CN108773264A - 一种重力势能驱动小车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力势能驱动小车，包括车架、动力机构、传动机构和转向机构；其中动力机构采用重物势能，借助传动机构转化成动能，驱动小车前进；传动机构设置有三套传动方案，根据路况自由切换，保证最大行程的行走可靠，再由转向机构控制行走方向和避障动作。本发明构思独特、转向精度高、反应速度快、多级调速的特点。

Description

一种重力势能驱动小车

技术领域：

本发明涉及一种重力势能驱动小车，尤其可广泛运用于具有固定路线但可能出现较复杂地形工业生产中。

背景技术：

21世纪制造业将进入一个新阶段，敏捷制造将成为企业的主导模式。能否抓住市场机遇开发出新产品将是企业赢得竞争的主要手段。要减小生产成本对生产批量的依赖，就要发展敏捷制造装备。繁重制造装各的可编程、可重组和快速响应能力使得在进行小批量生产时，可实现接近中、大批量生产的效率。由于机器人具有自主规划、可编程、可协调作业和基于传感器控制等特点，它将成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨越发展提供重要的技术支持。自动导向小车((Automated Guided Vehicle简称AGV)是移动机器人的一种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。

在以往的生产线上，导向式AGV是人们经常采用的方式，有导轨式、磁导引式等方法。这些方法都需要预先规划好AGV的运行路线，而且生产车间的装置不能随意移动。随着生产车间智能化的提高，导向式AGV明显降低了AGV的柔性。因此，非导向式AGV将成为敏捷制造物流系统中的主要选择。在非导向式AGV系统中，AGV的运行路径不需要由附加设备决定，而且当车间的布局变化后，只要及时改变规划系统的软件参数即可满足路径规划要求。

为此，利用试验性小车，运行在各种模拟地形，通过训练来优化设计方案，是经济和常规的手段。如何提供合适的试验小车，即成为本发明研究的对象。

发明内容：

本发明的目的是设计一种通过传感器识别障碍的非导向式AGV重力势能驱动小车。

本发明技术方案是这样实现的：一种重力势能驱动小车，包括车架、动力机构、传动机构和转向机构；其特征在于：

车架，包括底盘、顶盖和驱动轮，两驱动轮分立在车架两侧，由输出轴带动，该输出轴

通过轴承定位在车架上；车架上还轴定位有一传动轴，该传动轴与输出轴平行；动力机构，包括支架、滑轮、重物、细绳和绕线轮；支架锁固在所述顶盖上，滑轮设置

在支架顶部；所述细绳绕过滑轮，一端系固有重物、另一端缠绕在绕线轮上，而绕线轮锁固在传动轴上；

传动机构，包括第一传动副、第二传动副和第三传动副；所述第一传动副、第二传动副和第三传动副，分别构成传动轴与输出轴的传动连接；

所述第一传动副，包括第一主动齿轮、第一从动齿轮和第一离合器；第一主动齿轮锁固在传动轴上、与之啮合的第一从动齿轮经第一离合器与输出轴连接；

所述第二传动副，包括第二主动齿轮、第二从动齿轮和第二离合器；第二主动齿轮锁固在传动轴上、与之啮合的第二从动齿轮经第二离合器与输出轴连接；

所述第三传动副，包括第三主动齿轮、过度齿轮、第三从动齿轮和第三离合器；第三主动齿轮锁固在输出轴上、第三从动齿轮经第三离合器与传动轴连接；第三主动齿轮、过度齿轮、第三从动齿轮依次形成啮合；

转向机构，包括步进电机、转向架和转向轮；步进电机锁固在车架一端中轴线上，转向轮轴定位在转向架上，该转向架直接由电机输出轴驱动摆动转向。

所述还包括避障机构和一主控板，该避障机构包括设置在车架一端的三个传感器，一个传感器居中设置，另两个分立在左右对称位置；所述主控板搭载有IMU6065模块，并与三个传感器电连接，判断小车上下坡、加速度及前进方向障碍，输出给步进电机和三个离合器，控制步进电机转向，以及离合器的切换；所述离合器为电磁离合器。

本发明构思独特、转向精度高、反应速度快、多级调速的特点；通过传感器来检测障碍，由主控板做出反应，控制步进电机实现转向绕过障碍；而利用板载的IMU6065，适时判断小车姿态，输出控制三个离合器的切换，解决了以往的自动导向小车只能在规定的运行路线上运动，柔性不足的问题，其应用更为广泛，为未来工业运输提供更方便的方案模型。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1为重力势能驱动小车正向示意图

图2为重力势能驱动小车背部示意图

图3为重力势能驱动小车分解示意图

其中

1—车架 11—底盘 12—顶盖 13—驱动轮

14—输出轴 15—传动轴 16—轴承 17—联轴器

2—动力机构 21—支架 22—滑轮 23—重物

24—细绳 25—绕线轮 3—传动机构 31—第一齿轮副

311—第一主动齿轮 312—第一从动齿轮 313—第一离合器 32—第二齿轮副

321—第二主动齿轮 322—第二从动齿轮 323—第二离合器 33—第三齿轮副

331—第三主动齿轮 332—第三从动齿轮 333—第三离合器 334—过度齿轮

4—转向机构 41—步进电机 42—转向架 43—转向轮

5—避障机构 51—传感器

具体实施方式：

参照图1、图2和图3，重力势能驱动小车，包括车架1、动力机构2、传动机构3、转向机构4、避障机构5和主控板。其中：

车架1，包括底盘11、顶盖12和驱动轮13，两驱动轮13分立在车架1两侧，由输出轴14带动，该输出轴14通过轴承16定位在车架1上；车架1上还通过轴承16定位有一传动轴15，该传动轴15与输出轴14平行。进一步，输出轴14两端经联轴器17后接驱动轮13。

动力机构2，包括支架21、滑轮22、重物23、细绳24和绕线轮25；支架21锁固在车架的顶盖12上，滑轮22设置在支架21顶部；细绳24绕过滑轮22，一端系固有重物23、另一端缠绕在绕线轮25上，而绕线轮25锁固在传动轴15上，以获得无碳动力。而实际应用时，可将绕线轮25由电池供电的电机驱动，即可实现更长行程的运载需求。

传动机构3，包括第一传动副31、第二传动副32和第三传动副33；所述第一传动副31、第二传动副32和第三传动副33，分别构成传动轴15与输出轴14的传动连接；更具体地说：

第一传动副31，包括第一主动齿轮311、第一从动齿轮312和第一离合器313；第一主动齿轮311锁固在传动轴15上、与之啮合的第一从动齿轮312经第一离合器313与输出轴14连接；如，第一主动齿轮311采用76齿、第一从动齿轮312采用29齿，可运行于平路上，能获得均匀的驱动力。

第二传动副32，包括第二主动齿轮321、第二从动齿轮322和第二离合器323；第二主动齿轮321锁固在传动轴15上、与之啮合的第二从动齿轮322经第二离合器323与输出轴14连接；如，第二主动齿轮321采用85齿、第二从动齿轮322采用20齿，可使驱动轮13获得更大扭力，行走在上坡路面上。

第三传动副33，包括第三主动齿轮331、过度齿轮334、第三从动齿轮332和第三离合器333；第三主动齿轮331锁固在输出轴14上、第三从动齿轮332经第三离合器333与传动轴15连接；第三主动齿轮331、过度齿轮334、第三从动齿轮332依次形成啮合；第三传动副33的设计，目的是用来回收能量，也即下坡时，通过第三离合器333切换，将动能再转化成重物23的势能。如，第三主动齿轮331采用19齿、第三从动齿轮332采用36齿，在正向运动过程，通过过度齿轮334由第三主动齿轮331带动绕线轮25反转，提升重物，达到回收能量的目的。

转向机构4，包括步进电机41、转向架42和转向轮43；步进电机41锁固在车架1一端中轴线上，与两驱动轮13形成三点支撑；转向轮43轴定位在转向架42上，该转向架42直接由电机输出轴驱动摆动转向，以调节行进方向和绕过障碍物。这里所述的是电机输出轴，可以直接为步进电机轴，或者带变速器步进电机，变速后的输出轴。

以上是重力势能驱动小车的基本机械结构，辅助以避障机构5和主控板，即可实现自动判断路况和切换功能。

避障机构5，包括设置在车架1一端的三个传感器51，一个传感器51居中设置，另两个分立在左右对称位置，可判断行进前方的障碍物和路面情况。本实例中，传感器51和转向机构4设置在车架1的同一端。

所述主控板安装在底盘11上，搭载有IMU6065模块，并分别与三个传感器51电连接，判断前进方向障碍，输出给步进电机41，控制转向绕过障碍；而板载的IMU6065模块，也即惯性测量单元或称姿态传感器，带有的电子陀螺仪和加速度传感器，可判断小车的姿态，也即行走于平路、上坡或下坡路面，以及加速度情况，综合判断后输出控制三个离合器的切换，前述离合器为电磁离合器。

Claims (2)

1.一种重力势能驱动小车，包括车架、动力机构、传动机构和转向机构；其特征在于：

车架，包括底盘、顶盖和驱动轮，两驱动轮分立在车架两侧，由输出轴带动，该输出轴通过轴承定位在车架上；车架上还轴定位有一传动轴，该传动轴与输出轴平行；

动力机构，包括支架、滑轮、重物、细绳和绕线轮；支架锁固在所述顶盖上，滑轮设置在支架顶部；所述细绳绕过滑轮，一端系固有重物、另一端缠绕在绕线轮上，而绕线轮锁固在传动轴上；

传动机构，包括第一传动副、第二传动副和第三传动副；所述第一传动副、第二传动副和第三传动副，分别构成传动轴与输出轴的传动连接；

所述第一传动副，包括第一主动齿轮、第一从动齿轮和第一离合器；第一主动齿轮锁固在传动轴上、与之啮合的第一从动齿轮经第一离合器与输出轴连接；

所述第二传动副，包括第二主动齿轮、第二从动齿轮和第二离合器；第二主动齿轮锁固在传动轴上、与之啮合的第二从动齿轮经第二离合器与输出轴连接；

所述第三传动副，包括第三主动齿轮、过度齿轮、第三从动齿轮和第三离合器；第三主动齿轮锁固在输出轴上、第三从动齿轮经第三离合器与传动轴连接；第三主动齿轮、过度齿轮、第三从动齿轮依次形成啮合；

转向机构，包括步进电机、转向架和转向轮；步进电机锁固在车架一端中轴线上，转向轮轴定位在转向架上，该转向架直接由电机输出轴驱动摆动转向。

2.根据权利要求1所述的一种重力势能驱动小车，其特征在于：还包括避障机构和一主控板，该避障机构包括设置在车架一端的三个传感器，一个传感器居中设置，另两个分立在左右对称位置；所述主控板搭载有IMU6065模块，并与三个传感器电连接，判断小车上下坡、加速度及前进方向障碍，输出给步进电机和三个离合器，控制步进电机转向，以及离合器的切换；所述离合器为电磁离合器。