CN110077491A - 一种机器人小车的精确定位对接装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，提供一种机器人小车的精确定位对接装置和方法，定位装置包括机器人小车底盘、动平台、定位导向机构和定位架；其中定位导向机构包括导向轮、导向轮支架、对中装置、导向支架连接板和导轨副；两个导向轮安装于在导向轮支架，导向轮支架通过导向支架连接板与动平台连接；对中装置连接动平台与小车底盘，帮助动平台与机器人小车底盘对中；动平台通过导轨副与机器人小车的小车底盘连接，动平台只能沿导轨副在与机器人小车正向前进方向的水平垂直方向移动；定位架安装在机器人小车要对接的定位对象上，定位架设置有两个定位斜面和两个定位平行面，定位斜面间的距离大于定位平行面间的距离。

Description

一种机器人小车的精确定位对接装置和方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人小车定位对接装置和方法。

背景技术

移动机器人，如AGV小车等被广泛的应用于各种物料移送作业，由于小车多数采用轮驱动或履带驱动在地面行走，受地面条件及轮式驱动的定位技术限制，很难实现毫米级的高精度定位对接控制，即使可以实现，也需要付出高昂的成本。这使得机器人小车在高精度物料传送的应用受到限制，阻碍了机器人小车的推广应用。据此，本发明提出一种可以实现轮式(适用于无轨道导向的机器人小车)机器人小车高精度定位的方法和装置，解决机器人小车毫米级精确定位对接问题。

发明内容

针对现有技术中高精度定位成本高及对地面条件要求高的问题，本发明提供一种机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于，所述定位装置包括机器人小车底盘、动平台、定位导向机构和定位架；其中定位导向机构包括导向轮、导向轮支架、对中装置、导向支架连接板和导轨副；两个导向轮安装于在导向轮支架，导向轮支架通过导向支架连接板与动平台连接；对中装置连接动平台与小车底盘，帮助动平台与机器人小车底盘对中；动平台通过导轨副与机器人小车的小车底盘连接，动平台只能沿导轨副在与机器人小车正向前进方向的水平垂直方向移动；定位架安装在机器人小车要对接的定位对象上，定位架设置有两个定位斜面和两个定位平行面，定位斜面间的距离大于定位平行面间的距离。

具体的，所述的对中装置由对中弹簧和弹簧固定板组成，弹簧固定板与小车底盘连接，并分别连接两个对中弹簧的一端，两个对中弹簧的另外一端分别与两个导向支架连接板连接，两个对中弹簧与小车底盘中轴线对称布置。

优选的，所述的导轨副采用滚珠导轨，可以减小对接过程中的运动阻力，便于顺利对接。

优选的，所述对中弹簧的刚度大小要根据动平台上的负载大小进行调整，才能保证良好的对接性能。

优选的，所述小车底盘上安装限位装置，动平台的移动由限位装置限制，限位的范围与粗定位范围保持一致。

具体的，所述机器人小车的精确定位对接装置的精定位误差由定位架两个定位平行面的距离与机器人小车两个导向轮外切距离之差决定；粗定位误差L由导向轮与定位斜面相切时动平台中心线到定位架中心线的垂直距离决定。

同时本发明还提供一种机器人小车精确定位对接的方法，包括以下步骤：

(1)机器人小车行驶到需对接的对象的定位斜面之间；

(2)定位对接前，机器人小车的动平台与小车底盘保持中心对称状态；

(3)机器人小车继续向定位架行驶，若两导向轮的位置正好处于定位平行面延长线之间，则进入步骤(5)；

(4)机器人小车继续向定位架行驶，一侧导向轮与定位架的一侧定位斜面接触，定位斜面对导向轮产生侧向力，使得动平台向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘只做向前运动，而不需要侧向移动，随着机器人小车向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮都进入到定位平行面之间，机器人小车的动平台的粗定位完成；

(5)机器人小车继续前进，机器人小车底盘接触到定位对象时，机器人小车停止运动实现机器人小车的精确定位；

(6)完成对接定位操作，机器人小车后退，导向轮脱离对接支架，机器人小车在两个的动平台在对中装置的作用下实现对中，与小车底盘保持中心对称状态。

本发明的机器人小车精确定位对接主要通过粗定位到精定位的过程和定位架的结构改进实现小车与定位对象的顺利对接，在实现精确对接定位前，机器人小车的动平台在对中弹簧的作用下与小车底盘保持中心对称状态。在粗定位过程中，如图1所示，机器人小车向前运动，直到导向轮处于定位架入口处的定位斜面之间，导向轮与定位架入口的一侧定位斜面相接触，定位斜面对导向轮产生侧向力，使得动平台向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘只做向前运动，而不需要侧向移动；随着机器人小车人向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮都进入到定位架的定位平行面，机器人小车的动平台的侧向定位完成，之后机器人小车继续前进，机器人小车底盘接触到定位对象的前向定位面时，机器人小车停止运动实现机器人小车与定位对象的精确定位对接，如图2的状态。

本发明提供的机器人小车的精确定位对接装置通过定位导向机构的结构优化及定位架的辅助，实现机器人小车的精确定位对接，这种优化结构的制造成本相对低，对接精确，对地面环境的要求低。如图1所示，只要满足粗定位误差小于L(L为导向轮与定位斜面相切时动平台中心线到定位架中心线的垂直距离)，应用本发明的定位方法就可以实现机器人小车(动平台)与应用对象的精确对接。

附图说明

图1为本发明的机器人小车的精确定位对接装置的粗定位状态图；

图2为本发明的机器人小车的精确定位对接装置定位对接状态示意图；

图3为本发明一实施例的机器人小车的精确定位对接装置的局部结构图；

图4为本发明一实施例的机器人小车的精确定位对接装置的定位架的安装结构示意图；

其中：1-小车地盘，2-动平台，3-导向轮，4-对中弹簧，5-弹簧固定板，6-导向轮支架，7-导向支架连接板，8-导轨副，9-定位架，91-定位斜面，92-定位平行面,10-对接对象，11-限位装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3-4所示，机器人小车的精确定位对接装置包括机器人小车底盘1、动平台2、定位导向机构和定位架9；其中定位导向机构包括导向轮3、导向轮支架6、对中弹簧4、弹簧固定板5、导向支架连接板7和导轨副8；导向轮3安装于导向轮支架3，导向轮支架6通过导向支架连接板7与动平台2连接；对中弹簧4和弹簧固定板5安装在导向轮连接板7上，起到帮助动平台2与小车底盘1对中，并保持中位的作用；动平台2通过导轨副8与机器人小车的小车底盘1连接，导轨副8约束动平台2只能沿着导轨副8限定的方向移动，即只允许动平台2向与机器人小车正向前进方向的水平垂直方向移动(如图1中所示的a方向)；定位架9安装在机器人小车要对接的定位对象10可与导向轮接触的高度上，定位架定位斜面91为八字形斜面，便于导向轮进入；定位架定位平行面92为两个平行导向面，两定位平行面92分别与两个导向轮3接触实现机器人小车动平台2与对接对象10的精确定位，粗定位误差L由导向轮与定位斜面相切时动平台中心线到定位架中心线的垂直距离决定。在本实施例中导轨副8采用滚珠导轨，动平台2的移动由限位装置11限制，限位装置11安装在小车底盘1上，当小车的导向轮支架6接触到限位装置11时为动平台2移动的极限处。对中弹簧4的刚度大小根据动平台2的负载需要进行调整，保证良好的对接性能。

当机器人小车用于血样检验自动化流水线血样移送时，可以实现检验设备之间血样的精确传送。将要移送的血液检测样通过托盘置于动平台2上，机器人小车与对接对象精确定位对接的步骤如下：

(1)机器人小车运行到需要对接的对象面前，导向轮3处于定位架入口的定位斜面91之间；

(2)在对接前，机器人小车的动平台2在对中弹簧4的作用下与小车底盘1保持中心对称状态；

(3)机器人小车继续向前运动，若两导向轮3的位置正好处于定位平行面92延长线之间，则不需要进行粗定位过程，直接进入步骤(5)；

(4)机器人小车继续向前运动时，一侧导向轮3与定位架9的一侧定位斜面91接触，定位斜面91对导向轮3产生侧向力，使得动平台2向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘1只做向前运动，而不需要侧向移动，随着机器人小车向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮3都进入到定位平行面92之间，机器人小车的动平台2的粗定位完成；

(5)机器人小车继续前进，机器人小车底盘1接触到定位对象10时，机器人小车停止运动实现精确定位对接；

(6)完成对接定位操作，机器人小车后退，导向轮3脱离定位架9，机器人小车的动平台2在对中弹簧4的作用下实现对中，与小车底盘1保持中心对称状态。

Claims (10)

1.一种机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于，所述定位装置包括机器人小车底盘、动平台、定位导向机构和定位架；其中定位导向机构包括导向轮、导向轮支架、对中装置、导向支架连接板和导轨副；两个导向轮安装于在导向轮支架，导向轮支架通过导向支架连接板与动平台连接；对中装置连接动平台与小车底盘，帮助动平台与机器人小车底盘对中；动平台通过导轨副与机器人小车的小车底盘连接，动平台只能沿导轨副在与机器人小车正向前进方向的水平垂直方向移动；定位架安装在机器人小车要对接的定位对象上，定位架设置有两个定位斜面和两个定位平行面，定位斜面间的距离大于定位平行面间的距离。

2.如权利要求1所述机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于，所述对中装置由两个对中弹簧和弹簧固定板组成，弹簧固定板与小车底盘连接，并分别连接两个对中弹簧的一端，两个对中弹簧的另外一端分别与两个导向支架连接板连接，两个对中弹簧与小车底盘中轴线对称布置。

3.如权利要求2所述机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于，所述对中弹簧的刚度根据动平台的负载进行调整适应。

4.如权利要求1-3任一所述的机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于，所述的导轨副采用滚珠导轨。

5.如权利要求4所述的机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于,所述小车底盘上安装限位装置，动平台的移动由限位装置限制。

6.如权利要求1、2、3、5任一所述的机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于,所述机器人小车的精确定位对接装置的精定位误差由定位架两个定位平行面的距离与机器人小车两个导向轮外切距离之差决定；粗定位误差L由导向轮与定位斜面相切时动平台中心线到定位架中心线的垂直距离决定。

7.如权利要求6所述的机器人小车的精确定位对接装置，其特征在于,所述小车底盘上安装限位装置，动平台的移动由限位装置限制。

8.一种采用如权利要求1、2、3、5、7任一所述的机器人小车精确定位对接装置定位对接的方法，包括以下步骤：

(1)机器人小车行驶到需对接的对象的定位斜面之间；

(2)定位对接前，机器人小车的动平台与小车底盘保持中心对称状态；

(3)机器人小车继续向定位架行驶，若两导向轮的位置正好处于定位平行面延长线之间，则进入步骤(5)；

(4)机器人小车继续向定位架行驶，一侧导向轮与定位架的一侧定位斜面接触，定位斜面对导向轮产生侧向力，使得动平台向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘只做向前运动，而不需要侧向移动，随着机器人小车向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮都进入到定位平行面之间，机器人小车的动平台的粗定位完成；

(5)机器人小车继续前进，机器人小车底盘接触到定位对象时，机器人小车停止运动实现机器人小车的精确定位；

(6)完成对接定位操作，机器人小车后退，导向轮脱离对接支架，机器人小车在两个的动平台在对中装置的作用下实现对中，与小车底盘保持中心对称状态。

9.一种采用如权利要求4所述的机器人小车精确定位对接装置定位对接的方法，包括以下步骤：

(1)机器人小车行驶到需对接的对象的定位斜面之间；

(2)定位对接前，机器人小车的动平台与小车底盘保持中心对称状态；

(3)机器人小车继续向定位架行驶，若两导向轮的位置正好处于定位平行面延长线之间，则进入步骤(5)；

(4)机器人小车继续向定位架行驶，一侧导向轮与定位架的一侧定位斜面接触，定位斜面对导向轮产生侧向力，使得动平台向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘只做向前运动，而不需要侧向移动，随着机器人小车向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮都进入到定位平行面之间，机器人小车的动平台的粗定位完成；

(5)机器人小车继续前进，机器人小车底盘接触到定位对象时，机器人小车停止运动实现机器人小车的精确定位；

(6)完成对接定位操作，机器人小车后退，导向轮脱离对接支架，机器人小车在两个的动平台在对中装置的作用下实现对中，与小车底盘保持中心对称状态。

10.一种采用如权利要求6所述的机器人小车精确定位对接装置定位对接的方法，包括以下步骤：

(1)机器人小车行驶到需对接的对象的定位斜面之间；

(2)定位对接前，机器人小车的动平台与小车底盘保持中心对称状态；

(3)机器人小车继续向定位架行驶，若两导向轮的位置正好处于定位平行面延长线之间，则进入步骤(5)；

(4)机器人小车继续向定位架行驶，一侧导向轮与定位架的一侧定位斜面接触，定位斜面对导向轮产生侧向力，使得动平台向着对接偏差减小的方向侧向移动，此时机器人小车底盘只做向前运动，而不需要侧向移动，随着机器人小车向前运动，定位偏差逐渐减小，直至两个导向轮都进入到定位平行面之间，机器人小车的动平台的粗定位完成；

(5)机器人小车继续前进，机器人小车底盘接触到定位对象时，机器人小车停止运动实现机器人小车的精确定位；

(6)完成对接定位操作，机器人小车后退，导向轮脱离对接支架，机器人小车在两个的动平台在对中装置的作用下实现对中，与小车底盘保持中心对称状态。