CN107856695A - 一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，两套结构相同的转向单元分别与车架的前后部分连接；所述转向单元包括内、外两个车轮支架，内、外两个车轮支架的顶部分别与车架的内、外侧端部连接，两个车轮分别设于两个车轮支架底部；可调连杆组件一端与外侧的车轮支架伸出部分铰接，可调连杆组件另一端与摇杆组件上的位置可调节的滑块铰接；定长连杆的两端分别与摇杆组件和内侧的车轮支架铰接；内侧的车轮支架上的车轮两侧设有用于从两侧夹抱内导轨的导轮；摇杆组件与驱动单元连接。本发明结构简单，通过对摇杆组件和可调连杆组件长度的无级调节，使小车能够满足不同轨道半径的行驶要求，并有主动转向功能，且容易安装和调整。
Description
技术领域
本发明涉及仓库搬运设备技术领域，特别是涉及一种通过装置的调节，能适应不同转弯半径，实现车轮在轨道上纯滚动运动并能主动转向的有轨小车装置。
背景技术
小车进入弯道后，正常情况下，内、外车轮需要不同的偏转角度。如图1所示，在小车的四个车轮都完全进入弯道以后，要保证每个车轮都分别沿着各自所在的圆弧切线方向运动，内、外车轮不同的偏转角θ1、θ2需要满足以下关系式：
其中，θ1、θ3分别表示两个外车轮的偏转角，θ2、θ4分别表示两个内车轮的偏转角，θ1＝θ3、θ2＝θ4。e表示同轴两车轮之间的距离，l表示前后两轴的距离。r1是内车轮中心至转弯中心O的距离，r2是外车轮中心至转弯中心O的距离，由于r1与r2不相等，故内、外车轮的偏转角θ1、θ2也不相同。
仓库现有的有轨自动化搬运小车在转弯时，大多是通过安装在车轮两侧的导轮来夹抱和挤压导轨，实现小车的被动转向功能。在转弯时，内导轨和外导轨上的车轮需要同时转向，为了减少摩擦和零件数目，一般只在小车的同一侧车轮(即在内导轨或者外导轨上行驶的车轮)安装上导轮。为了保证小车在直线行驶时，前两个车轮和后两个车轮都分别同向，一般在两对车轮支架上加上一根连杆，使每对车轮转向中心、车轮支架和连杆形成平行四边形形状，实现小车直线行驶时车轮的同向性。
由此带来的问题是：小车在转弯时，原本内、外车轮不应该转过相同的角度，此时被迫转一样的角度，使其中的一个车轮转动方向(车轮径向方向)与其实际行进的方向(车轮所在导轨圆弧点上的切线方向)不一致，造成车轮与导轨产生相对滑动，既降低了车速、产生噪音，同时也使车轮和导轨的使用寿命大大降低，严重影响了仓库货物的搬运，降低了物料的转运速率，同时也不利于设备的保养和维护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能适应不同转弯半径并有主动转向功能的有轨小车装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：包括车架，两套结构相同的转向单元分别与车架的前后部分连接；
所述转向单元包括内、外两个车轮支架，内、外两个车轮支架的顶部分别与车架的内、外侧端部连接，两个车轮分别设于两个车轮支架底部；可调连杆组件一端与外侧的车轮支架伸出部分铰接，可调连杆组件另一端与摇杆组件上的位置可调节的滑块铰接；定长连杆的两端分别与摇杆组件和内侧的车轮支架铰接；内侧的车轮支架上的车轮两侧设有用于从两侧夹抱内导轨的导轮；摇杆组件与驱动单元连接。
优选地，每个所述车轮支架能够绕着各自的旋转中心进行转动。
优选地，所述可调连杆组件包括主杆、长螺纹杆和两个第一螺母，主杆与长螺纹杆通过第一螺母连接；通过第一螺母的调节和固定，实现可调连杆组件长度的无级调节。
更优选地，所述摇杆组件包括摇杆、短螺纹杆、滑块和两个第二螺母，摇杆为L型，L型的一个面上设有滑槽，L型的另一个面上设有螺纹孔，滑块设于所述滑槽内，短螺纹杆末端穿过所述螺纹孔并与滑块连接；当滑块在所述滑槽内调整至设定位置后，通过第二螺母将短螺纹杆与所述螺纹孔两端固定。
进一步地，所述可调连杆组件上主杆一端与外侧的车轮支架伸出部分铰接，长螺纹杆与所述摇杆组件上的滑块铰接，形成转动副；所述驱动单元与摇杆设有滑槽的一面的远离短螺纹杆的一端固定连接，摇杆设有滑槽的一面的另外一端与所述定长连杆一端铰接；所述定长连杆另一端与转向单元中内侧的车轮支架伸出部分铰接。
优选地，所述驱动单元包括大齿轮，大齿轮与摇杆设有滑槽的一面的远离短螺纹杆的一端固定装配；小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮与电机连接，电机设于所述车架上。
更优选地，所述大齿轮与所述车架上相对应的轴形成装配关系，所述大齿轮能够绕该轴作单自由度的旋转运动。
优选地，所述导轮通过导轮支架固定在内侧的车轮支架上；每套转向单元共有四个导轮，四个导轮两两分列在内侧的车轮支架上的车轮两侧并向下延伸，导轮位置低于车轮的底部。
优选地，通过驱动单元带动摇杆组件摆动，则与摇杆组件有装配关系的定长连杆、可调连杆组件也随之摆动；由于定长连杆、可调连杆组件分别与内、外车轮支架连接，从而带动内、外车轮支架摆动，实现内、外车轮支架上的车轮的主动转向。
优选地，所述转向单元中，定长连杆两端铰接处距离摇杆组件和内侧的车轮支架各自的旋转中心等距，可调连杆组件一端与外侧的车轮支架旋转中心的距离大于可调连杆组件另一端与摇杆组件的旋转中心之间的距离。
优选地，每一套转向单元中，定长连杆与车架、车轮支架和摇杆组件之间的相互连接形成平行四边形几何形状。车轮支架与摇杆组件摆动的角度相一致。
优选地，每一套转向单元中，通过可调连杆组件与摇杆组件的装配，实现二者有效装配长度的调节；所述可调连杆组件与车架、车轮支架和摇杆组件形成一般四边形几何形状，使车轮支架与摇杆组件摆动的角度不相同。
为使小车在直线行驶时车轮对保持平行，且进入弯道后满足内、外车轮不同的偏转角度的需求，本发明采用了摇杆与连杆的柔性相连设计，实现了内、外车轮经过弯道时不同的偏转角度的目的。小车的转向部分的结构简单可靠，容易安装和调整，通过对摇杆组件和可调连杆组件长度的无级调节，使小车能够满足不同轨道半径的行驶要求。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：利用转向单元中摇杆组件与可调连杆组件的灵活连接，并通过电机驱动的方式实现内、外车轮在转弯时需要不同的偏转角的主动转向功能；经过弯道时，使四个车轮能够沿着各自所在圆弧的切线方向作纯滚动运动。装置能够实现车轮与导轨之间的摩擦大大降低，工作时噪音小；主动转向功能能够减少导轮与导轨之间的挤压作用，提高车轮和导轨的寿命；装置能够保证小车以较高的速度通过弯道，提高物料的转运速率。装置结构简单可靠，容易安装和调整。
附图说明
图1为小车正常转弯时，内、外车轮不同偏转角示意图；
图2为本实施例提供的适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置主视图；
图3为本实施例提供的适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置仰视图；
图4为转向单元(对应图3中椭圆虚线框图部分)俯视图；
图5为可调连杆组件(对应图4中序号6所指的椭圆虚线框)示意图；
图6为摇杆组件(对应图4中序号7所指的椭圆虚线框)示意图；
图7是车架、摇杆、可调节连杆和车轮支架之间构成的四连杆几何关系简图，对应图4中的四边形ABCD。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
图2和图3分别为本实施例提供的适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置主视图和仰视图，所述的适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置包括一个车架1和两套转向单元。两套转向单元分别与车架1的前后部分连接，并呈前后对称分布。
结合图4，转向单元由小齿轮11、大齿轮10、两个车轮3、两个车轮支架2、可调连杆组件6、摇杆组件7、定长连杆8、导轮支架9和导轮4等组成。
结合图5，可调连杆组件6由主杆6-1、长螺纹杆6-2和两个第一螺母6-3组成。主杆6-1与长螺纹杆6-2通过两个第一螺母6-3连接。通过第一螺母6-3的调节和固定，实现可调连杆组件6在一定长度范围内的调节。
结合图6，摇杆组件7由摇杆7-1、滑块7-2、短螺纹杆7-3和两个第二螺母7-4组成。摇杆7-1为L型，L型的一个面上设有滑槽，L型的另一个面上设有螺纹孔，滑块7-2设于所述滑槽内，短螺纹杆7-3末端穿过所述螺纹孔并与滑块7-2连接。通过第二螺母7-4来调整和固定短螺纹杆7-3，实现滑块7-2对摇杆7-1转动中心距离的调整。即当滑块7-2在所述滑槽内调整至适当位置后，通过两个第二螺母7-4将短螺纹杆7-3与螺纹孔两端固定。
每套转向单元的两个车轮支架2中，一个作为内侧的车轮支架(即用于在内导轨上行驶的车轮支架)，另一个作为外侧的车轮支架(即用于在外导轨上行驶的车轮支架)，内、外两个车轮支架2顶部分别与车架1一端的内、外侧端部装配，每个车轮支架2能够绕着各自的旋转中心进行转动。两个车轮3分别安装在两个车轮支架2底部。
可调连杆组件6上主杆6-1一端与外侧的车轮支架2伸出部分铰接，长螺纹杆6-2与摇杆组件7上的滑块7-2铰接。大齿轮10与摇杆7-1设有滑槽的一面的远离短螺纹杆7-3的一端固定装配，摇杆7-1设有滑槽的一面的另外一端与定长连杆8一端铰接；定长连杆8另一端与转向单元中内侧的车轮支架2伸出部分铰接。大齿轮10与小齿轮11啮合。
导轮支架9固定在内侧的车轮支架2上，导轮4安装在导轮支架9上；每一套转向单元共有四个导轮4，四个导轮4两两分列在内侧的车轮支架2上的车轮3两侧并向下延伸，导轮4位置低于车轮3的底部。四个导轮4用于从两侧夹抱内导轨，保证车轮3不会从内导轨上脱离。
两套转向单元结构相同，另一套转向单元的内、外两个车轮支架2顶部分别与车架1另一端的内、外侧端部装配。
车架1上安装有两个电机5，两个电机5分别与两套转向单元的小齿轮11连接。使用时，通过电机5驱动小齿轮11转动，带动大齿轮10转动，进而带动摇杆组件7作一定角度的摆动；则与摇杆组件7有装配关系的定长连杆8、可调连杆组件6也随之摆动，由于定长连杆8、可调连杆组件6分别与内、外两个车轮支架2连接，故分别驱动内、外两个车轮支架2摆动一定的角度，实现内、外两个车轮3的转向。
本实施例中，转向单元的内、外两个车轮支架2以及摇杆7-1的旋转中心在一条直线上。摇杆7-1的旋转中心与内、外两个车轮支架2的距离相等。
本实施例中，车轮支架2上安装有两片导轮支架9，两片导轮支架9分列在车轮3两侧，每片导轮支架9上安装有两个导轮4，呈前后分布；导轮4位置低于车轮3的底部，使其完全夹抱住内导轨，保证车轮3不会从导轨上脱离。
本实施例中，摇杆7-1与大齿轮10是固定的装配关系，大齿轮10与车架1上相对应的轴形成装配关系，大齿轮10能够绕该轴作单自由度的旋转运动。
本实施例中，转向单元中，定长连杆8两端铰接处距离组件7和车轮支架2各自的旋转中心等距，可调连杆组件6一端与车轮支架2旋转中心的距离大于可调连杆组件6另一端与摇杆组件7的旋转中心之间的距离，即图4中四边形ABCD中的BC边大于AD边，其结构简化为如图7所示的四连杆机构图。
图7中，车架、摇杆、可调节连杆和车轮支架之间构成的四边形ABCD中，可调连杆组件6(即CD边)和摇杆组件7的装配长度的计算方法如下：
其中，大写字母A、B、C、D、C1、D1表示顶点位置，小写字母a、b、c、d、e1、e2表示边长，希腊字母α1、α2、β1、β2、θ1、θ2表示角度，c和d在小车设计时已经确定。小车在直线行驶时，该四连杆机构如图7四边形ABCD，∠DAB＝∠CBA＝90°，小车在转弯时该四连杆机构如图7四边形ABC1D1，依据小车的转弯半径，求出内、外车轮在转弯时分别偏转的角度θ1、θ2。根据图7的几何关系可以得到以下公式：
其中，
将公式(3)、(4)、(5)、(6)代入到式子(7)中，可求出b的值，结合公式(8)，能求出a的值。计算出的a、b的值即是可调连杆组件6和摇杆组件7的长度。
可调连杆组件6和摇杆组件7调节后，得到相应的长度。不同的长度对应不同的转弯半径，满足小车在一定范围内适应不同转弯半径的需求。
转向单元的转向动作如下：在导轨上特定的位置贴上条形码，在小车进入弯道时，扫描条形码获得转弯信号，通过电机5驱动小齿轮11啮合大齿轮10，带动摇杆组件7做一定角度的摆动，与摇杆组件7有铰接关系的可调连杆组件6和定长连杆8在摇杆组件7的作用下，带动各自的车轮支架作特定角度的转动，从而实现内、外车轮在转弯时需要偏转不同角度的功能，同样原理适用于小车驶出弯道。
应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：包括车架(1)，两套结构相同的转向单元分别与车架(1)的前后部分连接；
所述转向单元包括内、外两个车轮支架(2)，内、外两个车轮支架(2)的顶部分别与车架(1)的内、外侧端部连接，两个车轮(3)分别设于两个车轮支架(2)底部；可调连杆组件(6)一端与外侧的车轮支架(2)伸出部分铰接，可调连杆组件(6)另一端与摇杆组件(7)上的位置可调节的滑块铰接；定长连杆(8)的两端分别与摇杆组件(7)和内侧的车轮支架(2)铰接；内侧的车轮支架(2)上的车轮(3)两侧设有用于从两侧夹抱内导轨的导轮(4)；摇杆组件(7)与驱动单元连接。
2.如权利要求1所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：每个所述车轮支架(2)能够绕着各自的旋转中心进行转动。
3.如权利要求1所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述可调连杆组件(6)包括主杆(6-1)，主杆(6-1)与长螺纹杆(6-2)通过第一螺母(6-3)连接；通过第一螺母(6-3)的调节和固定，实现可调连杆组件(6)长度的调节。
4.如权利要求3所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述摇杆组件(7)包括摇杆(7-1)，摇杆(7-1)为L型，L型的一个面上设有滑槽，L型的另一个面上设有螺纹孔，滑块(7-2)设于所述滑槽内，短螺纹杆(7-3)末端穿过所述螺纹孔并与滑块(7-2)连接；当滑块(7-2)在所述滑槽内调整至设定位置后，通过第二螺母(7-4)将短螺纹杆(7-3)与所述螺纹孔两端固定。
5.如权利要求4所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述可调连杆组件(6)上主杆(6-1)一端与外侧的车轮支架(2)伸出部分铰接，长螺纹杆(6-2)与所述摇杆组件(7)上的滑块(7-2)铰接；所述驱动单元与摇杆(7-1)设有滑槽的一面的远离短螺纹杆(7-3)的一端固定连接，摇杆(7-1)设有滑槽的一面的另外一端与所述定长连杆(8)一端铰接；所述定长连杆(8)另一端与转向单元中内侧的车轮支架(2)伸出部分铰接。
6.如权利要求5所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述驱动单元包括大齿轮(10)，大齿轮(10)与摇杆(7-1)设有滑槽的一面的远离短螺纹杆(7-3)的一端固定装配；小齿轮(11)与大齿轮(10)啮合，小齿轮(11)与电机(5)连接，电机(5)设于所述车架(1)上。
7.如权利要求6所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述大齿轮(10)与所述车架(1)上相对应的轴形成装配关系，所述大齿轮(10)能够绕该轴作单自由度的旋转运动。
8.如权利要求1所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述导轮(4)通过导轮支架(9)固定在内侧的车轮支架(2)上；每套转向单元共有四个导轮(4)，四个导轮(4)两两分列在内侧的车轮支架(2)上的车轮(3)两侧并向下延伸，导轮(4)位置低于车轮(3)的底部。
9.如权利要求1所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：通过驱动单元带动摇杆组件(7)摆动，则与摇杆组件(7)有装配关系的定长连杆(8)、可调连杆组件(6)也随之摆动；由于定长连杆(8)、可调连杆组件(6)分别与内、外车轮支架(2)连接，从而带动内、外车轮支架(2)摆动，实现内、外车轮支架(2)上的车轮(3)的主动转向。
10.如权利要求1所述的一种适应不同轨道半径的环形穿梭车主动转向装置，其特征在于：所述转向单元中，定长连杆(8)两端铰接处距离摇杆组件(7)和内侧的车轮支架(2)各自的旋转中心等距，可调连杆组件(6)一端与外侧的车轮支架(2)旋转中心的距离大于可调连杆组件(6)另一端与摇杆组件(7)的旋转中心之间的距离。
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