一种AGV小车顶部解耦装置的制作方法

一种agv小车顶部解耦装置
技术领域
1.本实用新型涉及工业物流智能化技术领域，具体说是一种agv小车顶部解耦装置。


背景技术：

2.在航空航天制造、轨道交通等工业领域，大质量、大尺寸工件的搬运作业非常普遍。单台agv能力有限，对于大质量或大尺寸工件的转运，若使用单车负载会增加单车尺寸、加大制造成本，亦不利于agv待机空间规划。若使用双车协同转运的方式，不仅可以减小单车尺寸、降低设计难度，还可使转运方式更为灵活，提高工作效率，提升经济性。双车协同工作尤其适用于单一方向尺寸较大的工件。对于非重载大尺寸的场合，亦可将两车分开使用，提高转运灵活性和 agv利用率。


技术实现要素：

3.针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种双车协同运动方法，在agv直线列队行进时的相对距离调整，能够保证工件在有限车组距离差与姿态差存在的条件下不受外力损害。该方法不仅可以减小单车尺寸、降低设计难度，还可使转运方式更为灵活，提高工作效率，提升经济性。
4.本实用新型包含以下几个技术方案，第一个为：
5.一种双车协同运动方法，所述方法将agv直线队列运动方式分为车组前后轨迹运行和侧移轨迹运行两种情况的调整，包括以下步骤：
6.步骤一，定义车组前进、后退和侧移时状态，两车体分别建立坐标系o
1-x1y1和 o
2-x2y2，x1和x2正向指向一致，y1和y2正向指向一致；y1方向为前后运行正向，x1为侧向运行正向；定义前后运行正向时头车为主车，尾车为从车；
7.步骤二，检测各个数据采集时刻安装在解耦装置上的位移传感器和角度传感器反馈数据；
8.步骤三，在车组侧移轨迹运行方式下，对所述反馈数据进行处理得到两车中心在轨迹方向距离l
p
，使用该数值作为pid函数参数输入控制从车速度，使两车相对位置得到调整；
9.步骤四，在车组前后轨迹运行方式下，监控各个数据采集时刻位移传感器反馈数据与标准距离差值|l
1-l0|，当该差值超出设定范围时，使用该数值作为pid 函数参数输入控制从车速度，使两车相对位置得到调整。
10.进一步的，车组前后轨迹运行时调速方法具体为：
11.步骤4.1，设前后移动轨迹情况下，系统的运动状态参数；
12.步骤4.2，根据所述反馈数据与标准距离差值的关系，选取不同的pid控制函数对车速进行调整。
13.更进一步的，所述步骤4.1具体包含以下内容：
14.步骤4.11，设置车组指令速度v0、两车间距初始值l0，l1为各个数据采集时刻传感
器反馈的两车中心点距离；vc为从车速度；
15.步骤4.12，设计pid函数，f1(l
1-l0)和f2(l
1-l0)是关于l
1-l0的pid函数；
16.步骤4.13，δl为|l
1-l0|的允许最大值；
17.步骤4.14，v0＞0表示车组前后运行状态下正向运行。
18.更进一步的，所述步骤4.2具体包含以下内容：
19.若l
1-l0＞δl且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f1(l
1-l0)调整从车速度，使从车加速；
20.若l
1-l0＞δl且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f2(l
1-l0)调整从车速度，使从车减速；
21.若l
1-l0＜-δl且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f2(l
1-l0)调整从车速度，使从车减速；
22.若l
1-l0＜-δl且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f1(l
1-l0)调整从车速度，使从车加速；
23.若|l
1-l0|≤δl且主车已停车，则从车停车；若|l
1-l0|≤δl且主车未停车，从车当前速度行驶，不对从车速度做调整。
24.进一步的，车组侧向运行时调速方法具体包括以下步骤：
25.步骤3.1，设定侧移轨迹情况下，系统的运动状态参数；
26.步骤3.2，根据所述反馈数据与车组指令速度之间的关系，选取不同的pid控制函数对车速进行调整。
27.更进一步的，所述步骤3.1具体包含以下内容：
28.步骤3.11，开始运行前设置车组指令速度v0；
29.步骤3.12，设定l1为各个数据采集时刻传感器反馈的两车中心点距离；
30.步骤3.13，设定θ1和θ2分别为车体姿态角和工件与车体坐标系夹角，通过传感器采集，理想状态下θ1＝0，θ2＝0；
31.步骤3.14，设定|l
p
|为两车中心在轨迹方向距离，理想状态下|l
p
|＝0，l
p
为正数或为负数，其正负与θ1和θ2的符号相关；
32.设定vc为从车速度；f1(l
p
)和f2(l
p
)是关于l
p
的pid函数；δl
p
为|l
p
|的允许最大值；v0＞0表示车组侧向状态下正向运行。
33.更进一步的，所述步骤3.2具体包含以下内容：
34.若l
p
＞δl
p
且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f1(l
p
)调整从车速度，使从车减速；
35.若l
p
＞δl
p
且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f2(l
p
)调整从车速度，使从车加速；
36.若l
p
＜-δl
p
且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f2(l
p
)调整从车速度，使从车加速；
37.若l
p
＜-δl
p
且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f1(l
p
)调整从车速度，使从车减速；
38.若|l
p
|≤δl
p
且主车已停车，则从车停车；若|l
p
|≤δl
p
且主车未停车，从车当前速度行驶，不对从车速度做调整。
39.上述运动过程中，两车相对位置共可分为六种情况，对于每种情况采取对应的方式进行计算；
40.情况1，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＜0且θ2＜0时，定义此时l
p
＜0；
41.情况2，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＜0、θ2＞0且 |θ2|≤|θ1|时，定义此时l
p
＜0；
42.情况3，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＜0、θ2＞0且 |θ2|＞|θ1|时，定义此时l
p
＞0；
43.情况4，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＞0、θ2＞0时，定义此时l
p
＞0；
44.情况5，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＞0、θ2＜0且|θ2|≤|θ1|时，定义此时l
p
＞0；
45.情况6，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2可与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＞0、θ2＜0且 |θ2|＞|θ1|时，定义此时l
p
＜0。
46.本技术的第二个技术方案为：agv小车顶部解耦装置，所述解耦装置安装于 agv队列车组上，所述agv队列车组包含主车和从车，所述主车解耦装置包含旋转副，从车解耦装置包含一个移动副和一个旋转副；
47.所述移动副通过安装滚动直线导轨副实现，旋转副通过滚动轴承实现；
48.解耦装置共可分为三层结构，一层为滚动轴承及回转平面，滚动轴承内圈与车体固定，外圈与回转平面固定，外圈及回转平面可相对于内圈转动，形成旋转副；
49.二层包括滚动直线导轨及其安装平面，所述安装平面通过两组一字轴与一层回转平面连接，与回转平面同步旋转；
50.三层为工作平面，所述工作平面上表面与转运工件接触，下表面与滚动直线导轨副滑块固定连接，滑块移动时带动三层移动，即形成移动副；
51.主车与从车解耦装置结构相同，使用时将主车滚动直线导轨上滑块锁死，仅留旋转副；主车与从车上旋转副和移动副的配合使用使得车组在有限姿态及距离偏差下工件仍不受额外力影响。
52.进一步的，所述解耦装置二层与一层通过两组一字轴连接，主车与从车的一字轴组相互垂直放置，当路面高低不平时可在高度方向上解耦，保证转运安全。
53.与现有技术相比，本实用新型一种双车协同运行方法及agv小车顶部解耦装置有以下有益效果：
54.本实用新型提供的方法可及时调整两车排队运行过程中，两车相对位置，控制两车相对位置在一定范围内变化。
55.还能够保证工件在有限车组距离差与姿态差存在的条件下不受外力损害。该方法不仅可以减小单车尺寸、降低设计难度，还可使转运方式更为灵活，提高工作效率，提升经济性。
附图说明
56.为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对本实用新型中所需要使用
的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
57.图1为本实用新型车组前后轨迹运行路线示意图；
58.图2为本实用新型车组侧向轨迹运行路线示意图；
59.图3为双车联动解耦装置原理示意图；
60.图4为两车中心在轨迹方向距离计算示意图；
61.图4中的a)为前后轨迹运行时两车中心在轨迹方向距离计算示意图；
62.图4中的b)为侧向运行时两车中心在轨迹方向距离计算示意图；
63.图5为两车相对位置示意图；
64.图6、图7为两车解耦装置结构示意图；
65.图中，1-一层，2-二层，3-三层，4-滚动轴承，5-滚动直线导轨，6-一字轴。
具体实施方式
66.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
67.实施例1
68.本实施例为一种agv小车顶部解耦装置，本实用新型涉及两agv直线列队行进时的相对距离调整，agv顶部配套有解耦装置，分为车组前后轨迹运行和侧移轨迹运行两种情况的调整。
69.双车协同运行的前提是两车均已具备循迹能力。两车协同工作时，若不采取任何措施，由于地面不平、传感器反馈数据误差、通讯延迟等因素的影响，可能使两车相对位置及姿态发生变化，从而使得工件受到额外力影响，引起工件的损坏。因此，需要设计一种方法在双车协同工作时主动控制两车相对位置，使车组在前后方向和侧移方向移动时两车相对位置能始终保持在一定范围内变化；配套双车协同运动的解耦装置，使得两车在存在一定相对距离及姿态偏差的情况下，工件仍不受额外力影响，保证转运安全。
70.本实施例提供的一种双车协同运动方法，该方法将agv直线队列运动方式分为车组前后轨迹运行和侧移轨迹运行两种情况的调整，包括以下步骤：
71.步骤一，定义车组前进、后退和侧移时状态，两车体分别建立坐标系o
1-x1y1和 o
2-x2y2，x1和x2正向指向一致，y1和y2正向指向一致；y1方向为前后运行正向，x1为侧向运行正向；定义前后运行正向时头车为主车，尾车为从车；
72.步骤二，检测各个数据采集时刻安装在解耦装置上的位移传感器和角度传感器反馈数据；
73.步骤三，在车组侧移轨迹运行方式下，对所述反馈数据进行处理得到两车中心在轨迹方向距离l
p
，使用该数值作为pid函数参数输入控制从车速度，使两车相对位置得到调整；
74.本实施例中，两车中心在轨迹方向距离l
p
是通过对位移传感器测得两车中心距
离、角度传感器反馈两车中心相对偏转角度通过三角函数关系计算得到。
75.步骤四，在车组前后轨迹运行方式下，监控各个数据采集时刻位移传感器反馈数据与标准距离差值|l
1-l0|，当该差值超出设定范围时，使用该数值作为pid 函数参数输入控制从车速度，使两车相对位置得到调整。
76.车组移动过程中不对主车运行速度进行控制，通过调整从车速度调整两车相对距离。
77.进一步的，车组前后轨迹运行时调速方法具体为：
78.步骤4.1，设前后移动轨迹情况下，系统的运动状态参数；
79.步骤4.2，根据所述反馈数据与标准距离差值的关系，选取不同的pid控制函数对车速进行调整。
80.更进一步的，所述步骤4.1具体包含以下内容：
81.步骤4.11，设置车组指令速度v0、两车间距初始值l0，l1为各个数据采集时刻传感器反馈的两车中心点距离；vc为从车速度；
82.步骤4.12，设计pid函数，f1(l
1-l0)和f2(l
1-l0)是关于l
1-l0的pid函数；
83.步骤4.13，δl为|l
1-l0|的允许最大值；
84.步骤4.14，v0＞0表示车组前后运行状态下正向运行。
85.更进一步的，所述步骤4.2具体包含以下内容：
86.若l
1-l0＞δl且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f1(l
1-l0)调整从车速度，使从车加速；
87.若l
1-l0＞δl且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f2(l
1-l0)调整从车速度，使从车减速；
88.若l
1-l0＜-δl且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f2(l
1-l0)调整从车速度，使从车减速；
89.若l
1-l0＜-δl且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f1(l
1-l0)调整从车速度，使从车加速；
90.若|l
1-l0|≤δl且主车已停车，agv控制系统收到主车零速反馈，则从车停车；若|l
1-l0|≤δl且主车未停车，从车当前速度行驶，不对从车速度做调整。
91.定义车组前进/后退和侧移时状态如图1、图2。两台agv组成直线队形，两车体分别建立坐标系o
1-x1y1和o
2-x2y2，x1和x2正向指向一致，y1和y2正向指向一致。 y1方向为前后运行正向，x1为侧向运行正向。定义前后运行正向时头车为主车，尾车为从车。
92.车组前后轨迹运行时调速方法如图4中的a)：
93.开始运行前设置车组指令速度v0、两车间距初始值l0；
94.l1为各个数据采集时刻传感器反馈的两车中心点距离；
[0095]vc
为从车速度；
[0096]
f1(l
1-l0)和f2(l
1-l0)是关于l
1-l0的pid函数；
[0097]
δl为|l
1-l0|的允许最大值；
[0098]v0
＞0表示车组前后运行状态下正向运行。
[0099]
监控各个数据采集时刻位移传感器反馈数据与标准距离差值|l
1-l0|，当该差值超出允许范围(|l
1-l0|＞δl)时，使用该数值作为pid函数参数输入控制从车速度，即vc＝v0+
index
×k×
|l
1-l0|(k＞0)。当从车需加速时，若v0＞0，则index＝1且k 值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
1-l0||≤v
max
(v
max
为agv允许最大运行速度，v
min
为agv允许最小运行速度)；若v0＜0，则index＝-1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
1-l0||≤v
max
。当从车需减速时，若v0＞0，则index＝-1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
1-l0||＜v
max
；若v0＜0，则index＝1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
1-l0||≤v
max
，从而两车相对位置得到调整。
[0100]
index为用于区别k的正负号而设定的参数，上述vc＝f1(l
1-l0)、vc＝f2(l
1-l0) 的表达式均为vc＝v0+index
×k×
|l
1-l0|(k＞0)，只是k的正负号不同而有所区别。
[0101]
进一步的，车组侧向运行时调速方法具体包括以下步骤：
[0102]
步骤3.1，设定侧移轨迹情况下，系统的运动状态参数；
[0103]
步骤3.2，根据所述反馈数据与车组指令速度之间的关系，选取不同的pid控制函数对车速进行调整。
[0104]
更进一步的，所述步骤3.1具体包含以下内容：
[0105]
步骤3.11，开始运行前设置车组指令速度v0；
[0106]
步骤3.12，设定l1为各个数据采集时刻传感器反馈的两车中心点距离；
[0107]
步骤3.13，设定θ1和θ2分别为车体姿态角和工件与车体坐标系夹角，通过传感器采集，理想状态下θ1＝0，θ2＝0；
[0108]
步骤3.14，设定|l
p
|为两车中心在轨迹方向距离，理想状态下|l
p
|＝0，l
p
为正数或为负数，其正负与θ1和θ2的符号相关；
[0109]
设定vc为从车速度；f1(l
p
)和f2(l
p
)是关于l
p
的pid函数；δl
p
为|l
p
|的允许最大值；v0＞0表示车组侧向状态下正向运行。
[0110]
更进一步的，所述步骤3.2具体包含以下内容：
[0111]
若l
p
＞δl
p
且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f1(l
p
)调整从车速度，使从车减速；
[0112]
若l
p
＞δl
p
且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f2(l
p
)调整从车速度，使从车加速；
[0113]
若l
p
＜-δl
p
且v0＞0，通过速度调整公式vc＝f2(l
p
)调整从车速度，使从车加速；
[0114]
若l
p
＜-δl
p
且v0＜0，通过速度调整公式vc＝f1(l
p
)调整从车速度，使从车减速；
[0115]
若|l
p
|≤δl
p
且主车已停车，agv控制系统收到主车零速反馈，则从车停车；若|l
p
|≤δl
p
且主车未停车，从车当前速度行驶，不对从车速度做调整。
[0116]
车组侧向运行时调速方法如图4中的b)：
[0117]
开始运行前设置车组指令速度v0；
[0118]
l1为各个数据采集时刻传感器反馈的两车中心点距离；
[0119]
θ1和θ2分别为车体姿态角和工件与车体坐标系夹角，均可通过传感器采集，理想状态下θ1＝0，θ2＝0；
[0120]
|l
p
|为两车中心在轨迹方向距离，理想状态下|l
p
|＝0，l
p
可正可负，其正负与θ1和θ2符号相关，可反应从车超前或滞后，共可分为图示六种情况；
[0121]vc
为从车速度；
[0122]
f1(l
p
)和f2(l
p
)是关于l
p
的pid函数；
[0123]
δl
p
为|l
p
|的允许最大值；v0＞0表示车组侧向状态下正向运行。
[0124]
监控各个数据采集时刻传感器反馈数据并进行处理得到l
p
，使用该数值作为 pid函数参数输入控制从车速度，即vc＝v0+index
×k×
|l
p
|。当从车需加速时，若 v0＞0，则
index＝1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
p
||≤v
max
；若v0＜0，则index＝-1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
p
||≤v
max
。当从车需减速时，若v0＞0，则index＝-1且k值满足 v
min
≤|v0+k
×
|l
p
||≤v
max
；若v0＜0，则index＝1且k值满足v
min
≤|v0+k
×
|l
p
||≤v
max
。从而使两车相对位置得到调整。
[0125]
index为用于区别k的正负号而设定的参数，上述vc＝f1(l
p
)、vc＝f2(l
p
)的表达式均为vc＝v0+index
×k×
|l
p
|，只是k的正负号不同而有所区别。
[0126]
上述运动过程中，两车相对位置共可分为六种情况，对于每种情况采取对应的方式进行计算；
[0127]
情况1，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＜0且θ2＜0时，定义此时l
p
＜0；
[0128]
情况2，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＜0、θ2＞0且 |θ2|≤|θ1|时，定义此时l
p
＜0；
[0129]
情况3，主车坐标系x轴逆时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＜0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＜0、θ2＞0且 |θ2|＞|θ1|时，定义此时l
p
＞0；
[0130]
情况4，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线顺时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＞0；θ1＞0、θ2＞0时，定义此时l
p
＞0；
[0131]
情况5，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＞0、θ2＜0且 |θ2|≤|θ1|时，定义此时l
p
＞0；
[0132]
情况6，主车坐标系x轴顺时针旋转θ1与轨迹线重合，定义θ1＞0；在此条件下，两车中心连线逆时针旋转θ2可与主车坐标系y轴重合，定义θ2＜0；θ1＞0、θ2＜0且 |θ2|＞|θ1|时，定义此时l
p
＜0。
[0133]
实施例2
[0134]
本技术的第二个技术方案为：agv小车顶部解耦装置，所述解耦装置安装于agv队列车组上，所述agv队列车组包含主车和从车，所述主车解耦装置包含旋转副，从车解耦装置包含一个移动副和一个旋转副；
[0135]
所述移动副通过安装滚动直线导轨5副实现，旋转副通过滚动轴承4实现；
[0136]
解耦装置共可分为三层3结构，一层1为滚动轴承4及回转平面，滚动轴承4 内圈与车体固定，外圈与回转平面固定，外圈及回转平面可相对于内圈转动，形成旋转副；
[0137]
二层2包括滚动直线导轨5及其安装平面，所述安装平面通过两组一字轴6 与一层1回转平面连接，与回转平面同步旋转；
[0138]
三层3为工作平面，所述工作平面上表面与转运工件接触，下表面与滚动直线导轨5副滑块固定连接，滑块移动时带动三层3移动，即形成移动副；
[0139]
主车与从车解耦装置结构相同，使用时将主车滚动直线导轨5上滑块锁死，仅留旋转副；主车与从车上旋转副和移动副的配合使用使得车组在有限姿态及距离偏差下工件仍不受额外力影响。
[0140]
进一步的，所述解耦装置二层2与一层1通过两组一字轴6连接，主车与从车的一字
轴6组相互垂直放置，当路面高低不平时可在高度方向上解耦，保证转运安全。
[0141]
如图3，本实施例提供的agv小车顶部解耦装置，主车和从车顶部各有一套解耦装置，主车解耦装置包含一个旋转副，从车解耦装置包含一个移动副和一个旋转副。移动副的存在使得两车中心连线距离在一定范围内变化时工件不受额外拉力；旋转副的存在使得两车在存在一定姿态偏差时不受额外切向力。解耦装置的使用放宽了两车相对距离与姿态一致性的限制，保障被转运工件安全。
[0142]
以上调速方法与解耦装置相配合，可以在两车间距超出设定范围时对两车间距进行及时调整，保持两车间距始终位于某一范围；且允许两车姿态及间距存在偏差，车组所负载工件不因偏差值受到额外力影响。注意k值取值需综合考虑主车速度、移动副长度及agv驱动轮对指令的响应能力。
[0143]
上述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。