CN106532529B - 配电柜智能搬运装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配电柜智能搬运装置，属于配电柜智能搬运技术领域。本发明采用全向移动智能导航AGV以及配电柜支撑装置的组合应用，在上位机的实时调配下，可实现配电柜在车间内各个工位点之间的智能转运，可节省人力，提高效率。

Description

配电柜智能搬运装置
技术领域
本发明涉及配电柜智能搬运技术领域，具体涉及一种配电柜智能搬运装置。
背景技术
根据《铁路采购与物流》(2017(2)：60-61，邵文彬)中的记载,目前配电柜检修车间传统的配电柜转运方式是采用人工使用地牛转运方式转运配电柜，由于配电柜中心高，重量大，该转运方式一直具有安全隐患，而且作业人员的劳动强度也很高。随着配电柜数量的增多，仅仅通过人力作业已经无法满足生产效率的需要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何高效、准确、安全地实现配电柜在各个工位间的自动转运。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电柜智能搬运装置，包括AGV 1、配电柜2和配电柜支架3；
所述配电柜支架3与配电柜2连接并固定；配电柜支架3底部中心位置设有一方形定位块8，用于与AGV 1对接时作为参照；配电柜支架3底部四周位置设有顶升支撑面7，作为AGV 1顶升受力面，所述顶升支撑面7上粘接有橡胶板；所述配电柜支架3上表面为带有预设角度的排水斜面5；所述配电柜支架3底部与地面的接触面设有尼龙板9作为过渡层；
所述AGV 1使用基于麦克纳姆轮的全向移动平台，并在基于麦克纳姆轮的全向移动平台上，设有基于蜗轮蜗杆结构的四轴同步升降机；所述四轴同步升降机包括锥齿轮换向器11、蜗轮蜗杆机构12、限位开关挡板13、上限位限位开关14、下限位限位开关15、限位开关安装立板16、万向节18、二级减速机19、安装支架20、一级减速机21和直流电机22；所述直流电机22输出轴直接连接一级减速机21，一级减速机21通过两根直连轴连接两个二级减速机19，每个二级减速机19再通过万向节18连接到两个锥齿轮换向器11，每个换向器11连接蜗轮蜗杆机构12；一级减速机21与二级减速机19通过安装支架20固定在麦克纳姆轮的全向移动平台的底板17上，并通过垫片调整使一级减速机21与二级减速机19的输出轴处于同一平面；锥齿轮换向器11安装法兰与基于麦克纳姆轮的全向移动平台的车架10通过螺钉连接，蜗轮蜗杆机构12套入铜套24后穿入车架10的安装孔内，车架10与底板17通过螺钉连接，取四轴同步升降机一轴，在蜗轮蜗杆机构12底部末端安装所述限位开关挡板13，当四轴同步升降机处于上升到位状态时，限位开关挡板13触发上限位限位开关14，上限位限位开关14动作后切断上升控制信号，使四轴同步升降机停止上升；上限位限位开关14和下限位限位开关15安装在所述限位开关安装立板16上，限位开关安装立板16固定在底板17上。
优选地，所述AGV 1在车体顶部蒙皮中心位置安装有非接触式电磁感应开关28，用于使得AGV 1驶入配电柜支架3底部后，可识别配电柜支架3中心位置。
优选地，所述AGV 1上设有控制面板，控制面板上安装具备WIFI通讯功能的平板电脑29，平板电脑29用于接收上位机调度指令及路径信息，并在经过处理后控制AGV 1行驶。
优选地，AGV 1车体两侧各装有一个非金属导向条27，用于避免车体与配电柜支架3发生剐蹭。
优选地，AGV 1车体装有一个非金属防撞触边26和激光扫描仪30，非金属防撞触边26安装在激光扫描仪30的底部，用于探测人脚部以下高度的障碍物。
优选地，所述防撞触边26为橡胶材质，内置金属导电片，当与障碍物发生接触时，导电片会闭合给出开关信号，使AGV 1停止行驶；激光扫描仪30是非接触式探测装置，设置有两个区域，减速区和停止区，当减速区内有障碍物时，AGV 1以0.1m/s速度行驶，当停止区内有障碍物时，AGV 1停止，当障碍物移除后，AGV 1以正常速度行驶；
所述AGV 1底部安装有一个驱动电机31、4只磁传感器32和1只RFID传感器33，磁传感器32布置在AGV 1底部四周；RFID传感器置33于AGV 1底部中心处，RFID传感器33和磁传感器32通过RS232总线与平板电脑29进行通讯；驱动电机31用于在AGV需要原地旋转时，通过产生码盘增量信号以供平板电脑29识别来实现对AGV 1转向角度的控制。
优选地，所述配电柜支架3通过可调整螺栓4与配电柜2连接。
优选地，所述顶升支撑面7上粘接有厚度不小于5mm的橡胶板。
(三)有益效果
本发明采用配电柜支架对配电柜进行支撑固定；AGV调度指令后驶入支架底部，通过电磁感应装置实现精准对接，再将支架及配电柜顶起运送到指定位置；AGV到达指定位置后，将支架放下，驶离支架，进行下一次作业。该装置采用AGV代替地牛实现自动转运，降低了工人作业强度；使用配电柜支撑装置可安全固定配电柜，提升了转运过程安全性；使用AGV易于实现标准化作业，可以有效提升配电柜转运效率。
附图说明
图1为本发明实施例的配电柜智能转运装置整体图，a为正视图，b为侧视图；
图2为本发明实施例中配电柜支架示意图，a为斜45度视图，b为底视图；
图3为本发明实施例中四轴同步升降机示意图；
图4为本发明实施例中升降柱示意图；
图5为本发明实施例中AGV45度上视图；
图6为本发明实施例中AGV底视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种配电柜智能搬运装置，包括AGV 1、配电柜2和配电柜支架3；使用AGV 1与配电柜支架3结合使用的方式转运配电柜2。
如图2所示，所述配电柜支架3通过可调整螺栓4与配电柜2连接并固定，确保配电柜在运输途中不回发生倾覆危险；配电柜支架3底部中心位置设有一方形定位块8，用于与AGV 1对接时作为参照；配电柜支架3底部四周位置设有顶升支撑面7，作为AGV 1顶升受力面，为了保证足够的摩擦力，所述顶升支撑面7上粘接有厚度不小于5mm的橡胶板；为了不使支架在检修过程中造成积水，所述配电柜支架3上表面为带有预设角度的排水斜面5；为了不使支架划伤地面，所述配电柜支架3底部与地面的接触面设有尼龙板9作为过渡层；其中6为支架立柱。
所述AGV 1使用基于麦克纳姆轮的全向移动平台，并在基于麦克纳姆轮的全向移动平台上，设有基于蜗轮蜗杆结构的四轴同步升降机；如图3、图4所示，所述四轴同步升降机包括锥齿轮换向器11、蜗轮蜗杆机构12、限位开关挡板13、上限位限位开关14、下限位限位开关15、限位开关安装立板16、万向节18、二级减速机19、安装支架20、一级减速机21和直流电机22；所述直流电机22用于驱动整个四轴同步升降机，直流电机22输出轴直接连接一级减速机21，一级减速机21通过两根直连轴连接两个二级减速机19，每个二级减速机19再通过万向节18连接到两个锥齿轮换向器11，每个换向器11连接蜗轮蜗杆机构12；一级减速机21与二级减速机19通过安装支架20固定在麦克纳姆轮的全向移动平台的底板17上，并通过垫片调整使一级减速机21与二级减速机19的输出轴处于同一平面；锥齿轮换向器11安装法兰与基于麦克纳姆轮的全向移动平台的车架10通过螺钉连接，蜗轮蜗杆机构12套入铜套24后穿入车架10的安装孔内，车架10与底板17通过螺钉连接，取四轴同步升降机一轴，在蜗轮蜗杆机构12底部末端安装所述限位开关挡板13，当四轴同步升降机处于上升到位状态时，限位开关挡板13触发上限位限位开关14，上限位限位开关14动作后切断上升控制信号，使四轴同步升降机停止上升，下限位限位开关15工作原理类似；上限位限位开关14和下限位限位开关15安装在所述限位开关安装立板16上，限位开关安装立板16固定在底板17上。在四轴同步升降机工作端面加工了螺纹孔23(即图4中升降柱25的端面螺纹孔)，在AGV 1做转运时，可以将吊环直接装在四轴同步升降机工作端面螺纹孔23上，使车体结构更为紧凑。
如图5所示，所述AGV 1在车体顶部蒙皮中心位置安装有非接触式电磁感应开关28，用于使得AGV 1驶入配电柜支架3底部后，可识别配电柜支架3中心位置，从而确保只有当AGV精准定位后方可进行升降作业，保证工作的安全性和可靠性。所述AGV 1上设有控制面板，控制面板上安装具备WIFI通讯功能的平板电脑29，平板电脑29用于接收上位机调度指令及路径信息，并在经过处理后控制AGV 1行驶。AGV 1车体两侧各装有一个非金属导向条27，以方便AGV进出支架，用于避免车体与配电柜支架3发生剐蹭。AGV 1车体装有一个非金属防撞触边26和激光扫描仪30，非金属防撞触边26安装在激光扫描仪30的底部，用于探测人脚部以下高度的障碍物，以弥补激光扫描仪低高度方向的盲区。所述防撞触边26为橡胶材质，内置金属导电片，当与障碍物发生接触时，导电片会闭合给出开关信号，使AGV 1停止行驶；激光扫描仪30是非接触式探测装置，设置有两个区域，减速区和停止区，当减速区内有障碍物时，AGV 1以0.1m/s速度行驶，当停止区内有障碍物时，AGV 1停止，当障碍物移除后，AGV 1以正常速度行驶；
如图6所示，所述AGV 1底部安装有一个驱动电机31、4只磁传感器32和1只RFID传感器33，磁传感器32布置在AGV 1底部四周；RFID传感器置33于AGV 1底部中心处，RFID传感器33和磁传感器32通过RS232总线与平板电脑29进行通讯；驱动电机31用于在AGV需要原地旋转时，通过产生码盘增量信号以供平板电脑29识别来实现对AGV 1转向角度的控制。为了提高定位精度，通过导航软件设计，AGV在行驶路径上设置了减速识别标记，当AGV识别了减速标记后可以立即减速，以保证最终的定位精度要求。
该装置具体工作过程如下:
上位机按照通讯协议内容将作业任务信息及路径信息通过WIFI网络发送给AGV的平板电脑，平板电脑接收到信息后判断信息的有效性，如任务信息无效，则不执行指令；如任务信息有效，则解析指令并分析路径点，对各路径点进行标记，包括转向点、减速点、停止点等等，随后平板电脑根据路径解析的结果生成当前需要进行的任务指令，并将该指令包通过RS485总线传递给底层PLC控制器，PLC控制器再将该指令进行解析，生成对驱动电机的控制信息，并通过CAN总线发送给驱动电机，驱动电机执行该指令，驱动AGV按照指定路线及指定速度行驶；驱动电机在工作过程中会实时将码盘增量信号反馈给PLC，PLC再将该信号会同其他信号如障碍物信息等打包发送给平板电脑。
RFID标签事先写入了具体的位置信息，当RFID传感器检测到标签时，会读取其内部信息，并将该信息传送给平板电脑，平板电脑会将该点信息与路径分析信息进行比对，以确认该点的性质，以便进行相应的处理。
磁传感器上有16个检测点，当磁传感器正常检测磁条时，应有3到5个检测点触发信号，磁传感器实时将检测点信息反馈给平板电脑，平板电脑可以根据检测点的位置判断当前车身位置相对与磁条的偏移，并由此进行相应的纠偏处理。
当AGV需要驶入支架底部顶起支架时，首先会通过激光扫描仪检测支架的摆放姿态，如果由于人为等因素导致支架位姿偏离，则AGV不会强行驶入支架底部，而是会停在当前位置，直到以手工方式调整好支架位姿后AGV方可驶入支架底部。AGV驶入支架底部后，首先会寻找RFID标签(每个支架底部只有一个RFID标签作为停止点标记)，检测到RFID标签后，AGV停止行驶；若AGV顶部接近开关检测到了支架定位块，方可顶起支架，否则AGV将处于待命状态，直至支架摆放到正确位置后方可进行顶升作业。
本发明提供一种配电柜智能转运装置，通过上位机的调度，可以自动进行配电柜在各个工位间的转运，人的作用仅仅是在配电柜进出车间时，将配电柜进行装卸，从而极大减轻了作业强度，提高了生产效率。该装置本身不局限于运送配电柜，也可以推广至运送类似物品领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电柜智能搬运装置，其特征在于，包括AGV(1)、配电柜(2)和配电柜支架(3)；
所述配电柜支架(3)与配电柜(2)连接并固定；配电柜支架(3)底部中心位置设有定位块(8)，用于与AGV(1)对接时作为参照；配电柜支架(3)底部四周位置设有顶升支撑面(7)，作为AGV(1)顶升受力面，所述顶升支撑面(7)上粘接有橡胶板；所述配电柜支架(3)上表面为带有预设角度的排水斜面(5)；所述配电柜支架(3)底部与地面的接触面设有尼龙板(9)作为过渡层；
所述AGV(1)使用基于麦克纳姆轮的全向移动平台，并在基于麦克纳姆轮的全向移动平台上，设有基于蜗轮蜗杆结构的四轴同步升降机；所述四轴同步升降机包括锥齿轮换向器(11)、蜗轮蜗杆机构(12)、限位开关挡板(13)、上限位限位开关(14)、下限位限位开关(15)、限位开关安装立板(16)、万向节(18)、二级减速机(19)、安装支架(20)、一级减速机(21)和直流电机(22)；所述直流电机(22)输出轴直接连接一级减速机(21)，一级减速机(21)通过两根直连轴连接两个二级减速机(19)，每个二级减速机(19)再通过万向节(18)连接到两个锥齿轮换向器(11)，每个换向器(11)连接蜗轮蜗杆机构(12)；一级减速机(21)与二级减速机(19)通过安装支架(20)固定在麦克纳姆轮的全向移动平台的底板(17)上，并通过垫片调整使一级减速机(21)与二级减速机(19)的输出轴处于同一平面；锥齿轮换向器(11)安装法兰与基于麦克纳姆轮的全向移动平台的车架(10)通过螺钉连接，蜗轮蜗杆机构(12)套入铜套(24)后穿入车架(10)的安装孔内，车架(10)与底板(17)通过螺钉连接，取四轴同步升降机一轴，在蜗轮蜗杆机构(12)底部末端安装所述限位开关挡板(13)，当四轴同步升降机处于上升到位状态时，限位开关挡板(13)触发上限位限位开关(14)，上限位限位开关(14)动作后切断上升控制信号，使四轴同步升降机停止上升；上限位限位开关(14)和下限位限位开关(15)安装在所述限位开关安装立板(16)上，限位开关安装立板(16)固定在底板(17)上。
2.如权利要求1所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，所述AGV(1)在车体顶部蒙皮中心位置安装有非接触式电磁感应开关(28)，用于使得AGV(1)驶入配电柜支架(3)底部后，可识别配电柜支架(3)中心位置。
3.如权利要求1所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，所述AGV(1)上设有控制面板，控制面板上安装具备WIFI通讯功能的平板电脑(29)，平板电脑(29)用于接收上位机调度指令及路径信息，并在经过处理后控制AGV(1)行驶。
4.如权利要求1所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，AGV(1)车体两侧各装有一个非金属导向条(27)，用于避免车体与配电柜支架(3)发生剐蹭。
5.如权利要求3所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，AGV(1)车体装有一个非金属防撞触边(26)和激光扫描仪(30)，非金属防撞触边(26)安装在激光扫描仪(30)的底部，用于探测人脚部以下高度的障碍物。
6.如权利要求5所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，所述防撞触边(26)为橡胶材质，内置金属导电片，当与障碍物发生接触时，导电片会闭合给出开关信号，使AGV(1)停止行驶；激光扫描仪(30)是非接触式探测装置，设置有两个区域，减速区和停止区，当减速区内有障碍物时，AGV(1)以0.1m/s速度行驶，当停止区内有障碍物时，AGV(1)停止，当障碍物移除后，AGV(1)以正常速度行驶；
所述AGV(1)底部安装有一个驱动电机(31)、4只磁传感器(32)和1只RFID传感器(33)，磁传感器(32)布置在AGV(1)底部四周；RFID传感器(33)置于AGV(1)底部中心处，RFID传感器(33)和磁传感器(32)通过RS232总线与平板电脑(29)进行通讯；驱动电机(31)用于在AGV需要原地旋转时，通过产生码盘增量信号以供平板电脑(29)识别来实现对AGV(1)转向角度的控制。
7.如权利要求1所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，所述配电柜支架(3)通过可调整螺栓(4)与配电柜(2)连接。
8.如权利要求1至7中任一项所述的配电柜智能搬运装置，其特征在于，所述顶升支撑面(7)上粘接有厚度不小于5mm的橡胶板。
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