CN110203304B - 主动减振装置和具有其的自动导引运输车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动减振装置和具有其的自动导引运输车。主动减振装置包括：减振装置，减振装置包括：上底座和下底座，下底座位于上底座的下方；永磁体套筒，永磁体套筒设于上底座下表面；线圈，线圈设于下底座的上表面，线圈可伸入到永磁体套筒内，且永磁体套筒相对于线圈可上下移动；弹簧，弹簧套设在永磁体套筒的外部，其中弹簧的上端和下端分别与上底座和下底座相连；从动轮，从动轮可转动地设于下底座下方；加速度传感器和控制模组，加速度传感器、线圈均与控制模组电连接，控制模组根据加速度传感器的检测值以控制线圈产生交变磁场。根据本发明实施例的主动减振装置可以减弱或消除多个不同频率的振动，减振效果好，结构简单。

Description

主动减振装置和具有其的自动导引运输车

技术领域

本发明涉及机械运输领域，尤其是涉及一种主动减振装置和具有该主动减振装置的 自动导引运输车。

背景技术

相关技术中，特别是机械运输的领域中，通常都会涉及减振装置的应用，例如车辆的悬挂系统。为了提高减振的效果，各大厂商都在研究不同种类的减振装置。其中最常 用的结构就是弹簧减震器，但是弹簧减震器作为一种传统的被动式减振设备，仅能减弱 单一频率的振动，控制效果非常有限。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种主动 减振装置，该主动减振装置可以减弱或消除多个不同频率的振动，减振效果好，而且结构简单。

本发明还提出一种具有该减振装置的自动导引运输车。

根据本发明实施例的主动减振装置包括：减振装置，所述减振装置包括：上底座和下底座，所述上底座和所述下底座分别沿上下方向彼此对应设置，所述下底座位于所述 上底座的下方；永磁体套筒，所述永磁体套筒设于所述上底座下表面；线圈，所述线圈 设于所述下底座的上表面，其中所述线圈可伸入到所述永磁体套筒内，且所述永磁体套 筒相对于所述线圈可上下移动；弹簧，所述弹簧套设在所述永磁体套筒的外部，其中所 述弹簧的上端和下端分别与所述上底座和所述下底座相连；从动轮，所述从动轮可转动 地设于所述下底座下方；加速度传感器和控制模组，所述加速度传感器、所述线圈均与 所述控制模组电连接，所述控制模组根据所述加速度传感器的检测值以控制所述线圈产 生交变磁场。

根据本发明实施例的主动减振装置，通过加速度传感器和控制模组对主振源的分析， 使减振装置产生指定的振动(与主振源的振动信号的幅值相同、相位相反)，从而可以抵消主振源的振动，从而实现主动减振的作用。而且由于通过加速度传感器和控制模组，能够自动采集振动加速度信号并进行信号分析，获取主要的振动频率成分，驱动减振装 置消除这些频率的振动。因此，本发明实施例的主动减振装置能够有效地消除多个不同 频率的振动。此外，本发明实施例的主动减振装置，仅通过永磁体套筒、上底座以及弹 簧的相互运动即可抵消主振源的振动，机械结构简单。

可选地，所述减振装置还包括引导杆，所述引导杆的下端固定在所述下底座上，所述线圈套设在所述引导杆的外部。

可选地，所述引导杆的上端穿出所述上底座。

可选地，所述减振装置还包括减振安装板，所述减振安装板设于所述上底座上方且 相对于所述上底座可活动地相连，所述加速度传感器和控制模组均设于所述减振安装板 上。

可选地，所述减振安装板的下表面设有第一连接件，所述上底座的上表面上设有第 一安装凸耳，所述第一连接件和所述第一安装凸耳通过第一销轴相连。

可选地，所述减振装置还包括从动轮安装板，所述从动轮安装板设于所述下底座下 方且相对于所述下底座可活动地相连，所述从动轮设于所述从动轮安装板下方。

可选地，所述从动轮安装板的上表面设有第二连接件，所述下底座的下表面上设有 第二安装凸耳，所述第二连接件和所述第二安装凸耳通过第二销轴相连。

可选地，所述控制模组包括：模拟数字转化器、数字信号处理器、数字模拟转化器和功率放大器，其中所述加速度传感器、所述模拟数字转化器、所述数字信号处理器、 所述数字模拟转化器、所述功率放大器和所述线圈依次串联。

可选地，所述主动减振装置还包括安装壳体，所述加速度传感器和控制模组集成在 所述安装壳体内。

根据本发明实施例的自动导引运输车，包括根据本发明上述的主动减振装置。本发 明通过将上述的主动减振装置应用到自动导引运输车(AGV，Automatic GuidedVehicle)，从而可以大大减小AGV的振动，使得AGV更加稳定，较大程度的减小AGV 行驶过程中发生倾斜、倾覆的风险。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得 明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的主动减振装置的一个视角的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的主动减振装置的另一个视角的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的主动减振装置的剖视图。

附图标记：

主动减振装置100；

减振装置10；

上底座11；第一安装凸耳111；

下底座12；第二安装凸耳121；

永磁体套筒13；线圈14；弹簧15；从动轮16；引导杆17；

减振安装板18；第一连接件181；第一子连接件1811；第一销轴182；板主体183； 边板184；翻边1841；

从动轮安装板19；第二连接件191；第二子连接件1911；第二销轴192；

安装壳体20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、 “顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个 该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地 连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接 相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理 解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的主动减振装置100。

如图1～图3所示，根据本发明实施例的主动减振装置100，包括减振装置10、加速度传感器和控制模组(图未示出)。其中减振装置10进一步包括：上底座11、下底座 12、永磁体套筒13、线圈14、弹簧15、从动轮16。

上底座11和下底座12分别沿上下方向彼此对应设置，下底座12位于上底座11的下方。永磁体套筒13设于上底座11下表面，线圈14设于下底座12的上表面，其中线 圈14可伸入到永磁体套筒13内，且永磁体套筒13相对于线圈14可上下移动，弹簧15 套设在永磁体套筒13的外部，其中弹簧15的上端和下端分别与上底座11和下底座12 相连，从动轮16可转动地设于下底座12下方。加速度传感器、线圈14均与控制模组 电连接，控制模组根据加速度传感器的检测值以控制线圈14产生交变磁场。

根据本发明实施例的主动减振装置100的工作原理是：加速度传感器采集主振源的 振动加速度信号，并对加速度信号进行分析，得到加速度信号的主要频率成分，再经由控制模组对加速度传感器采集的振动信号进行数据的转化、计算，并输出相应的信号并 传输至线圈14，线圈14产生交变磁场，交变磁场推动永磁体套筒13和上底座11同时 做往复运动，其中永磁体和上底座11做往复运动的同时对弹簧15进行周期性的拉伸和 压缩。由于上述的加速度传感器所检测的信号是基于主振源的振动加速度信号，因此当 减振装置10(特别是永磁体套筒13、上底座11以及弹簧15)在线圈14所产生的交变 磁场的推动下、而进行往复运动时产生的振动，即可以抵消上述的主震源的振动，从而 可以实现振动的主动控制的效果。

根据本发明实施例的主动减振装置100，通过加速度传感器和控制模组对主阵源的 分析，使减振装置10产生指定的振动(与主振源的振动信号的幅值相同、相位相反)， 从而可以抵消主震源的振动，从而实现主动减振的作用。而且由于通过加速度传感器和 控制模组，能够自动采集振动加速度信号并进行信号分析，获取主要的振动频率成分， 驱动减振装置10消除这些频率的振动。因此，本发明实施例的主动减振装置100能够 有效地消除多个不同频率的振动。此外，本发明实施例的主动减振装置100，仅通过永 磁体套筒13、上底座11以及弹簧15的相互运动即可抵消主振源的振动，机械结构简单。

下面将详细描述根据本发明实施例的主动减振装置100。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，减振装置10还包括减振安装板18，减振 安装板18设于上底座11上方且相对于上底座11可活动地相连，加速度传感器和控制 模组均设于减振安装板18上。可选地，减振安装板18可适于与需要进行减振的结构相 连，例如可以与车体相连。此外，通过设置减振安装板18，可以方便加速度传感器和控 制模组在减振装置10上的安装，从而可以对加速度传感器和控制模组起到一定的机械 支撑和保护的作用。

其中“减振安装板18设于上底座11上方且相对于上底座11可活动地相连”是指，减振安装板18相对于上底座11为非固定连接，由此可以使振动发生时，减小减振安装 板18和上底座11之间的振动，而且减振装置10的运动会更加灵活，从而可以有效抵 消主振源的振动。可选地，减振安装板18和上底座11之间可以通过软质结构相连，这 样可以使减振安装板18和上底座11之间的连接结构简单。

可选地，如图1～图3所示，减振安装板18的下表面设有第一连接件181，上底座 11的上表面上设有第一安装凸耳111，第一连接件181和第一安装凸耳111通过第一销 轴182相连。即减振安装板18和上底座11之间可枢转相连。其中第一连接件181包括 相对设置的两个第一子连接件1811，第一安装凸耳111设于两个第一子连接件1811之 间，第一销轴182依次穿过其中一个第一子连接件1811、第一安装凸耳111和另一个第 一子连接件1811。由此使得减振安装板18和上底座11之间可相对枢转，结构连接简单， 动作更加灵活。

如图2所示，减振安装板18包括：板主体183和两个边板184，加速度传感器和控 制模组均固定于板主体183上，两个边板184分别设于板主体183的相对的两侧，且两 个边板184分别设有朝向彼此弯折的翻边1841。由此，减振安装板18的结构简单，加 速度传感器和控制模组固定稳定，两个边板184还可以对加速度传感器和控制模组起到 一定的围绕、保护作用。

可选地，如图1～图3所示，减振装置10还包括从动轮安装板19，从动轮安装板19设于下底座12下方且相对于下底座12可活动地相连，从动轮16设于从动轮安装板19 下方。通过设置从动轮安装板19，可以方便从动轮16的安装，可以对从动轮16起到一 定的机械支撑和保护的作用。

其中“从动轮安装板19相对于下底座12可活动地相连”是指，从动轮安装板19 相对于下底座12为非固定连接，由此可以使振动发生时，减小从动轮安装板19和下底 座12之间的振动，而且减振装置10的运动会更加灵活，可以有效抵消主振源的振动。 可选地，从动轮安装板19和下底座12之间可以通过软质结构相连，这样可以使从动轮 安装板19和下底座12之间的连接结构简单。

可选地，如图1～图3所示，从动轮安装板19的上表面设有第二连接件191，下底座12的下表面上设有第二安装凸耳121，第二连接件191和第二安装凸耳121通过第二销 轴192相连。即从动轮安装板19和下底座12之间可枢转相连。其中第二连接件191包 括相对设置的两个第二子连接件1911，第二安装凸耳121设于两个第二子连接件1911 之间，第二销轴192依次穿过其中一个第二子连接件1911、第二安装凸耳121和另一个 第二子连接件1911。由此使得从动轮安装板19和下底座12之间可相对枢转，结构连接 简单，动作更加灵活。

可选地，减振装置10还包括引导杆17，引导杆17的下端固定在下底座12上，线 圈14套设在引导杆17的外部。通过设置引导杆17，永磁体套筒13和上底座11可以沿 着引导杆17的方向运动，从而可以限定永磁体套筒13和上底座11的上下运动的路径， 防止在运动的过程中，永磁体套筒13和上底座11之间发生偏移。

进一步可选地，引导杆17的上端穿出上底座11。也就是说，引导杆17的上端始终是超过上底座11的。由此当永磁体套筒13和上底座11上下移动时，引导杆17不会因 长度过短而缩至上底座11的下方，由此可以防止引导杆17的引导作用失效。

在被发明的实施例中，控制模组包括：模拟数字转化器、数字信号处理器、数字模拟转化器和功率放大器，其中加速度传感器、模拟数字转化器、数字信号处理器、数字 模拟转化器、功率放大器和线圈14依次串联。本发明的主动减振装置100的工作过程 如下：加速度传感器采集减振安装板18的振动加速度信号并转换为电压信号传输至模 拟数字转化器；模拟数字转化器对加速度传感器输出的电压信号进行采样、量化，从而 转换为数字信号并传输至数字信号处理器；数字信号处理器对模拟数字转化器输出的电 压信号进行FFT(Fast Fourier Transfer，快速傅里叶变换)变换，获得振动信号的频谱 信息，筛选出振动加速度信号的主振频率，自适应算法进行运算，计算并输出控制信号 至数字模拟转化器；数字模拟转化器将数字信号处理器输出的数字信号转换为模拟信号 并传输至功率放大器；功率放大器将数字模拟转化器输出的模拟信号的电流放大之后传 输至线圈14；线圈14产生交变磁场，交变磁场推动永磁体套筒13和上底座11同时沿 着引导杆17做往复运动，其中永磁体和上底座11做往复运动的同时对弹簧15进行周 期性的拉伸和压缩。由于上述的加速度传感器所检测的信号是基于主振源的振动加速度 信号，因此当减振装置10(特别是永磁体套筒13、上底座11以及弹簧15)在线圈14 所产生的交变磁场的推动下、而进行往复运动时产生的振动，既可以抵消上述的主振源 的振动，从而可以实现振动的主动控制的效果。

可选地，数字信号处理器还可以由微控制单元替代。

可选地，主动减振装置100还包括安装壳体20，加速度传感器和控制模组集成在安装壳体20内。由此可以使加速度传感器和控制模组模块化，简化其在减振装置10上的 安装步骤，提高安装效率。而且安装壳体20还可以对其内部的加速度传感器和控制模 组起到保护作用。

其中在本发明的实施例中，控制模组中实现快速傅里叶变换，能够快速计算运动本 体(例如车辆)的振动加速度信号的主要频率成分，误差控制在0.1％以内。而且，在 本发明的控制模组中实现自适应控制算法，能够对采集得到的加速度信号进行计算并输 出准确的控制信号。其中，在20Hz—200Hz的频率范围内实现运动本体(例如车辆) 的振动主动控制，与不采用本发明的运动本体(例如车辆)相比，在20Hz—200Hz的 频率范围内，振动加速度幅值可以减少10dB以上。

可选地，自适应控制算法还可以用其他的控制方法替代，例如：最优控制、鲁棒控制、智能控制等。

下面将描述根据本发明第二方面实施例的自动导引运输车，包括根据本发明上述的 主动减振装置100。

自动导引运输车(AGV，Automatic Guided Vehicle)自1954在美国南加州被首次发 明以来，作为一种自动化运输工具，已经被广泛应用于仓储业、制造业、轻工业和物流运输业在内的自动化工厂，以减少劳动力和提升工作效率。

由于AGV主要应用于地面平整、环境良好的自动化工厂中，在最初的设计中，并 未考虑为AGV添加减振装置10。没有添加减振装置10的AGV在不平整路面上行驶的 过程中会发生剧烈振动，从而导致诸多风险，例如：车轮打滑、车体倾斜、倾覆等。

目前，为了使AGV能够适应不平整路面，部分产品在AGV的悬挂系统中增加弹簧 减震器。弹簧减震器作为一种传统的被动式减振设备，仅能减弱单一频率的振动，控制 效果非常有限，且无法有效减弱低频振动。当AGV上部安装有机械臂等执行机构时， AGV本体的振动会降低上部执行机构作业的准确性和效率。

鉴于此，本发明通过将上述的主动减振装置100应用到自动导引运输车，从而可以大大减小AGV的振动，使得AGV更加稳定，较大程度的减小AGV行驶过程中发生倾 斜、倾覆的风险。

其中，根据本发明实施例的自动导引运输车(AGV，Automatic Guided Vehicle)相对于现有的技术还有如下有益效果：

1.市场上已有的AGV产品多数未采用悬挂减振系统，少数采用了悬挂减振系统的AGV产品只采用了被动式振动控制技术，该技术具有以下缺点：只能控制单一频率的 振动，振动幅值的衰减小，且频带较窄。使用本发明的主动减振装置的AGV在行驶过 程中产生振动时，加速度传感器和控制模组能够自动采集振动加速度信号并进行信号分 析，获取主要的振动频率成分，驱动主动减振装置消除这些频率的振动。因此，本发明 实施例的主动减振装置能够有效地消除多个不同频率的振动，工作频率范围广、振动幅 值衰减大且能有效控制低频振动的AGV底盘的主动减振装置的目的。本发明实施例的 主动减振装置，能够使得AGV更加稳定，较大程度的减小AGV行驶过程中发生倾斜、 倾覆的风险。

2.特别是传统的被动减振装置无法有效的削弱低频振动，本发明实施例的主动减振 装置能够有效地削弱低频振动。

3.传统的被动减振装置一经设计，有效的振动控制频段无法改变，也即在工作过程 中无法进行动态调整；然而，本发明实施例的主动减振装置能够实时的进行动态调整，也即，能够有效控制动态变化的振动。

4.本发明实施例中的主动减振装置相比被动减振装置，能获得更大的振动衰减率。 因此，本发明能够更有效地减小振动，使AGV上部执行机构受振动的影响最小化。

5.传统的AGV产品主要被用于运输货物，在这一应用场景中，用户对振动、噪声的控制需求较低。然而，AGV已经被应用于越来越多的场景中，例如机器人餐厅的送餐 系统，在这一应用场景中，用户对于噪声提出了更加严苛的要求。噪声由振动导致，通 过板、梁等结构对外辐射产生。应用该发明—主动悬挂减振系统的AGV在运动中产生 的振动将会更小，因此辐射的噪声也会更小，将会更好的满足用户对于振动、噪声的严 苛要求，这是采用传统的被动式减振系统—弹簧减震器的AGV所不能做到的。

6.本发明的实施例中，控制模组中实现快速傅里叶变换，能够快速计算运动本体(例 如车辆)的振动加速度信号的主要频率成分，误差控制在0.1％以内。

7.本发明的控制模组中实现自适应控制算法，能够对采集得到的加速度信号进行计 算并输出准确的控制信号。

8.在20Hz—200Hz的频率范围内实现AGV的振动主动控制，与不采用本发明的AGV相比，在20Hz—200Hz的频率范围内，振动加速度幅值可以减少10dB以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料 或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种主动减振装置，其特征在于，包括：

减振装置，所述减振装置包括：

上底座和下底座，所述上底座和所述下底座分别沿上下方向彼此对应设置，所述下底座位于所述上底座的下方；

永磁体套筒，所述永磁体套筒设于所述上底座下表面；

线圈，所述线圈设于所述下底座的上表面，其中所述线圈可伸入到所述永磁体套筒内，且所述永磁体套筒相对于所述线圈可上下移动；

弹簧，所述弹簧套设在所述永磁体套筒的外部，其中所述弹簧的上端和下端分别与所述上底座和所述下底座相连；

从动轮，所述从动轮可转动地设于所述下底座下方；

加速度传感器和控制模组，所述加速度传感器、所述线圈均与所述控制模组电连接，所述控制模组根据所述加速度传感器的检测值以控制所述线圈产生交变磁场，所述交变磁场用于推动所述永磁体套筒和所述上底座同时做往复运动，所述永磁体套筒和所述上底座在活动过程中可对所述弹簧进行周期性的拉伸和压缩，以抵消主振源的振动。

2.根据权利要求1所述的主动减振装置，其特征在于，所述减振装置还包括引导杆，所述引导杆的下端固定在所述下底座上，所述线圈套设在所述引导杆的外部。

3.根据权利要求2所述的主动减振装置，其特征在于，所述引导杆的上端穿出所述上底座。

4.根据权利要求1所述的主动减振装置，其特征在于，所述减振装置还包括减振安装板，所述减振安装板设于所述上底座上方且相对于所述上底座可活动地相连，所述加速度传感器和控制模组均设于所述减振安装板上。

5.根据权利要求4所述的主动减振装置，其特征在于，所述减振安装板的下表面设有第一连接件，所述上底座的上表面上设有第一安装凸耳，所述第一连接件和所述第一安装凸耳通过第一销轴相连。

6.根据权利要求1所述的主动减振装置，其特征在于，所述减振装置还包括从动轮安装板，所述从动轮安装板设于所述下底座下方且相对于所述下底座可活动地相连，所述从动轮设于所述从动轮安装板下方。

7.根据权利要求6所述的主动减振装置，其特征在于，所述从动轮安装板的上表面设有第二连接件，所述下底座的下表面上设有第二安装凸耳，所述第二连接件和所述第二安装凸耳通过第二销轴相连。

8.根据权利要求1所述的主动减振装置，其特征在于，所述控制模组包括：

模拟数字转化器、数字信号处理器、数字模拟转化器和功率放大器，其中所述加速度传感器、所述模拟数字转化器、所述数字信号处理器、所述数字模拟转化器、所述功率放大器和所述线圈依次串联。

9.根据权利要求1所述的主动减振装置，其特征在于，还包括安装壳体，所述加速度传感器和控制模组集成在所述安装壳体内。

10.一种自动导引运输车，其特征在于，包括根据权利要求1～9中任一项所述的主动减振装置。

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