自动导引可配置无轨运载列车及运行控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种自动导引列车及控制方法，具体讲是一种无需机械轨道导向、运 载车类型可灵活配置的自动导引无轨运载列车及运行控制方法，属于自动化输送装备领 域。
【背景技术】
[0002] 自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)具有多种载荷输送及转移方式，包 含推挽式AGV、叉车式AGV、辊道式AGV、背驮式AGV、顶升式AGV和牵引式AGV等。不同移载方式 具有不同的作业特点，如推挽式AGV货物装卸时重心平稳且可以左右两侧装卸，站台不需要 安装动力装置，但对AGV的定位要求比较高，工位站台辊道需要与AGV的辊道高度相同。叉车 式AGV能够在高度差很大的站台以及地面间装卸货物，在使用多层货架或者驶入式巷道的 仓库中装卸货物具有很大优势，但叉车式AGV倒车时转弯半径较大。
[0003] 与其他移载方式相比，牵引式AGV更适合于单体重量不大、总体数量众多的物流输 送。牵引式AGV不需要在AGV上设置移载装置，只提供牵引力，与电动拖车比较类似，在AGV后 侧或者侧面设置挂钩，挂车通过挂钩与AGV相连，达到拖挂的目的。牵引式AGV结构简单，能 耗小，成本低，能够拖挂多节挂车，通过多节挂车增加运输能力。然而，多节挂车的运行轨迹 控制比较困难，牵引式AGV的转弯半径较其他类型AGV大，在高速行驶和制动过程中还会出 现蛇形摆动、折叠和挂车甩尾等不稳定现象，增加了牵引式AGV与相反方向或并排同方向行 驶的AGV车辆相互碰撞的危险性和驶出导引路径的危险性，严重时还会造成多节挂车的侧 倾和翻车。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能有效提高载荷运 输能力、增强挂车运行轨迹控制能力和改善运输任务适应能力的自动导引可配置无轨运载 列车，并针对该无轨运载列车提供一种分布式前导-跟随的多运载车协同运行控制方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供的一种自动导引可配置无轨运载列车，至少 包括一节位于运载列车最前端的自动导引动力运载车以及若干节随动运载车和/或动力运 载车;所述各运载车之间通过三维独立自由度推挽装置相连接；
[0006] 所述自动导引动力运载车上安装车载控制器、驱动轮装置、电子罗盘，所述驱动轮 装置上安装导引传感器，所述驱动轮装置、导引传感器和电子罗盘均与车载控制器电连接； 所述导引传感器用于识别导引路径；
[0007] 所述随动运载车上安装车载控制器；
[0008] 所述动力运载车上安装车载控制器和驱动轮装置，所述驱动轮装置电连接车载控 制器；
[0009] 所述三维独立自由度推挽装置包括通过水平移动装置相连的第一推挽装置和第 二推挽装置，所述第一推挽装置和第二推挽装置分别连接相邻的两节运载车，所述第一推 挽装置和第二推挽装置分别测量与其连接运载车的前、后转动角度并传输到与其连接的运 载车上的车载控制器中；所述水平移动装置将相邻两节运载车之间的推挽力传输到相邻两 节运载车中前节运载车的车载控制器中；
[0010]所述自动导引动力运载车、随动运载车和动力运载车的车载控制器组成控制器网 络控制运载列车整体运行。
[0011] 本发明中，所述三维独立自由度推挽装置中第一推挽装置和第二推挽装置均包括 推挽支座、推挽连杆、垂直轴和角度传感器，所述垂直轴穿过推挽支座的上下悬臂并可绕其 轴线转动;所述推挽连杆与垂直轴连接，随垂直轴转动，并可沿垂直轴轴线上下滑动;所述 角度传感器的转轴与垂直轴固连，角度传感器的本体与推挽支座固连；
[0012] 所述第一推挽装置或第二推挽装置的推挽连杆的上、下端面与推挽支座之间设有 垂直弹性元件；
[0013] 所述水平移动装置包括水平滑动套筒和位移传感器，所述水平滑动套筒的一端与 上、下端面设有垂直弹性元件的推挽连杆固连，另一端开孔，供第一推挽装置或第二推挽装 置的推挽连杆插入，推挽连杆可相对于水平滑动套筒沿水平方向滑动并限位;所述位移传 感器安装在水平滑动套筒内，测量插入水平滑动套筒内的推挽连杆与水平滑动套筒的相对 位移;所述水平滑动套筒内设有水平弹性元件，水平弹性元件的一端与水平滑动套筒内壁 连接，另一端与推挽连杆连接；
[0014] 所述第一推挽装置和第二推挽装置上的角度传感器分别与其连接的运载车上的 车载控制器电连接;所述位移传感器与相邻两节运载车中前节运载车的车载控制器电连 接。
[0015] 本发明中，述驱动轮装置包括自上而下依次连接的升降模块、减震模块、驱动底盘 以及设置在升降模块顶部的压力传感器，所述驱动底盘与减震模块连接，驱动底盘可相对 减震模块于转动;所述驱动底盘包括支架、角度传感器、安装在支架上的垂直轴、安装在支 架上的水平轴以及安装在水平轴两端的第一驱动轮和第二驱动轮，所述第一驱动轮和第二 驱动轮分别采用独立的驱动装置驱动，所述第一驱动轮和第二驱动轮均安装转速传感器， 转速传感器与车载控制器电连接;所述角度传感器的转轴与垂直轴固连，角度传感器的本 体与减震模块固连;所述压力传感器、升降模块和角度传感器与车载控制器电连接。
[0016] 本发明中，所述升降模块包括上承载板、中承载板以及连接在上承载板和中承载 板之间的第一高度调节机构;所述第一高度调节机构包括两对交叉设置的连杆、电动推杆， 所述两对交叉设置的连杆一端分别与上承载板、中承载板的两侧固定连接，另一端分别通 过两根水平连杆与上承载板、中承载板两侧的水平腰型孔活动连接，上承载板和中承载板 上的水平腰型孔位置对应;所述电动推杆连接任一水平连杆，电动推杆控制水平连杆在水 平腰形孔中水平移动，所述电动推杆电连接车载控制器。
[0017] 本发明中，所述减震模块包括下承载板、中承载板以及设置在下承载板与中承载 板之间的第二高度调节机构和弹性缓冲机构;所述第二高度调节机构包括两对交叉设置的 连杆，所述两对交叉设置的连杆一端分别与下承载板、中承载板的两侧固定连接，另一端分 别通过两根水平连杆与下承载板、中承载板两侧的水平腰型孔活动连接，下承载板和中承 载板上的水平腰型孔位置对应;所述水平连杆可在腰形孔中的水平移动。
[0018] 本发明中，所述弹性缓冲机构包括固定在中承载板/下承载板上的第一导向支柱 和第二导向支柱，第一导向支柱和第二导向支柱与下承载板/中承载板之间设有缓冲间隙， 所述第一导向支柱和第二导向支柱上分别套装减震弹簧，所述减震弹簧的上下两端分别与 中承载板、下承载板相连接。
[0019]本发明中，所述自动导引动力运载车、随动运载车和/或动力运载车上均安装第一 万向轮、第二万向轮、第一定向轮和第二定向轮;所述第一万向轮和第二万向轮位于运载车 的前部，第一定向轮和第二定向轮位于运载车的后部，所述第一万向轮和第二万向轮、第一 定向轮和第二定轮均关于运载车的横向中心线对称;所述自动导引动力运载车和动力运载 车的驱动轮装置固定安装在运载车的横向中心线上，位于万向轮和定向轮之间。
[0020] 本发明中，所述控制网络包括若干个控制器组，所述各控制器组中自动导引动力 运载车的车载控制器为主控制器节点Ο"，动力运载车和/或随动运载车上的车载控制器 为从控制器节点疔-4;每两个主控制器节点°和/^1-°间的所有从控制器节点 尺-iI = I,2,3···，与前一个主控制器节点/组成第i个控制器组
各控制器组 中的主控制器节点之间相互通信；
[0021] 所述各控制器组内，每个从控制器节点Zf i将其所测量的前推挽装置转动角度 后推挽装置转动角度W j以及后节运载车推挽力z发送给该组的主控制器节点 主控制器节点根据所测得的后推挽装置转动角度以及后节运载车推挽力 巧一°，按式（1)和（2)计算第i个控制器组中第j节运载车与第j + Ι节运载车之间的转动角度 妗#1和推挽力巧
[0024] 式中，k为第i个控制器组内从控制器节点的数目；
[0025] 在所述控制器组之间，前一主控制器节点将本组中最后一节运载车的后推挽 装置转动角度#^以及后节运载车推挽力€〃发送给后一控制器组中主控制器节点 后一控制组中主控制器节点根据其测得的前推挽装置转动角度按式(3)和(4) 计算第i+i节自动导引动力运载车与前节运载车之间的转动角度#: 1和推挽力G+1:
[0028]在所述控制器组之间，所述前一主控制器节点将所在控制组中第j节运载车 与第j+Ι节运载车之间的转动角度< w发送给后一主控制器节点后一主控制器节点 g+1-°根据其与前一节运载车之间的转动角度 <丨\按式(5)计算第i+1节自动导引动力运载 车与第i节自动导引动力运载车的转动角度 <广1:
[0030] 本发明还提供了上述，所述运载列车中第一自动导引动力运载车列车主控制器节 点控制第一自动导引动力运载车的运行速度<，作为整列运载列车的参考速度；
[0031] 第i节自动导引动力运载车上的导引传感器测得其相对于导引路径的姿态角偏差 Cb，驱动轮装置中角度传感器测得驱动底盘和运载车的转动角为尤，则其他自动导引动力 运载车的运行速度·满足最小化式(6)所述的目标函数：
[0033] 式中，
为待求输入向量，ηι和Π 2为权重系数；
[0034] 电子罗盘测得第i节自动导引动力运载车的方位角在第i控制器组内，运载车 之间的平均转动角度为：
[0036] 在第i控制器组内，运载车之间的平均推挽力写为：
[0038]在第i控制器组内，动力运载车的运行速度满足最小化式(9)所述