CN103909994A - 一种用于密集存储区域的agv搬运车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其主要技术特点是：包括AGV车体和四个AGV驱动单元，在AGV车体中心设有AGV控制器安装槽并安装有AGV控制器；在AGV控制器安装槽两侧分别设总线驱动器安装槽并安装有总线驱动器；在每个总线驱动器安装槽外侧分别设有驱动单元安装槽，四个驱动单元安装槽沿车体纵向轴对称分布，在每个驱动单元安装槽内均通过驱动单元安装板安装驱动单元，该驱动单元为两轮驱动单元。本发明采用四个驱动单元的四驱动八轮紧凑式全方位行走方式，提高整体车辆作任意曲线运动时的旋转速度和稳定度，各个功能单元之间结构紧凑、全部集成在一个比较薄的长方形车体内，降低了车辆整体高度，具有重心低、稳定、安全可靠等特点。

Description

一种用于密集存储区域的AGV搬运车

技术领域

本发明属于AGV技术领域，尤其是一种用于密集存储区域的AGV搬运车。 

背景技术

以轮式移动为特征的AGV扮演物料运输的角色已经有50多年了。从欧、美、日、韩等发达国家的应用看，AGV通常是为了提高物料传输过程中的自动化程度：当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行，即AGV将辅料送至相应地点。由于上述产品一般完全结合简单的生产应用场合，因此，其行走机构也相对简单：AGV运行在宽阔场地而非狭窄场地、AGV做普通的前后方向运动或弧线运动而非做特殊的横向运动或原地旋转运动。 

如图1所示，现有AGV的行走机构主要有：2轮差速行走机构、3轮行走机构、带舵轮的4轮行走机构。在上述三种行走机构中，最为流行的行走机构是带舵轮的四轮行走机构，该行走机构包括两个行走驱动轮、两个支撑轮并以菱形分布。带舵轮的四轮行走机构是在三轮行走机构基础上演变过来的，它相当于把两个三轮车合并在一起，两支承轮对称地布置在小车前后的中线上，前后车轮分别对称布置在以两支承轮支点为底边的等腰三角形顶点处。前后车轮既是舵轮又是行走驱动轮。这种AGV小车在转弯时前后车轮均能跟踪导引线轨迹，机动性比三轮车好。但是，该行走机构也存在以下问题：该行走机构的AGV不适合做密集存储区域AGV的原地旋转运动：当车体作原地旋转时，由于两边的支撑轮没有驱动力，其旋转的灵活性和平稳度都不够。 

专利文献“一种适用于AGV导引车的全方位行走装置（专利申请号：201320338727.1）”公开了一种全方位行走装置,其在车体下表面中心安装一个方形驱动轮组,方形驱动轮组中心安装一个驱动轮(也是舵轮),在四个角分别安装一个随动轮,车体旋转时先将驱动轮(舵轮)旋转一个角度,并通过转向架回转 轴带动驱动轮组支架和四角的随动轮一起旋转,由此实现AGV的全方位行走。该行走装置的不足是：当作带有弧度线的曲线运动时却显得不够灵活：必须每次先旋转一个微角度，再作切线方向的直线运动，如此反复，效率非常低，不适合密集存储区域的曲线运动需求。 

另外，传统AGV所到之处必须预先敷设色带，其行走路线为直线或曲线，如果途中想改作任意两点间的横向运动、斜线运动，必须以地面上几乎铺满了色带为代价。随着我国物流系统的迅速发展，AGV的应用由替代物料传输工具向着高密度物流仓储目标发展，如何能够开发出能够满足高密度物流仓储需求的AGV搬运车是目前迫切需要解决的问题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、转向灵活且性能稳定的用于密集存储区域的AGV搬运车。 

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的： 

一种用于密集存储区域的AGV搬运车，包括AGV车体以及安装在AGV车体下的四个AGV驱动单元，在AGV车体中心设有AGV控制器安装槽并安装有AGV控制器；在AGV控制器安装槽两侧分别设总线驱动器安装槽并安装有总线驱动器；在每个总线驱动器安装槽外侧分别设有驱动单元安装槽，四个AGV驱动单元安装槽沿车体纵向轴、横向轴对称分布，在每个驱动单元安装槽内均通过驱动单元安装板安装驱动单元，该驱动单元为两轮驱动单元；在车体上制有读码器安装孔用于安装规则图形码读码器。 

而且，所述的驱动单元为上下三层结构： 

第一层结构包括相互啮合在一起的驱动单元回转支撑和驱动单元编码器；该驱动单元回转支撑通过其内侧的回转支撑安装螺钉向上连接驱动单元安装板、向下连接驱动单元摇摆架；所述的驱动单元编码器通过编码器座和编码器安装螺钉与驱动单元安装板相连接； 

第二层结构为驱动单元摇摆架，该驱动单元摇摆架由一个方形上端面和安装在其底部两侧的两个方形侧端面构成，该方形上端面通过回转支撑安装螺钉与驱动单元安装板以及驱动单元回转支撑安装在一起，两个方形侧端面通过小 轴与驱动单元固定箱体相连接； 

第三层结构包括驱动单元固定箱体、两个驱动单元电机箱体、两个电机、两套传动机构、两个小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮，两个驱动单元电机箱体分布在驱动单元固定箱体两侧，该驱动单元固定箱体一组对边的两侧分别通过小轴与驱动单元摇摆架两侧相连接,驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过行走车轮轴与驱动单元电机箱体相连接，两台电机、两套传动机构、两个小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮位于驱动单元固定箱体及驱动单元电机箱体构成的平面内，两台电机的一端与各自的传动机构相连接，两套传动机构分别与各自的行走车轮连接在一起，两个行走车轮与两个电机互为垂直安装，两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。 

而且，所述的读码器安装孔数量为三个，分别为车体中心点读码器安装孔、车体两端读码器安装孔，它们分别沿着车体纵向中心线均匀分布。 

而且，所述驱动单元安装槽为方形并在四周制有安装孔，所述驱动单元安装板为方形并在四周制有安装孔，通过上述安装孔将驱动单元安装板与驱动单元安装槽安装在一起。 

而且，所述驱动单元安装板的中心位置设有驱动单元安装孔并安装驱动单元，在驱动单元安装孔外侧设有编码器安装槽并安装编码器。 

而且，所述驱动单元安装槽外侧设有顶升装置安装槽，在顶升装置安装槽内安装有顶升装置。 

而且，所述的顶升装置为液压顶升装置或丝杠顶升装置。 

而且，所述的传动机构包括小同步带轮、同步带、大同步带轮、涨紧轮、涨紧调节螺栓、涨紧调节板和涨紧安装板，所述小同步带轮与电机相连接，该小同步带轮通过同步带与大同步带轮相连接，该大同步带轮与行走车轮相连接，所述的涨紧轮紧贴在同步带上用于控制对同步带的压力；该涨紧轮套装在涨紧安装板上的涨紧轴上，该涨紧安装板安装在电机箱体上，在涨紧安装板一侧安装有涨紧调节板，在涨紧调节板上安装有涨紧调节螺栓，该涨紧调节螺栓和涨紧调节板用于调节涨紧轮对于同步带的压力。 

本发明的优点和积极效果是： 

1、本发明采用四个驱动单元的四驱动八轮紧凑式全方位行走方式，将每两个轮子、两个电机、两套传动机构为一组，以缩小两车轮距离的方法，将距离远的两车轮差速分解为距离小的若干组两车轮的差速，从根本上解决了车辆转向速度问题以及车辆两车轮距离R值最小化问题，使全方位行走驱动单元的R值缩小到原来几分之一，从而提高整体车辆作任意曲线运动（包括以车体自身中心点为圆点的原地旋转运动、车身不转车轮转动的横向运动、斜向运动）时的旋转速度和稳定度。 

2、本发明充分利用车体空间，各个功能单元之间结构紧凑、全部集成在一个比较薄的长方形车体内，降低了车辆整体高度，具有重心低、稳定、安全可靠等特点。 

3、本发明采用AGV控制器以及沿车体长度方向中心线均匀分布的3个规则图形码读码器，减小了地面两点间规则图形码安装误差，提高了AGV在行走过程中作任意两点间直线运动的灵活性和可能性。 

附图说明

图1为现有AGV的三种行走机构的结构示意图； 

图2为本发明的车体结构俯视图； 

图3为驱动单元安装板结构示意图； 

图4为驱动单元的俯视图（驱动单元未安装驱动单元安装板）； 

图5为图4的A-A向剖视图（驱动单元顶部安装了驱动单元安装板）； 

图6为图4的B-B向剖视图（驱动单元顶部安装了驱动单元安装板）； 

图7为驱动单元的侧视图（驱动单元顶部安装了驱动单元安装板）； 

图8为驱动单元的仰视图(驱动单元未安装驱动单元安装板)； 

图中，1：AGV控制器安装槽；2：总线驱动器安装槽；3：驱动单元安装槽；3-1：驱动单元安装板；3-1-1：驱动单元安装孔；3-1-2：编码器安装孔；3-1-3：车身安装孔；3-2-1：回转支撑；3-2-2：编码器；3-2-3：编码器座；3-2-4：回转支撑安装螺钉；3-2-5：编码器安装螺钉；3-3-1：驱动单元摇摆架；3-3-2：固定箱体；3-3-3：电机箱体；3-3-4：电机；3-3-5：传动机构；3-3-5-1：涨紧轮；3-3-5-2：六角螺栓；3-3-5-3：大同步带轮；3-3-5-4：内六角螺栓；3-3-5-5： 小同步带轮；3-3-5-6：同步带；3-3-5-7涨紧调节螺栓：3-3-5-8涨紧调节板；3-3-5-9涨紧安装板；3-3-6：小轴；3-3-7：车轮轴；3-3-8：行走车轮；4：顶升装置安装槽；5-0：中心读码器安装孔；5-1：两端读码器安装孔；6：AGV车体。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。 

一种用于密集存储区域的AGV搬运车，如图2所示，包括AGV车体6以及安装在AGV车体下的四个AGV驱动单元。在AGV车体中心设有对边横跨车宽的AGV控制器安装槽1，在AGV控制器安装槽内安装有AGV控制器；在AGV控制器安装槽两侧分别设有对边横跨车宽的总线驱动器安装槽2，在总线驱动器安装槽内安装有总线驱动器；在每个总线驱动器安装槽外侧分别设有两个方形驱动单元安装槽3，四个AGV驱动单元安装槽沿车体纵向轴、横向轴对称分布，在每个驱动单元安装槽四周设有安装孔并通过驱动单元安装板3-1安装有驱动单元；在驱动单元安装槽外侧设有对边横跨车宽的顶升装置安装槽4，在顶升装置安装槽内安装有顶升装置用于托举货物，顶升装置可以采用液压顶升装置或丝杠顶升装置；在车体中心处制有中心读码器安装孔5-0并安装有规则图形码读码器，在顶升装置安装槽中心处制有两端读码器安装孔5-1并分别安装有规则图形码读码器，上述规则图形码读码器沿着车体纵向中心线分布。本AGV搬运车采用规则图形码读码器组的方式控制AGV行进：当车体前进时，前一个和中间一个读码器为一组，当车体后退时，中间一个和后一个读码器为一组，在本实施例中，规则图形码读码器采用二维码读码器。 

如图3所示，驱动单元安装板为方形结构，在驱动单元安装板中心位置设有驱动单元安装孔3-1-1，该驱动单元安装孔用于安装驱动单元；在驱动单元安装孔外侧设有编码器安装槽3-1-2，该编码器安装槽用于安装编码器；在驱动单元安装板的四周制有与驱动单元安装槽相对应的车身安装孔3-1-3，通过这些安装孔可以将驱动单元安装板与驱动单元安装槽安装在一起。 

如图4至图8所示，安装在驱动单元安装板下的驱动单元包括由上至下三层结构，其中： 

第一层结构包括相互啮合在一起的驱动单元回转支撑3-2-1和编码器3-2-2：该驱动单元回转支撑通过其内侧的回转支撑安装螺钉3-2-4向上连接驱动单元安装板、向下连接驱动单元摇摆架3-3-1；所述的驱动单元编码器通过编码器座3-2-3和编码器安装螺钉3-2-5与驱动单元安装板相连接。 

第二层结构为驱动单元摇摆架：该驱动单元摇摆架由一个方形上端面和两个方形侧端面构成，两个方形侧端面分别垂直安装在方形上端面的底部两端；驱动单元摇摆架的方形上端面通过回转支撑安装螺钉与驱动单元安装板以及驱动单元回转支撑安装在一起，驱动单元摇摆架的两个方形侧端面通过小轴3-3-6与驱动单元固定箱体3-3-2相连接。 

第三层结构包括驱动单元固定箱体、两个驱动单元电机箱体3-3-3、两个电机3-3-4、两套传动机构3-3-5、两个小轴、两个行走车轮轴3-3-7、两个行走车轮3-3-8。该驱动单元固定箱体和驱动单元电机箱体为并排安装的三个长方形箱体，两个驱动单元电机箱体分布在驱动单元固定箱体两侧；该驱动单元固定箱体一组对边的两侧分别通过小轴和螺钉与摇摆架两侧相连接,驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过车轮轴与电机箱体相连接；两台电机、两套传动机构、两个小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮位于固定箱体及电机箱体构成的平面内；两台电机的一端与各自的传动机构相连接，两套传动机构分别与各自的行走车轮连接在一起；两个行走车轮与两个电机互为垂直安装，即：两个行走车轮的轮向分别与两个电机的轴向垂直），两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。所述的传动机构由涨紧轮3-3-5-1、六角螺栓3-3-5-2、大同步带轮3-3-5-3、内六角螺栓3-3-5-4、小同步带轮3-3-5-5、同步带3-3-5-6、涨紧调节螺栓3-3-5-7、涨紧调节板3-3-5-8和涨紧安装板3-3-5-9构成；具体连接方式为：所述的小同步带轮与电机相连接，该小同步带轮通过同步带与大同步带轮相连接，该大同步带轮与行走车轮相连接，所述的涨紧轮紧贴在同步带上用于控制对同步带的压力；该涨紧轮套装在涨紧轴上，该通过六角螺栓安装在涨紧安装板上，该涨紧安装板通过内六角螺栓安装在电机箱体上，在涨紧安装板一侧安装有涨紧调节板，在涨紧调节板上安装有涨紧调节螺栓，该涨紧调节螺栓和涨紧调节板用于调节涨紧轮对于同步 带的压力，通过涨紧调节螺栓可以调节同步带对于两轮的涨紧压力。 

本发明采用四驱动八轮紧凑式全方位行走机构进行行走控制，AGV控制器通过总线驱动器四个驱动单元实现全方位行走动作功能。其工作原理为： 

以缩小两车轮距离的方法将距离远的两车轮差速分解为距离小的若干组两车轮的差速，从根本上解决了车辆转向速度问题，由于有效解决了车辆两车轮距离R值最小化问题，使全方位行走驱动单元的R值缩小到原来几分之一，从车辆动力学模型得知，在时间一定、两车轮差速比一定的条件下，两车轮旋转的角度同两车轮之间距离R成反比，所以得出结论：全方位行走驱动单元的旋转速度相对于传统AGV车体结构提高了几倍，如果在一个AGV车体上安装若干组这样的机构，就相当于安装了若干个快速转动的车轮，从而实现整体车辆速度的提高。 

当AGV运输车作原地旋转运动时，首先使各个行走驱动单元车轮方向旋转至所需位置，此时车体位姿不变而各组机构车轮方向改变；然后让摆好方向的各组车轮分别沿着力的方向运动，在运动过程中，各组电机分别将力传给各自的转轴，转轴再沿力的方向推动转轴圆盘，由于力的合成产生了旋转扭矩，旋转扭矩使车体进行原地旋转。由于转轴圆盘同车体固定在一起，因此，在车体作原地旋转过程中，转轴、车轮、车轮圆盘、车体同步旋转。 

当AGV运输车作任意给定曲线运动时，曲线上任一点相对于起始点会有一个位置偏差和角度偏差，通过使车体不断产生位置偏差和角度偏差，即可实现车体作任意曲线运动。其实现原理是：根据位置偏差和角度偏差求导得到AGV运输车的线速度和角速度要求，以电机为动力源，假设是4组机构（每组2个电机），8个轮子，根据AGV运输车运动学的特点，让8个电机在不同时刻产生不同转速从而使得每两个轮子构成的全方位行走驱动单元在相应时刻具有相应的线速度和角速度，四组全方位行走驱动单元的线速度和角速度合成为AGV运输车的在空间中的线速度和角速度，即给定曲线所要求的线速度和角速度，进而AGV运输车按照所给定的曲线进行运动。 

下面对本发明的AGV导航原理进行说明： 

本发明采用AGV控制器以及沿车体长度方向中心线均匀分布的3个规则图形码读码器。当车体前进时用，前一个和中间一个读码器为一组，当车体后退 时用，中间一个和后一个读码器为一组，这种方式解决了规则图形码定位时过分依赖规则图形码的姿态和读码设备精度的难题，通过两个规则图形码中心点连线的方法不仅大幅度提高测量精度还使容错范围得到扩大：即使贴码角度稍有误差或规则图形码读码器输出略有误差也都不会影响测量的精度，增强了规则图形码的普及性、易用性和使用效果。由于规则图形码内含有位值信息和角度信息，AGV控制器通过对规则图形码解码以及复杂的导航计算，不仅可以控制小车左右方向的位置偏离，还可以控制小车前后方向位置偏离，从而不仅可以实现货物的传输功能，还可以实现目标点货物的自动提取功能。 

在长方形车身上安装的顶升装置用于完成货物的自动装卸。货物放在货物托盘上，货物托盘有四条托盘腿，托盘腿的高度能够使移动机器人钻入货物托盘下面并在货物托盘下面行走；当AGV执行货物的装卸任务时，按照AGV控制器的指令执行导航路线，到达目标点后，钻入货物托盘下方并顶起货物托盘及其上面的货物在无障碍物的巷道或自由区域行走，从而完成货物的自动装卸任务。 

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。 

Claims (8)

1.一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：包括AGV车体以及安装在AGV车体下的四个AGV驱动单元，在AGV车体中心设有AGV控制器安装槽并安装有AGV控制器；在AGV控制器安装槽两侧分别设总线驱动器安装槽并安装有总线驱动器；在每个总线驱动器安装槽外侧分别设有驱动单元安装槽，四个AGV驱动单元安装槽沿车体纵向轴、横向轴对称分布，在每个驱动单元安装槽内均通过驱动单元安装板安装驱动单元，该驱动单元为两轮驱动单元；在车体上制有读码器安装孔用于安装规则图形码读码器。

2.根据权利要求1所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述的驱动单元为上下三层结构：

第一层结构包括相互啮合在一起的驱动单元回转支撑和驱动单元编码器；该驱动单元回转支撑通过其内侧的回转支撑安装螺钉向上连接驱动单元安装板、向下连接驱动单元摇摆架；所述的驱动单元编码器通过编码器座和编码器安装螺钉与驱动单元安装板相连接；

第二层结构为驱动单元摇摆架，该驱动单元摇摆架由一个方形上端面和安装在其底部两侧的两个方形侧端面构成，该方形上端面通过回转支撑安装螺钉与驱动单元安装板以及驱动单元回转支撑安装在一起，两个方形侧端面通过小轴与驱动单元固定箱体相连接；

第三层结构包括驱动单元固定箱体、两个驱动单元电机箱体、两个电机、两套传动机构、两个小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮，两个驱动单元电机箱体分布在驱动单元固定箱体两侧，该驱动单元固定箱体一组对边的两侧分别通过小轴与驱动单元摇摆架两侧相连接,驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过行走车轮轴与驱动单元电机箱体相连接，两台电机、两套传动机构、两个小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮位于驱动单元固定箱体及驱动单元电机箱体构成的平面内，两台电机的一端与各自的传动机构相连接，两套传动机构分别与各自的行走车轮连接在一起，两个行走车轮与两个电机互为垂直安装，两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述的读码器安装孔数量为三个，分别为车体中心点读码器安装孔、车体两端读码器安装孔，它们分别沿着车体纵向中心线均匀分布。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述驱动单元安装槽为方形并在四周制有安装孔，所述驱动单元安装板为方形并在四周制有安装孔，通过上述安装孔将驱动单元安装板与驱动单元安装槽安装在一起。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述驱动单元安装板的中心位置设有驱动单元安装孔并安装驱动单元，在驱动单元安装孔外侧设有编码器安装槽并安装编码器。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述驱动单元安装槽外侧设有顶升装置安装槽，在顶升装置安装槽内安装有顶升装置。

7.根据权利要求6所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述的顶升装置为液压顶升装置或丝杠顶升装置。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于密集存储区域的AGV搬运车，其特征在于：所述的传动机构包括小同步带轮、同步带、大同步带轮、涨紧轮、涨紧调节螺栓、涨紧调节板和涨紧安装板，所述小同步带轮与电机相连接，该小同步带轮通过同步带与大同步带轮相连接，该大同步带轮与行走车轮相连接，所述的涨紧轮紧贴在同步带上用于控制对同步带的压力；该涨紧轮套装在涨紧安装板上的涨紧轴上，该涨紧安装板安装在电机箱体上，在涨紧安装板一侧安装有涨紧调节板，在涨紧调节板上安装有涨紧调节螺栓，该涨紧调节螺栓和涨紧调节板用于调节涨紧轮对于同步带的压力。