CN108773264B

CN108773264B - 一种重力势能驱动小车

Info

Publication number: CN108773264B
Application number: CN201810637984.2A
Authority: CN
Inventors: 周景亮; 肖明伟; 林志熙; 廖厦特
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2038-06-20
Also published as: CN108773264A

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、过渡齿轮、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、过渡齿轮、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—过渡齿轮;

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、过渡齿轮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、过渡齿轮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，通过过渡齿轮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

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：

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；

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；

还包括一主控板，该主控板搭载有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。