车辆智能搬运器及其控制系统的制作方法

专利名称：车辆智能搬运器及其控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能立体车库技术领域，具体涉及一种车辆智能搬运器 及其控制系统。
背景技术：
随着城市车辆的快速增长，智能立体车库已经成为大中型城市解决停车 难的重要方式。而智能立体车库的灵魂是其中的车辆智能搬运器(车辆搬运 机器人)。评判一个智能立体车库的优劣主要看其车辆智能搬运器的性能。目 前，车辆智能搬运器有几种类型，其中性能最先进、存取车方式最合理的是 夹持轮胎型机器人。
但是之前的很多夹持轮胎型机器人的动力装置都采用液压方式实现，比
如中国专利ZL 02263871.7公开的"纵向搬运汽车的工业机器人"。此种车辆搬 运器需要采用液压驱动夹持臂，因而需要附带泵站，所以在结构上不可能做 得很矮。而此类机器人需要在汽车底盘下穿行，而很多小汽车的底盘都很低， 所以液压驱动的汽车搬运器实用性不强。需要进一步说明的是，该专利也提 到了伺服电机，但是该专利中的伺服电机仅用于汽车搬运器的行走。
目前最高档的夹持轮胎型机器人采用了交流异步电动机作为动力装置， 但是目前对交流异步电动机的控制也不可能作太多工作，最高档的也只是实 现变频调速而已，因而反应速度慢，运动控制精度低；而且由于安装空间的 限制，这种配置方式也导致无法将控制系统直接安装在智能搬运器本体上。 其控制系统一般采用微型计算机+运动控制板型，或者嵌入式操作系统+运 动控制板型两种方法以解决工作情况比较复杂的问题，但这两种方法都是依 赖于智能立体车库的微型计算机进行大量的数据处理，而仅仅将一部分工作 交给控制系统来完成，这无形导致了智能立体车库的结构比较复杂，系统比 较繁琐，可靠性也较低。
综上所述，目前的汽车车辆智能搬运器已经不能满足人们日益增长的需 要，有必要进行改进。 实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题之一是提供一种车辆智能搬运器，其具 有更低的高度，以及更高的运动控制精度以及响应速度。
本实用新型所要解决的技术问题之二是相应提供一种车辆智能搬运器的 控制系统，其能够很好的控制本实用新型的车辆智能搬运器。
为解决上述车辆智能搬运器的控制系统的技术问题，本实用新型采用如 下技术方案
车辆智能搬运器的控制系统，包括作为核心单元的运动控制器，以及 多个与运动控制器连接，以便运动控制器与外界进行数据交换的外围模块； 所述运动控制器包括主要管理逻辑流程的DSP模块，和进行逻辑的具体实 现及逻辑输出的逻辑运算模块，所述DSP模块与逻辑运算模块连接。
为解决上述车辆智能搬运器的技术问题，本实用新型采用如下技术方案-
车辆智能搬运器，包括相互连接的两个机组以及控制各机组协同工作的 控制系统；所述机组包括机架、直线导轨、推板机构和行走机构；所述直线 导轨至少具有两根，且平行对称固定设置在所述机架上；所述推板机构有两 个，且均可滑动的设置在所述直线导轨上；所述行走机构至少具有两套，且 设置在机架的两端，且至少有一套行走机构中包括行走驱动电机；所述推板 机构包括推板，驱动所述推板运动的推板驱动机构，以及设置在所述推板上 的夹持臂机构，所述推板驱动机构包括推板驱动电机，所述夹持臂机构包括 夹持臂驱动电机；其特征在于，所述行走驱动电机、推板驱动电机、夹持臂 驱动电机均为伺服电机，所述控制系统为前述的控制系统。
本实用新型相对现有技术的有益效果是-
由于采用伺服电机作为动力元件，使得车辆智能搬运器的整体高度可以 更低，而且运动控制精度以及响应速度更高。而且相应的控制系统中DSP模 块和逻辑运算模块分工合作，使得系统架构非常清晰，可靠性、稳定性及工 作效率都更高，更能适于车辆智能搬运器的工作环境及工作特点的要求。

图1是本实用新型具体实施方式
车辆智能搬运器的结构示意图； 图2是本实用新型具体实施方式
中控制系统的原理框图； 图3是本实用新型具体实施方式
中运动控制器的原理框图； 图4是本实用新型具体实施方式
车辆智能搬运器的存车流程图；图5是本实用新型具体实施方式
车辆智能搬运器存车流程中的状态示意
图6是本实用新型具体实施方式
车辆智能搬运器存车流程中的另一状态 示意图7是本实用新型具体实施方式
车辆智能搬运器存车流程中的再一状态 示意图。
具体实施方式
本具体实施方式
的车辆智能搬运器，如图1所示，包括相互连接的两 个机组——分别为第一机组1和第二机组2，以及控制各部分协同工作的控制 系统(图中未画出)。第一机组1和第二机组2在原始状态时是紧密贴合在一 起的。
第一机组l包括第一机架IO，直线导轨15、 16，两个推板机构机构， 分别是第一推板机构11和第二推板机构12，两个行走机构，分别是第一行走 机构13和第二行走机构14。
第一推板机构11和第二推板机构12设置在第一机组1的前部和后部， 且均通过左右平行对称设置的直线导轨15、 16与第一机架10连接，从而可 相对第一机架10前后运动。第一行走机构13和第二行走机构14则分别设置 在第一机组1的前、后两端，用于驱动第一机组1整体行走。
第一推板机构11具体包括第一推板111、第一推板驱动机构112以及 夹持臂机构113。第一推板驱动机构112进一步包括第一推板驱动电机1121 以及第一丝杠1122、第一螺母1123。所述第一推板驱动电机1121固定在第 一机架10上，第一螺母1123固定在第一推板111上，且第一推板驱动电机 1121通过所述第一丝杠1122与第一螺母1123动力连接，从而可驱动第一推 板111作靠近或者远离第一推板驱动电机1121的运动。
所述夹持臂机构113设置在第一推板111上，包括固定设置在第一推 板111中部的第一夹持臂驱动电机1131、对称设置在第一推板111两端的第 一夹持臂1132和第二夹持臂1133，以及位于第一夹持臂驱动电机1131与第 一夹持臂1132、第二夹持臂1133之间的传动机构1134。第一夹持臂驱动电 机1131通过所述传动机构1134同步传动。传动机构1134包括丝杠螺母机构齿轮齿条机构第一夹持臂1132和第二夹持臂1133，使得第一夹持臂1132和 第二夹持臂1133同步伸开或者縮回。所述传动机构1134实际上包括一个丝 杠机构和两个对称设置的齿轮齿条机构。第一夹持臂驱动电机1131驱动丝杠 机构的丝杠旋转，从而驱动齿轮齿条机构的齿条直线运动，进而带动齿轮齿 条机构的齿轮旋转，而齿轮齿条机构的齿轮再与第一夹持臂U32或者第二夹 持臂1133啮合，从而带动第一夹持臂1132或者第二夹持臂1133在卯度范 围内绕其一端摇摆，从而最终实现伸开或者縮回的动作。
第二推板机构12的结构及组成与第一推板机构11相同，在此不再详述。 所述第一行走机构13包括行走驱动电机131、行走轮轴132以及行走 轮133。所述行走轮轴132可转动的设置在第一机架IO的前端，且行走轮轴 132的两端各套装有一个用于行走的所述行走轮133。所述行走驱动电机131 固定设置在第一机架10上，且与行走轮轴132通过链传动或者带传动等方式 动力连接，最终驱动行走轮133转动，从而驱动第一机组l行走。
第二行走机构14的结构及组成等均与第一行走机构13相同，在此不再 详述。当然，第一行走机构13和第二行走机构14中可以有一个不需要行走 驱动电机131，因为有一个主动的行走机构照样可以驱动第一机组1行走， 只是本具体实施方式
中的两个行走机构都是主动行走机构，俗称四轮驱动，
速度相应更快，行走效果更好。
第二机组2的结构及组成等于第一机组1相同，在此不再详述。 如图2所示运器控制系统原理框图，该控制系统主要用于控制第一机组 1和第二机组2上总共12个电机，从而控制车辆智能搬运器的所有动作。需 要特别强调的是，所有的电机均为伺服电机，这是因为伺服电机控制精度高、 动作响应快，而且其体积相比同等功率的普通交流电机要小，因而非常适用 于此类扁平型的车辆智能搬运器。由于全部动力采用交流伺服电机，与之配 套的控制系统必需能够对交流伺服电机进行控制，必须起码具备位置、速度 闭环控制功能。在车辆搬运过程中，有 多种起始状态，这就决定了控制系 统有多种工作流程，控制系统必需有很强的信息交互能力及信息处理能力。 目前传统的控制系统一般采用微型计算机+运动控制板型，或者嵌入式操作 系统+运动控制板型两种方法以解决工作情况比较复杂的问题，但这两种方 法都是依赖于计算机进行大量的数据处理，而仅仅将一部分工作交给运动控制器来完成，这无形导致了结构比较复杂，系统比较繁琐，而且可靠性也降 低很多。由于安装空间的限制，这种配置方式也导致无法将控制系统安装在 智能搬运器本体上。所以目前一般智能搬运器中常用的控制方法已经不再适 用，需要开发全新的控制系统。
本具体实施方式
的控制系统包括作为核心单元的运动控制器，以及与 运动控制器连接，以便运动控制器与外界进行数据交换的多个外围模块，分 别为现场总线控制器、外部指令输入及状态输出处理单元、界面操作及状 态显示单元、通用数字量传感器输入信号处理单元、通用数字量输出处理单 元、通用模拟量传感器信号输入处理单元、通用模拟量输出处理单元、高速 脉冲反馈处理单元、伺服驱动器输入输出控制单元J1 J12。通过这些外围模 块，运动控制器可方便的实现对车辆智能搬运器的全部动作自动控制。
比如，外部指令输入及状态输出处理单元进行逻辑判断，确定按照当前 指令，车辆智能搬运器应该按照某一个预设流程去工作，则通过通用数字量 传感器输入信号处理单元、通用模拟量传感器信号输入处理单元、高速脉冲 反馈处理单元、伺服驱动器输入输出控制单元J1 J12等的状态反馈信息，运 动控制器确认目前工作状态正确后，随即进入指令执行循环。指令执行循环 是程序编制时预先设定好的固定工作流程，在该流程中，电机运转速度、加 减速度、电机运行目标位置、电机运行过程允许的速度及位置误差等参数为 确定值。
运动控制器内主要包括DSP (数字信号处理器)模块和FPGA (Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)逻辑运算单元，其中DSP 模块主要起到逻辑判断及参数传递的作用，而实际工作由FPGA逻辑运算单 元来完成。FPGA逻辑运算单元在接收到具体运动参数后，通过界面操作及 状态显示单元及时显示系统工作状态，并通过数字量输出单元、模拟量输出 处理单元、伺服驱动器输入输出控制单元J1 J12进行各种动作的输出，同时 通过各种输入单元作为反馈，进行整个系统动作的闭环控制。
本实用新型的运动控制器为多轴运动控制器，能够对12个甚至更多伺服 轴进行控制。图3所示为运动控制器的原理框图，由图3可见，该运动控制 器包括以FPGA逻辑运算单元为核心的逻辑运算模块，以及以DSP控制器为 核心的DSP模块。当然，DSP模块除了包括DSP控制器外，还包括存储单元以及必备的接口电路；逻辑运算模块除了包括FPGA逻辑运算单元之外，也 还包括存储单元以及必备的接口电路。当然，实际应用时根据需要FPGA逻 辑运算单元也可以由CPLD (Complex PLD， Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件)逻辑运算单元替代，本文仅以FPGA逻辑运算 单元举例说明。
具体而言，逻辑运算模块还包括与FPGA逻辑运算单元连接的存储单 元、FPGA配置模块及FPGA仿真模块、电源管理模块及系统时钟模块、地 址总线控制单元、数据总线控制单元、脉冲发生器、数字与模拟量转换控制 单元、通用数字量输入输出控制单元、脉冲反馈分倍频控制单元、反馈脉冲 计数单元、位置原点捕获功能模块、伺服轴脉冲发生器、伺服轴反馈脉冲计 数器、伺服轴与脉冲发生器动态匹配单元、速度前馈与反馈控制模块、高精 度定位模块、动态匹配过程中的速度平滑模块。
脉冲发生器、数字与模拟量转换控制单元、通用数字量输入输出控制单 元、脉冲反馈分倍频控制单元、反馈脉冲计数单元、位置原点捕获功能模块、 伺服轴脉冲发生器、伺服轴反馈脉冲计数器、伺服轴与脉冲发生器动态匹配 单元、速度前馈与反馈控制模块、高精度定位模块、动态匹配过程中的速度 平滑模块，又均与信号放大单元、信号隔离单元、电机接口单元、长线驱动 单元连接。而信号放大单元、信号隔离单元均与传感器执行机构连接。电机 接口单元、长线驱动单元连接均与伺服电机反馈编码器连接。
DSP模块的核心器件——DSP控制器，不但与FPGA逻辑运算单元连接， 还与存储单元连接。此外，DSP模块还包括与DSP控制器连接的电源模块、 系统配置单元、看门狗单元、启动处理单元、仿真接口单元、状态指示单元、 逻辑过程控制单元、程序流程选择单元、参数发生与分配单元、现场总线控 制单元、串行通信处理单元、工业以太网控制单元、人机界面接口单元、故 障显示报警与处理单元、系统时钟处理单元、系统电源保护单元。其中，现 场总线控制单元、串行通信处理单元、工业以太网控制单元，又均与上位机 指令传递单元、状态及参数返回单元连接。而人机界面接口单元、故障显示 报警与处理单元，又均与本地状态显示单元、本地操作面板单元连接。
DSP控制器作为控制系统的核心，不仅实现了程序、数据的存储及处理 工作，还完成了系统硬件资源的统一协调管理，能够实现设备动作控制过程中的所有逻辑工作流程。DSP控制器选用了 ADI公司的高速嵌入式处理芯片 BF531。存储单元主要用于数据及程序的存储，为了能够对逻辑程序的静态存 储及运动控制过程数据处理的需要，存储单元选用了 FLASH M29W400B。
为了提高控制系统的运行速度和运行可靠性，逻辑流程由DSP控制器来 管理，而具体的逻辑实现及逻辑输出则由FPGA逻辑运算单元去实现，使流 程管理与具体动作管理真正地分开，从而使得系统架构非常清晰，提高可靠 性、稳定性以及工作效率，更能适于车辆智能搬运器的工作环境及工作特点 的要求。本实施例中，FPGA逻辑运算单元选用了 ALTRA公司的EPM1270。
因为程序是根据各种工作流程编制的，对应于某一个工作流程，在程序 中已经预置了相应的参数，比如速度、目标位置、各种判断条件等，所以， 一旦程序流程确定，程序必然按照已经存在的程序段运行，所以本实用新型 的控制系统中，DSP控制器根据工作流程，形成了一系列动作过程中所需要 的参数及各种判断条件及标准，包括各个轴的速度及精度要求、各个轴之间 的协同工作状态、动作完成的精度指标、动作过程中的各种标志状态、伺服 轴与脉冲发生器的动态分配、反馈脉冲技术器与伺服轴之间的动态分配等等。 这些参数、判断标准、各种标志等通过数据及地址总线与FPGA进行数据交 换，由FPGA进行动作的具体实现，比如说FPGA首先收到DSP传递过来的 参数，再根据这些参数通过其内部函数进行I/O的输入输出、脉冲发生器的 输出或计数器的计数工作等等。
DSP控制器完成了存储单元的管理，可供选择的各种程序流程均存储在 存储单元中。系统上电自检完成后，DSP控制器即执行存储单元中的主程序 流程。主程序流程通过查询、中断等方式一直保持着对外部接口的监控以确 定当前的通信、显示以及各种输出状态。主程序通过MAX485串行通信模块、 RTL8019 TCP/IP协议模块或SPC3 PROFIBUS-DP现场总线模块实现与上位 机的信息交换。上位机是整个智能车库的主控单元，可能是一台计算机，也 可能是一个PLC (可编程逻辑控制器)。本实用新型中控制系统的分工架构， 不仅保证了控制各种运动的精度、速度要求，而且大大简化了与上位机协同 工作的任务量，系统结构清晰、运行可靠。
传统的运动控制器的脉冲发生器、D/A转换模块数量一定要与伺服轴数 量相对应。为了减少多伺服轴系统硬件资源的需求，本实用新型中脉冲发生器、D/A转换模块数量少于伺服轴的数量，这就需要动态选择、分配电路使 脉冲发生器等与伺服轴动态组合，并能保证重新组合过程中无缝衔接，避免 在重新组合过程中伺服轴速度的剧烈变化。本实用新型脉冲反馈分倍频计数 器数量少于伺服轴的数量，这就需要动态选择、分配电路使脉冲反馈分倍频 计数器与伺服轴动态组合，并能保证重新组合过程中脉冲反馈能够顺利正确 衔接，避免出现反馈与实际不符的问题发生。为此，FPGA逻辑运算单元中 设计了多个脉冲发生器、分倍频计数器、低通滤波器、带通滤波器、PID+速 度前馈+加速度前馈控制单元、脉冲发生与反馈分配单元等基本模块，可以根 据DSP的指令实现各种单元的动态组合与应用，大大节省了硬件系统资源， 结构进行了极大的优化，使系统更加稳定可靠。具体而言，为了实现反馈脉 冲计数器少于伺服轴数量，本实用新型采用反馈计数器与伺服轴组合瞬间的 运动过程位置动态校正系统，使控制系统瞬间实现反馈与伺服轴之间的正确 衔接，这种方式使系统资源大大减少，系统体积和规模大大降低。FPGA/CPLD 根据DSP传送的参数及各种判别依据及标志等，通过自身的硬件资源进行各 种动作的实现。
为了减少系统对硬件资源的占用，FPGA/CPLD中设计了四路脉冲发生器 及四路分倍频脉冲反馈计数器，但本实用新型的控制对象达到12个伺服轴， 无法按照传统方案中实现脉冲发生器-伺服轴-反馈脉冲计数器一一对应的方 式。为此，本实用新型采用了独特的设计方法实现了脉冲发生器数量少于伺 服轴数量、脉冲反馈计数器少于反馈轴数量的配置方式，并实现了资源动态 匹配过程中的无缝衔接。基于上述节约系统资源的方式，本实用新型选用 ALTRA公司的EPM1270 CPLD芯片即能满足系统要求。ALTRA公司的 EPM1270 CPLD芯片本身的硬件资源较少，正常的设计根本满足不了系统的 需求，它的输入输出口数量、门数比较少。而采用了脉冲发生器数量少于伺 服轴数量的设计方法，节省了很多资源，所以这个芯片才能满足本实用新型 的需要。
考虑到车辆智能搬运器工作状况的复杂性与多样性，FPGA逻辑运算单 元中实现了运动过程中运动参数实时修改功能，对系统的纠错能力、实时调 整工作状态等有极大地帮助。通用高速数字输入与输出也由FPGA逻辑运算 单元实现，通过外部隔离与滤波电路，FPGA逻辑运算单元可以高速获取外部位置、脉冲等I/O状态，并可以实时完成位置捕获、位置比较、脉冲信号 输入、输出工作。D/A转换模块和输出驱动电路的控制工作同样由FPGA逻 辑运算单元完成，对于速度控制及力矩控制的逻辑运算、输出、漂移控制等 具有高速实时的处理能力，保证系统能够按照DSP的指令进行工作。
运动控制器预先配置了多种现场网络通信功能，可实现RS232 、 RS422/485 、 Ethernet 、 CAN 、 Profibus-DP等多种网络协议，这种强大的 网络功能使系统实现独立运行模式(Stand Alone)成为可能，保证了系统在 独立运行过程中与外部设备的实时、同步协调能力。
根据车辆智能搬运器的动作特点，控制软件由两部分组成， 一部分是嵌 入在FPGA逻辑运算单元中的通用逻辑动作实现算法，包括脉冲发生器算法、 脉冲反馈分倍频计数器算法、D/A转换模块控制算法、PID+速度前馈+加速度 前馈控制、脉冲发生器与伺服轴动态分配组合算法、脉冲反馈计数器与伺服 轴动态分配组合算法、运动过程位置和速度动态校正算法等等，这些算法与 控制系统整体工作流程无关，只需要在DSP控制器逻辑流程的指令下独立工 作即可；控制系统软件的另一部分就是嵌入在DSP控制器中的系统资源管理 程序、中断及事件管理程序、车辆智能搬运器动作流程管理程序及通信管理 程序。
车辆智能搬运器的控制方法由DSP控制器中的控制程序按照控制系统的 工作流程制定。根据工作流程，控制程序首先发出行走指令，行走速度、行 走距离、伺服轴与脉冲发生器的分配状态、伺服轴与反馈计数器的分配状态 等参数全部由DSP"控制器中的控制程序给出，之后由FPGA具体实现，通过 外围隔离、滤波、驱动电路最终去驱动电机工作。同理，按照工作流程，夹 持臂的旋转动作、推板机构的伸縮动作等同样需要DSP控制器指定各个参数， 由FPGA通过外围隔离、滤波、驱动电路去最终驱动电机实现。
如图4所示为一个典型的存车流程。系统上电之后首先进行自检，确定 当前状态，然后检查主控系统是否有指令。若没有就反复检査，反复检查的 过程实际上就是待机的过程，直到检查到主控系统的指令为止，这种方式非 常适合于各种专用机械设备的重复性工作。
检查到主控系统指令之后继续往下执行，进行流程选择，确定动作过程， 并通过现场网络将当前状态、故障信息、各种检测信息等传回上位机，以便与上位机控制的智能车库系统实现信息的融合。如果是存车流程，则系统继
续往下执行；如果是其它流程，则转而进行"其它流程的程序处理"。
存车流程又包括取车和放车两个动作，即先要行驶至目标车辆底盘之下 取车，然后将车辆运送到目标车位放下。
取车流程的第一步是车辆智能搬运器整体向车辆行驶。根据车辆智能搬 运器当时所处的位置，可能第一机组l在前，也可能第二机组2在前，本例 以第一机组l在前，并且第一机组1用于搬运车辆的前轮，进行举例说明。
车辆智能搬运器整体向车辆行驶的过程中会不停判断第一机组是否到 位，若没有到位则继续行走；若到位则往下分别同时执行第一机组动作流程 和第二机组动作流程。此处由于第一机组动作流程和第二机组动作流程同时 执行，可以大大提高存取车的速度。
第一机组动作流程的第一步是第一机组的全部四个夹持臂旋转打开，此 时的状态为图5左侧所示。夹持臂全部打开之后，第一机组1的两个推板机 构收缩，以便将车辆的两个前轮抬起。推板机构依靠相应的伺服电机带动丝 杠螺母，使得推板沿着直线导轨机构运动，这是一个典型的龙门机构同步控 制问题，要求同步性能较高，必须采用速度闭环控制方式。在推板机构收縮 的同时，不断判断车辆的前轮是否离地，若前轮没有离地就继续收縮；若前 轮己经离地则进一步判断车辆后轮是否离地。前轮离开地面的状态如图6左 侧所示。需要说明的是，由于第一机组1的动作流程较第二机组2的简单， 所以此时一般第二机组2还未将车辆后轮抬离地面，所以在第一机组1的动 作流程中设置有判断车辆后轮是否离地的流程，实际上就是等待第二机组完 成其动作流程。
第二机组动作流程的第一步是，第二机组的两个夹持臂打开，然后第二 机组向车辆后轮行驶，并且在行使的过程中不断判断第二机组是否到位，若 打开的两个夹持臂碰到汽车后的后轮，则说明第二机组已经行走到位；若没 有到位则继续行走；若已经到位则继续往下执行。
需要强调的是，本实用新型的一个重要改进之处在于，用于搬运车辆后 轮的第一机组1或者第二机组2在动态寻找车辆后轮的目标位置时采用了累 积误差脉冲数量与当前速度综合校验并配合辅助位置传感器检测的方式，这 种动态寻找车辆后轮目标的方法用数学表达式的具体描述为一2
f <y —r)r~,枕歸^
其中/^为在fl到,2时间内累积误差脉冲与速度变化率综合影响下的当 量脉冲变化量，当采用速度闭环模式时，在FPGA内部可以将当前速度转换 成当量脉冲速度；
d、 C为采样时间，为了消除整个行走过程中累积误差的因素，程序设计 时考虑一个时间段内的速度及累积误差脉冲的情况；
t目^,r一M分别是指令速度和实际反馈速度，r为采样周期，在程序上
设定为固定定时中断周期，以确保不会因为工作流程的不同导致计算结果的 差异；
^%^为固定采样周期中实际反馈速度的变化率。
通过大量的空载、重载及各种地面状况等试验证明，这种方法能够有效 滤除地面平整程度、地面障碍物、搬运器本身正常加减速等因素的影响，使
动态寻找目标的准确率达到100%，可靠性高，同时也避免了在寻找到目标后
由于判断的滞后性问题导致对目标的冲击。
第二机组到位之后的状态如图4右侧所示，此后则将第二机组的另外两 个夹持臂打开，打开后的状态如图5右侧所示。夹持臂全部打开之后，第二 机组2的两个推板机构收縮，以便将车辆的两个后轮抬起。在推板机构收縮 的同时，不断判断车辆的后轮是否离地，若后轮没有离地就继续收縮；若后 轮已经离地则继续往下执行放车流程。前后轮均离开地面的状态如图7所示。
放车流程的第一步当然是车辆智能搬运器携带其上的目标车辆向目标车 位行驶。在行驶的过程中不断判断是否到达目标车位，没有则继续行驶；若 到达目标车位，则将所有推板机构张开，让车辆落到地面，即完成了整个存 车动作。然后所有夹持臂縮回，最后第一机组和第二机组靠拢至原始状态。 至此整个流程执行完毕，程序返回继续检查主控系统指令。
需要说明的是，第一机组和第二机组靠拢至原始状态的过程中，由于两 个机组己经离开了一定距离，这个距离随着被搬运车辆的轴距不同而不同， 而原始状态要求两个机组严格并拢，所以在整个车辆智能搬运器恢复原始状 态过程中，两个机组的行走速度要有所不同，使整个车辆智能搬运器到位后正好两个机组完全并拢。
综上所述，本实用新型的主要优点如下-
1、 采用伺服电机作为动力元件，使得车辆智能搬运器的整体高度可以更 低，而且运动控制精度以及响应速度更高。
2、 DSP控制器实现流程管理，具体动作由FPGA逻辑运算单元完成，这 种架构抗干扰能力强、系统工作稳定可靠、工作效率高，非常适用于车辆智 能搬运器的工作环境及工作特点的要求；
3、 为了提高系统效率，运动控制器中将动作选择控制与动作过程控制严 格分开，并行处理，保证了系统清晰的架构，提高了系统可靠性、稳定性及 运行效率。动作选择控制属于工作流程中的关键环节，由DSP控制器进行处 理，而DSP控制器根据动作的不同形成一系列数字化参数及判别依据， FPGA/CPLD逻辑运算单元根据这些参数及依据进行实际的动作控制。动作的 反馈一方面由FPGA/CPLD进行处理， 一方面由DSP控制器进行监控，保证 了系统的可靠性。
4、 通过FPGA/CPLD逻辑运算单元中对脉冲发生器与伺服轴之间的动态 匹配，实现脉冲发生器数量少于伺服轴数量的配置方式；
5、 通过FPGA/CPLD逻辑运算单元中对反馈脉冲分倍频计数器与伺服轴 之间的动态匹配，实现计数器数量少于伺服轴数量的配置方式；
6、 后轮车辆智能搬运器在寻找车辆后轮位置时的定位算法的数学表达式
为~=12(巳—_^^;^^^。大量试验证明，这种方法的动作准确性
高，不会发生过冲等定位不准确的现象。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细的 说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型 所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还 可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、车辆智能搬运器的控制系统，其特征在于，所述车辆智能搬运器的控制系统包括作为核心单元的运动控制器，以及多个与运动控制器连接，以便运动控制器与外界进行数据交换的外围模块；所述运动控制器包括主要管理逻辑流程的DSP模块，和进行逻辑的具体实现及逻辑输出的逻辑运算模块，所述DSP模块与逻辑运算模块连接。
2、 如权利要求1所述的车辆智能搬运器的控制系统,其特征在于，所 述DSP模块包括DSP控制器，以及与所述DSP控制器连接的存储单元和必 备的接口电路;所述DSP控制器与逻辑运算模块连接。
3、 如权利要求2所述的车辆智能搬运器的控制系统,其特征在于，所 述接口电路包括；电源模块、系统配置单元、看门狗单元、启动处理单元、 仿真接口单元、状态指示单元、逻辑过程控制单元、程序流程选择单元、参 数发生与分配单元、现场总线控制单元、串行通信处理单元、工业以太网控 制单元、人机界面接口单元、故障显示报警与处理单元、系统时钟处理单元、 系统电源保护单元；其中，现场总线控制单元、串行通信处理单元、工业以 太网控制单元，又均与上位机指令传递单元、状态及参数返回单元连接。
4、 如权利要求3所述的车辆智能搬运器的控制系统，其特征在于，所 述人机界面接口单元、故障显示报警与处理单元，又均与本地状态显示单元、 本地操作面板单元连接。
5、 如权利要求il所述的车辆智能搬运器的控制系统，其特征在于，所 述逻辑运算模块包括FPGA或者CPLD逻辑运算单元，以及与所述PPGA 或者CPLD逻辑运算单元连接的存储单元和必备的接口电路；所述FPOA或 者CPLD逻辑运算单元与DSP模块连接。
6、 如权利要求5所述的车辆智能搬运器的控制系统,其特征在于,所 述接口电路包括FPGA配置模块及FPGA仿真模块、电源管理模块及系统 时钟模块、地址总线控制单元、数据总线控制单元、脉冲发生器、数字与模 拟量转换控制单元、通用数字量输入输出控制单元、脉冲反馈分倍频控制单 元、反馈脉沖计数单元、位置原点捕获功能模块、伺服轴脉冲发生器、伺服轴反馈脉冲计数器、伺服轴与脉冲发生器动态匹配单元、速度前馈与反馈控 制模块、高精度定位模块、动态匹配过程中的速度平滑模块。
7、 如权利要求6所述的车辆智能搬运器的控制系统，其特征在于，所 述脉冲发生器、数字与模拟量转换控制单元、通用数字量输入输出控制单元、 脉冲反馈分倍频控制单元、反馈脉冲计数单元、位置原点捕获功能模块、伺 服轴脉冲发生器、伺服轴反馈脉冲计数器、伺服轴与脉冲发生器动态匹配单 元、速度前馈与反馈控制模块、高精度定位模块、动态匹配过程中的速度平 滑模块，又均与信号放大单元、信号隔离单元、电机接口单元、长线驱动单 元连接；而信号放大单元、信号隔离单元均与传感器执行机构连接；电机接 口单元、长线驱动单元连接均与伺服电机反馈编码器连接。
8、 如权利要求1至7中任意一项所述的车辆智能搬运器的控制系统， 其特征在于，所述外围模块包括现场总线控制器、外部指令输入及状态输 出处理单元、界面操作及状态显示单元、通用数字量传感器输入信号处理单 元、通用数字量输出处理单元、通用模拟量传感器信号输入处理单元、通用 模拟量输出处理单元、高速脉冲反馈处理单元、伺服驱动器输入输出控制单元o
9、 车辆智能搬运器，包括相互连接的两个机组以及控制各机组协同工 作的控制系统；所述机组包括机架、直线导轨、推板机构和行走机构；所述 直线导轨至少具有两根，且平行对称固定设置在所述机架上；所述推板机构 有两个，且均可滑动的设置在所述直线导轨上；所述行走机构至少具有两套， 且设置在机架的两端，且至少有一套行走机构中包括行走驱动电机；所述推 板机构包括推板，驱动所述推板运动的推板驱动机构，以及设置在所述推板 上的夹持臂机构，所述推板驱动机构包括推板驱动电机，所述夹持臂机构包 括夹持臂驱动电机；其特征在于，所述行走驱动电机、推板驱动电机、夹持 臂驱动电机均为伺服电机，所述控制系统为如权利要求1至8中任意一项所 述的控制系统。
专利摘要本实用新型涉及车辆智能搬运器及其控制系统。该车辆智能搬运器包括行走驱动电机、推板驱动电机、夹持臂驱动电机，且上述电机均为伺服电机。车辆智能搬运器的控制系统包括作为核心单元的运动控制器，以及多个与运动控制器连接，以便运动控制器与外界进行数据交换的外围模块；所述运动控制器包括主要管理逻辑流程的DSP模块，和进行逻辑的具体实现及逻辑输出的逻辑运算模块，所述DSP模块与逻辑运算模块连接。本实用新型相对现有技术的有益效果是由于采用伺服电机作为动力元件，使得车辆智能搬运器的整体高度可以更低，而且运动控制精度以及响应速度更高。控制系统架构清晰，可靠性、稳定性及工作效率都更高。
文档编号G05B19/418GK201383099SQ20082023480
公开日2010年1月13日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者俊 王, 昕 王, 管大功 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院