CN109398476B - 一种agv四轮独立转向与差速结合的控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构，采用四轮独立转向与差速结合方式，通过这两种装置的相互配合，能同时控制四个车轮转动角度与两侧车轮的转速，完成360度的原地旋转任意半径调头动作、斜向移动，AGV可实现原地360度旋转，各角度平移以及任意半径转向，相比较前轮转向与差速转向，本发明可以完成360度的原地旋转任意半径调头动作、斜向移动。相比较使用特殊轮胎(麦克纳姆轮与万向轮)转向的AGV,四轮独立转向与差速结合的控制机构可采用普通轮胎，通过控制四轮转动方向和两侧轮胎差速量来稳定控制移动平台的转向模式，可以最大限度减少轮胎的磨损。并且可使AGV在保持灵活的状态下能适应复杂地面。

Description

一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构

技术领域

本发明属于智能控制领域，涉及AGV转向控制技术，尤其是一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构。

背景技术

AGV属于轮式移动机器人的范畴，是(Automated Guided Vehicle)的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，在行驶的过程中要不断地自主改变方向。但现在的AGV多采用前轮转向与差速转向或者是采用特殊轮胎转向，采用前轮转向与差速转向难以实现AGV灵活地控制运载底盘转向，即使采用特殊轮胎(麦克纳姆轮与万向轮)转向的AGV局限性较强，也只能在平整高摩擦力的地面上工作，并且轮胎使用时磨损速度比较快，更换周期短，价格高，结构形式相对复杂。

通过公开专利文献的检索，发现两篇相关公开专利文献：

1、一种可全向行驶的自动导航小车(104111657B)，其特征在于：它包括车架(1)、至少两个驱动舵轮(2)、至少两个随动轮(3)和车载控制模块，驱动舵轮(2)成对角安装在车架(1)底部，随动轮(3)也成对角安装在车架(1)底部，所述车载控制模块安装在所述的导航小车上，车载控制模块的控制输出与驱动舵轮(2)连接。通过对每个驱动舵轮的独立控制，实现了对AGV运动姿态及运动速度的控制，AGV可实现全向行驶，其结构紧凑，控制方法简单可靠，控制精度高，通过选用不同承载重量的驱动舵轮及随动轮可实现从轻载到重载全方面的覆盖，模块化设计易于快速检修、更换，并且利用平移运动的特点，可实现在固定线路上的多车避让。

2、一种用于重载AGV的多连杆独立悬挂底盘(206201888U)，包括车架、车架底座、轮底座、短连杆、长连杆、导向轴安装座、导向筒、减震弹簧；其中，所述车架下侧两端部及中部分别安装一车架底座；位于端部的车架底座一侧、以及位于中部的车架底座两侧分别旋转连接有一短连杆、一长连杆的一端，每个短连杆的另一端以及长连杆上均旋转连接有轮底座；所述轮底座、车架底座、短连杆、长连杆构成平行四边形；所述驱动及转向轮、万向轮均与上述平行四边形构成独立悬挂；所述长连杆、导向轴安装座、减震弹簧、导向筒构成减震装置。本实用新型使得AGV小车行驶稳定，车轮载荷分布相对均匀，驱动及转向轮可以任意布局成对角线，使得AGV小车可以实现全向运动。

通过技术特征的对比，申请人为，对比文件1仅是采用舵机进行控制；而对比文件2则是连杆驱动，而且其独立悬挂的方式结构与本发明申请有所不同。从专利的整体保护分析，上述两篇公开专利文献与本发明申请有较大不同，不应影响本发明申请的创造性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中前轮转向与差速转向不灵活、特殊轮胎转向适应能力差的不足，提供一种设计合理、运行稳定、制作成本低并且可以灵活的控制运载底盘转向的AGV控制机构，可以实现对AGV原地360度旋转，各角度平移以及任意半径转向。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：

一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构，在底盘中间部位横向固装有两个电机，该两个电机为镜象对称设置；在底盘的前后两侧镜像对称横向固装有两个固定座，该两个固定座向两侧横向均分别镜象对称铰装有一传动轴，该传动轴通过其外端部所各自铰装的转向杯悬挂安装有各自的车轮，四个传动轴在各自固定座的里端传动安装有各自的皮带轮，每个皮带轮通过各自的皮带与所在侧的电机的输出轴传动连接；在对应每一固定座的底盘上均安装有一舵机，该四个舵机两两镜像对称设置；每一舵机均铰装一舵机臂，每一舵机臂均通过各自所铰装的拉杆铰装在各自车轮的转向杯上，每个舵机分别带动各自的舵机臂，舵机臂拉动拉杆使转向杯转一定角度以控制四个车轮的方向；在每个车轮均安装有一相同的避震系统，所述传动轴总体长度可变。

而且，所述避震系统由C字座、下摆臂与上摆臂杆、避震器构成，在固定座上部铰装一上摆臂，该上摆臂另一端铰装在C字座上；在固定座下部铰装一下摆臂，下摆臂的另一端铰装在C字座上，C字座通过下摆臂与上摆臂可以相对固定座上下位移，在下摆臂与固定座上共同连接避震器。

而且，所述传动轴两端分别通过十字轴铰装有左万向节叉及右万向节叉，左万向节叉与皮带轮同轴固装，右万向节叉与车轮连接；左万向节一体同轴制有轴筒，右万向节同轴一体制有轴杆，轴杆在轴筒内间隙连接并可同轴位移，在轴杆上固装有一滑块，在轴筒上制有一滑槽，滑块在滑槽上来回伸缩移动由此实现传动轴总体长度可变。

而且，所述四个车轮转弯时是通过舵机转动量控制两侧轮胎的差速量，有如下三种形式：

⑴四个车轮转同样角度：四个舵机控制四个车轮转同样角度，并且两电机输出量一样时，此移动平台就能沿着此方向斜向移动；

⑵同侧两个车轮呈相反的同样角度：当内侧两个舵机转相反同样角度α，前后轴矩为x，此时知道内侧转弯半径r＝x/2sin(90°-α)，外侧转弯半径R＝x+r，通过R控制外侧两个舵机的转动量，此时移动平台内外侧轮胎分别沿内切半径r，R作圆弧运动，并且通过舵机的转量控制两侧电机输出量p和q，内侧输出量p＝Πx/2sin(90°-α)，外侧输出量q＝2Πx/[2sin(90°-α)+x]；

⑶四个车轮呈现内接圆形式：四个舵机带动四个车轮呈现内接圆形式，此时控制电机输出正反输出量，即可控制移动平台的左右原地旋转。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用四轮独立转向与差速结合方式，通过这两种装置的相互配合，能同时控制四个车轮转动角度与两侧车轮的转速，完成360度的原地旋转任意半径调头动作、斜向移动，AGV可实现原地360度旋转，各角度平移以及任意半径转向，相比较前轮转向与差速转向，四轮独立转向与差速结合的控制机构可以完成360度的原地旋转任意半径调头动作、斜向移动。虽然通过采用特殊轮胎(麦克纳姆轮与万向轮)转向的AGV局限性较强，但只能在平整高摩擦力的地面上工作，并且轮胎使用时磨损速度比较快，更换周期短，价格高，结构形式相杂。相比较特殊轮胎转向的AGV,四轮独立转向与差速结合的控制机构采用普通轮胎，结构十分巧妙，且可降低成本；通过控制四轮转动方向和两侧轮胎差速量来稳定控制移动平台的转向模式，可以最大限度减少轮胎的磨损，并且可使AGV在保持灵活的状态下能适应复杂地面。

2、本发明采用四轮独立悬挂，双侧独立驱动，提高移动平台的通过性，适应性；传动轴两头各一个万向节结构，并且传动轴总体长度可变，使动力更好的传输到车轮上。

3、本发明两边各有一个电机，然后电机作为动力输出，通过皮带进行动力传输，带动一侧两个车轮同时转动，通过舵机控制舵机臂转一定角度，舵机臂拉动拉杆带动转向杯转动，从而使车轮转一定角度，转弯时是通过舵机转动量控制两侧轮胎的差速量，减少了移动平台横向摩擦，使控制更加精准。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1的A部的结构放大示意图；

图3为图1的B部的结构放大示意图；

图4为本发明传动轴的立体结构放大示意图；

图5为本发明四轮转向的示意图，其中，⑴为四个车轮转同样角度；⑵为同侧两个车轮呈相反的同样角度；⑶为四个车轮呈现内接圆形式。

具体实施方式

下面结合附图、通过具体实施例对本发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构，如图1所示，包括底盘12、电机11、皮带10、皮带轮14、舵机9、舵机臂8、固定座13、传动轴6、转向杯2及车轮1，在底盘中间部位横向固装有两个电机，该两个电机为镜象对称设置；在底盘的前后两侧镜像对称均横向固装有两个固定座，该两个固定座向两侧横向均分别镜象对称铰装有一传动轴，该传动轴通过其外端部所各自铰装的转向杯悬挂安装有各自的车轮，四个传动轴在各自固定座的里端传动安装有各自的皮带轮，每个皮带轮通过各自的皮带与所在侧的电机的输出轴传动连接。由此实现：电机带动皮带转动，从而带动皮带轮转动，皮带轮带动传动轴转动，传动轴把动力传输到车轮上。

在对应每一固定座的底盘上均安装有一舵机，该四个舵机两两镜像对称设置；每一舵机均铰装一舵机臂，每一舵机臂均通过各自所铰装的拉杆7铰装在各自车轮的转向杯上，每个舵机分别带动各自的舵机臂，舵机臂拉动拉杆使转向杯转一定角度，从而控制四个车轮的方向；由于四个车轮均为独立悬挂，由此使移动平台适应更多地形。

每个车轮均安装有一相同的避震系统，如图2、3所示，该避震系统由C字座3、下摆臂4与上摆臂5、避震器15构成，在固定座上部铰装一上摆臂，该上摆臂另一端铰装在C字座上；在固定座下部铰装一下摆臂，下摆臂的另一端铰装在C字座上，C字座通过下摆臂与上摆臂可以相对固定座上下位移，在下摆臂与固定座上共同连接避震器，由此实现下摆臂沿固定座上下摆动，并可将震动传导到避震器上，起到避震作用。

所述的传动轴的结构参见图4，传动轴设计为两端的万向节结构，两个万向节的两端分别通过十字轴21铰装有左万向节16叉及右万向节叉22，左万向节叉与皮带轮同轴固装，右万向节叉与车轮连接；左万向节一体同轴制有轴筒17，右万向节同轴一体制有轴杆20，轴杆在轴筒内间隙连接并可同轴位移，在轴杆上固装有一滑块19，在轴筒上制有一滑槽18，滑块在滑槽上来回伸缩移动，由此实现传动轴总体长度可变。传动轴的万向节结构是实现车轮角度动力传递的机件，用于需要改变力的传动轴线方向的位置，并使动力更好的传输到车轮上。

下面描述本发明申请四轮独立转向与差速结合的三种控制方式：

⑴四个车轮转同样角度：

如图5中(1)所示，当舵机控制四个车轮转同样角度，并且两电机输出量一样时，此移动平台就能沿着此方向斜向移动。

⑵同侧两个车轮呈相反的同样角度：

如图5中(2)所示，当内侧两个舵机转相反同样角度α，前后轴矩为x，此时知道内侧转弯半径r＝x/2sin(90°-α)，外侧转弯半径R＝x+r，通过R控制外侧两个舵机的转动量，此时移动平台内外侧轮胎分别沿内切半径r，R作圆弧运动，并且通过舵机的转量控制两侧电机输出量p和q，内侧输出量p＝Πx/2sin(90°-α)，外侧输出量q＝2Πx/[2sin(90°-α)+x]。这样能使横向摩擦降到最低，最大限度减少轮胎的磨损与移动平台的能耗。

⑶四个车轮呈现内接圆形式：

如图5中(3)所示，当四个舵机带动四个车轮呈现内接圆形式，此时控制电机输出正反输出量，即可控制移动平台的左右原地旋转。

Claims (1)

1.一种AGV四轮独立转向与差速结合的控制机构，其特征在于：在底盘中间部位横向固装有两个电机，该两个电机为镜象对称设置；在底盘的前后两侧镜像对称横向固装有两个固定座，该两个固定座向两侧横向均分别镜象对称铰装有一传动轴，该传动轴通过其外端部所各自铰装的转向杯悬挂安装有各自的车轮，四个传动轴在各自固定座的里端传动安装有各自的皮带轮，每个皮带轮通过各自的皮带与所在侧的电机的输出轴传动连接；在对应每一固定座的底盘上均安装有一舵机，该四个舵机两两镜像对称设置；每一舵机均铰装一舵机臂，每一舵机臂均通过各自所铰装的拉杆铰装在各自车轮的转向杯上，每个舵机分别带动各自的舵机臂，舵机臂拉动拉杆使转向杯转一定角度以控制四个车轮的方向；在每个车轮均安装有一相同的避震系统，所述传动轴总体长度可变；

所述避震系统由C字座、下摆臂与上摆臂杆、避震器构成，在固定座上部铰装一上摆臂，该上摆臂另一端铰装在C字座上；在固定座下部铰装一下摆臂，下摆臂的另一端铰装在C字座上，C字座通过下摆臂与上摆臂可以相对固定座上下位移，在下摆臂与固定座上共同连接避震器；

所述传动轴两端分别通过十字轴铰装有左万向节叉及右万向节叉，左万向节叉与皮带轮同轴固装，右万向节叉与车轮连接；左万向节一体同轴制有轴筒，右万向节同轴一体制有轴杆，轴杆在轴筒内间隙连接并可同轴位移，在轴杆上固装有一滑块，在轴筒上制有一滑槽，滑块在滑槽上来回伸缩移动由此实现传动轴总体长度可变。