。

所述弹簧销轴的材料为40cr材料。

所述的一种平面柔性对接装置，分布在泊车agv的举升机构的上平面，泊车时，与位于泊车agv上方为载车板底部的楔形对接块一一对应，支撑盘表面与楔形对接块的斜面配合。

所述支撑盘顶部设置为铜质或其他导电的材料，将所述平面柔性对接装置作为充电触头。

所述的平面柔性对接装置的使用方法，包括步骤如下：

步骤一、泊车agv通过车道线导引进入载车板下方，并进行初始定位，保证支撑盘位于楔形对接块；

步骤二、控制举升机构进行举升，支撑面与载车板底部的楔形对接块的斜面贴合；控制举升机构继续上升至预定的举升高度，将载车板连同其上停放的汽车举离地面，完成对接举升动作；

步骤三、控制泊车agv到达停放位置后，控制举升机构下降至载车板触地，当支撑盘与楔形对接块分离后，复位弹簧将支撑面调整至初始水平状态；

步骤四、控制泊车agv由载车板底部驶出，完成停放动作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用机械柔性对接机构，降低了对于高精度对接部位对于agv初始定位、定姿的精度要求，可以降低系统对于导航定位的精度要求，从而大幅度降低成本；

(2)本发明的平面柔性对接装置通过球面副、转动副实现了连接构件间的相对运动，对导航及定位误差产生的结构偏差，具有较强的自适应调整能力，通过运动副相互接触部位配合使用抗磨材料及增加润滑等方式，提高了整体的使用寿命。从而避免了在误差工况下刚性对接机构长时间使用产生的异常磨损，提高了系统整体的可靠性；

(3)本发明的平面柔性对接装置实现了在坡道行驶工况下，由球面副、转动副的支撑力与摩擦力共同抵消坡道行驶阻力，从而大幅提高了坡道行驶的安全性。

附图说明

图1为本发明的平面柔性对接装置安装示意图；

图2(a)为本发明的球面副平面柔性对接装置三维图；

图2(b)为本发明的球面副平面柔性对接装置的爆炸图；

图3(a)为本发明的转动副平面柔性对接装置三维图；

图3(b)为本发明的转动副平面柔性对接装置的爆炸图；

图4为载车板底部楔形对接面；

图5为泊车agv与载车板对接示意图；

图6为载车板楔形对接面受力示意图

图7为坡道行驶状态刚性对接载车板受力示意图；

图8为柔性、刚性配合对接载车板坡道行驶状态受力示意图；

图9为水平行驶状态柔性、刚性配合对接载车板受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，平面柔性对接装置3安装在泊车agv1的举升机构2的上平面。平面柔性对接装置3可以为球面副平面柔性对接装置，也可以为转动副平面柔性对接装置。

如图2(a)、图2(b)所示，球面副平面柔性对接装置包括支撑盘31、支撑盘固定螺栓32、压盘33、弹簧销轴34、复位弹簧35、底座固定螺栓36、底座37；压盘33包括形状一致的两个压盘瓣，两个压盘瓣对接后，上部通过法兰盘与支撑盘31底部法兰盘连接；底座37为球头座；

球面副平面柔性对接装置的支撑盘31及分片式压盘33在装配时分别放置在底座37的球头上下两端，采用支撑盘固定螺栓32压紧，支撑盘31及压盘33装配后形成的衬碗与球头实现配合。压盘33底部及球头座上平面分别设置有复位弹簧35的上、下固定点，采用弹簧销轴34将复位弹簧35固定在上下固定点之间。平面柔性对接装置整体通过底座固定螺栓36与举升机构2上平面连接固定。

如图3(a)、图3(b)所示，球面副结构可以实现多自由度的柔性调整，亦可将球面副改为转动副实现部分自由度的柔性调整。转动副平面柔性对接装置的支撑盘31与底座37采用支撑盘销轴38连接，支持盘31底部及底座37上平面分别设置有复位弹簧35的上、下固定点，采用弹簧销轴34将复位弹簧35固定在上下固定点之间。

如图4所示，载车板4底部与平面柔性对接装置3对应位置设置楔形对接块5，用于与平面柔性对接装置的配合，楔形对接块5的楔形对接面投影区域大于平面柔性对接装置3的支撑盘31。

平面柔性对接装置3在使用过程中球面副、转动副相互连接的零件存在相对滑移，为较少磨损提高使用寿命，滑移部位应具备一定的润滑条件，可在零件上设置压注油杯用于注入润滑脂。此外在材料选型上，球头、销轴等部位可选用40cr材料，球面副平面柔性对接装置的支撑盘31、压盘33衬碗部位及转动副平面柔性对接装置的支撑盘31、底座37支耳部位可选用聚四氟乙烯(ptfe)材料。

在泊车agv1与载车板4进行对接时，首先泊车agv1通过车道线导引进入车位，并在采用例如rfid等方式进行初始定位。初始定位精度仅需保证平面柔性对接装置3的支撑盘31位于楔形对接块5底部即可，降低了精准对接的要求。如图5所示，初始对准后即可控制剪式举升机构2进行举升，平面柔性对接装置3的支撑面31与载车板4底部的楔形对接块5的楔形对接面贴合。举升机构2继续上升至预定的举升高度，将载车板4连同其上停放的汽车举离距地面一定高度，完成对接举升动作。

泊车agv1到达停放位置后，控制举升机构2下降至载车板4触地，当平面柔性对接装置3的支撑盘31与载车板4底部楔形对接块5的楔形对接面分离后，复位弹簧35将支撑面31调整至初始水平状态，便于进行下一次对接操作。泊车agv1由载车板4底部完全驶出，完成一次停放动作。

载车板4楔形对接面受力示意图如图6所示，对载车板4楔形对接面受力进行分解，柔性支撑力为f，楔形对接面倾角为θ，楔形对接面安装倾角为β，则柔性支撑力为f的纵向分力fx、横向分力fy及垂向分力fz分别为：

fx＝f×sinθ×cosβ(1)

fy＝f×sinθ×sinβ(2)

fz＝f×cosθ(3)

泊车agv1刚性对接载车板4坡道行驶时的受力如图7所示，由于仅依靠平面间的摩擦力抵消坡道阻力，当摩擦力不足时会产生载车板下滑跌落造成汽车损坏。柔性、刚性配合对接载车板坡度行驶受力如图8所示，平面柔性对接装置3力、摩擦力、刚性支撑力的垂向分力与重力垂向分力平衡，平面柔性对接装置3力的纵向分力、摩擦力共同抵消坡道阻力，平面柔性对接装置3力的横向分力由于整体左右对称因此相互平衡，设楔形对接面倾角为θ，则有：

f1×cosθ-f1f×sinθ+f2＝g×cosα(4)

(f1×cosθ-f1f×sinθ)×l+g×sinα×l2＝g×cosα×l1(5)

f1×sinθ+f1f×cosθ+f2f＝fi(6)

f1为柔性支撑垂直于对接面的支撑力，f2为刚性支撑垂直于对接面的支撑力，f1f为柔性支撑摩擦力，g为载车板及车辆总重力，α为坡道倾角，l为柔性支撑受力点相对于刚性支撑受力点的纵向力臂长度，l1为载车板及车辆总重力受力点相对于刚性支撑受力点的纵向力臂长度，l2载车板及车辆总重力受力点相对于刚性支撑受力点的垂向力臂长度，fi为载车板及车辆总重力的纵向分力，f2f为刚性支撑摩擦力；

平面柔性对接装置3的纵向分力与材料间的静摩擦系数无关，不存在长时间使用材料磨损或存在油污造成衰减的问题，因此坡道行驶的安全性大幅提升。

柔性、刚性配合对接载车板4在水平行驶状态时，如图9所示，柔性及刚性支撑力的垂向分力用于平衡负载重力，纵向和横向分力相互平衡。因此对于存在较多坡道的停车场，可采用平面柔性对接装置与刚性对接装置配合使用的方式，提高坡道行驶的安全性。

f3×cosθ++f4＝g(7)

f3×sinθ＝f4f(8)

f3为柔性支撑垂直于对接面的支撑力，f4为刚性支撑力，f4f为刚性支撑摩擦力；

平面柔性对接装置3、楔形对接块5的具体形状、规格尺寸等，可根据停车场地、载车重量、agv外形尺寸等进行调整，例如坡度较大时可以将楔形对接块5的楔角适当增大，提高坡道行驶时的支撑能力。平面柔性对接装置3的数量、安装位置，可根据实际情况进行增减和调整。可通过增加对接装置的方式提高承载能力和稳定性；

楔形对接块5的安装角度等调整，如图4中所示状态为楔形面统一朝向内侧，中心线沿楔角指向载车板中心，亦可调整为楔形面统一向外侧，或根据特殊要求将角度及安装位置设置为不对称状态；

为降低定位定姿精度要求，楔形对接块5的楔形对接面投影区域应大于平面柔性对接装置3的支撑区域，可根据具体初始定位精度情况设计具体的对接面形状及外形尺寸；

平面柔性对接装置3复位弹簧35的长度、位置、弹力等，可根据对接时倾角、支撑盘31重量等进行具体设计和调整；

可采用将平面柔性对接装置3倒置安装在载车板4底部，将楔形对接块5安装在泊车agv1举升装置上平台的方案，采用该方案时平面柔性对接装置3复位弹簧35可取消。对接分离时，支撑盘31受自重回位至初始状态。但采用该方案配套的平面柔性对接装置3数量增多，成本会有所提高；

平面柔性对接装置3可用于泊车agv1或其他类型机器人自动充电装置，即将平面柔性对接装置3支撑盘31顶部设置为铜质或其他导电效果良好的材料，从而将平面柔性对接装置3作为充电触头，通过柔性调整功能降低自动充电时对agv或机器人整体位置及姿态的要求。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。