CN110712020B - 柔性对接及快速定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了柔性对接及快速定位系统，属于生产线或集成生产单元的转运装备领域，包括定位架系统和AGV车，AGV车上设有柔性对接系统，货物在柔性对接结构的承载下从AGV车转运到定位架系统，定位架系统包括定位框架，定位框架的上端均设有对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块，柔性对接系统包括对称的柔性对接结构，柔性对接结构包括固定框和浮动框，固定框和浮动框之间设有对浮动框的X轴进行限位的X向弹簧，还有对浮动框的Y轴进行限位的Y向弹簧，浮动框的上端设有对货物进行定位的定位销模块和导向的导向销模块。本发明实现产品的柔顺取送，又可以实现产品到达工位后的精确定位，满足自动化对接需求。

Description

柔性对接及快速定位系统

技术领域

本发明属于生产线或集成生产单元的转运装备领域，涉及宇航大部件产品转运对接等用途，尤其涉及柔性对接及快速定位系统。

背景技术

为实现大部件的自动化对接装配，产品到达工位后的高精度定位至关重要，由于宇航产品产量相对较低，采用AGV车实现产品转运可以使生产线的物流系统具有较高的柔性，易实现物流系统随产线布局调整的快速重构，但由于AGV车本身的定位精度较低（≥5mm）且为实现高精度定位付出的代价较高（采用多种或多个定位传感器），因此以简洁可靠的方式实现基于AGV转运的产品到位快速精确定位对于卫星AIT生产线建设十分必要。

经过专利和文献检索，现有解决方案主要有两种：(1) 通过安装多种或多个定位传感器的方式提高AGV车的定位精度，进而实现产品到位后的精确定位；(2) AGV车将产品运送并放置到接货盘后，通过多个主动驱动辅助机构（如气动/电动推杆或夹紧机构）进行二次夹紧定位的方式实现精确定位，该两种方法成本较高、调试周期长、系统可靠性相对较低。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供柔性对接及快速定位系统，可满足AGV车在自身定位精度水平相对较低的前提下，实现产品的柔顺取送，又可以实现产品到达工位后的精确定位，满足自动化对接需求，同时，除AGV车外，皆采用机械结构实现，系统的可靠性和精度保持性较好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：柔性对接及快速定位系统，包括定位架系统和转运结构，所述转运结构上设有柔性对接系统，货物在所述柔性对接系统的承载下从所述转运结构转运到定位架系统；

所述定位架系统包括对称设置的定位框架，货物的竖直中心面与所述定位架系统的竖直中心面重合设置，每个所述定位框架的上端均设有对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块；

所述柔性对接系统包括对称的柔性对接结构，所述柔性对接结构包括固定框和浮动框，所述固定框与所述转运结构可拆卸式定位设置，所述浮动框设在所述固定框的上端面且相对所述固定框浮动设置，所述固定框和浮动框之间设有对所述浮动框的浮动方向进行限位和柔性支撑的限位组件，所述浮动框的上端设有对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块。

进一步的，两个所述定位框架上的定位销模块和导向销模块成四角设置，且所述定位框架上的两个定位销模块对角设置，同一个所述定位框架上的定位销模块和导向销模块分散设置，所述浮动框上的定位销模块和导向销模块分散设置在其上端面前进方向的两侧，货物的下端设有与所述AGV车对接的AGV接口，还设有固定框架接口，所述AGV接口和固定框架接口的数量均为四个，其中两个与定位销模块对应设置，另外两个与导向销模块对应设置。

进一步的，所述定位销模块包括定位销轴块立柱安装座和定位销轴块，所述定位销轴块相对定位销轴块立柱安装座在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接，所述定位销轴块与所述固定框架接口为间隙配合，所述导向销模块的结构中使用导向销轴块代替定位销轴块设置，所述导向销轴块的直径小于所述固定框架接口的内径设置。

进一步的，所述定位框架包括定位框架立柱和定位框架底板，所述定位框架上的所述定位销模块和导向销模块设在所述定位框架立柱的上端，定位框架立柱上端的两侧设有感应货物到位的接近开关，所述定位框架底板设在所述定位框架立柱的下端，所述定位框架立柱由型材焊接而成，所述定位框架立柱相对所述定位框架底板在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接。

进一步的，所述浮动框通过牛眼结构相对固定框浮动，所述浮动框Y轴方向的两端的下方设有浮动框限位销，所述固定框上设有浮动框限位孔，所述浮动框限位销的直径小于所述浮动框限位孔直径且间隙量为所述浮动框的浮动量，所述浮动框限位销伸入到所述浮动框限位孔设置。

进一步的，所述X向弹簧设在所述浮动框的中部，所述X向弹簧的一端与所述浮动框固定连接，另一端与所述固定框连接，

X向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _x,max为沿X向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

进一步的，所述Y向弹簧的数量为两个且二者成直线设置，所述Y向弹簧设在所述浮动框Y轴方向的中部，每个所述Y向弹簧的一端与所述浮动框固定连接，另一端与所述固定框连接，

Y向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _y,max为沿Y向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

进一步的，X向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为：

；Y向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为

，计算方法如下：

Δx为AGV车沿X轴方向的位置误差，Δy为AGV车沿Y轴方向的位置误差，

为AGV车绕Z轴的转角误差，s为同一个定位框架上的定位销模块和导向销模块的两个销轴轴线距离，与货物上的固定框架接口宽度方向距离相同，l为不同定位框架上相对的定位销模块和导向销模块的销轴轴线距离。

进一步的，所述浮动框上设有浮动框固定座，所述固定框上设有气缸固定框连接支架，所述气缸固定框连接支架上设有驱动气缸，所述驱动气缸的出力轴端设有固定销轴，所述固定销轴伸入到所述浮动框固定座中设置且二者间隙配合。

进一步的，所述固定框的两端设有固定框装调块，所述固定框装调块的内部设有滑动轴承，设置在AGV车上的定位销伸入到所述滑动轴承内设置，所述固定框装调块相对所述固定框在X向和Y向可拆卸式定位设置。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明提出了被动柔性对接机构与高精度定位工装相结合的设计思路解决上述问题，被动的柔性对接机构通过柔性随动实现对AGV定位误差的适应功能，降低取/送货时对AGV车定位精度的要求；高精度定位工装通过预先的装调调整，保证产品置于其上时，定位精度满足大部组件自动化对接（如借助工业机械臂实现舱板对接）的精度要求，两者相结合，既可满足AGV车在自身定位精度水平相对较低的前提下，实现产品的柔顺取送，又可以实现产品到达工位后的精确定位，满足自动化对接需求，同时，除AGV车外，皆采用机械结构实现，系统的可靠性和精度保持性较好；

2、设置对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块，实际使用的过程中，导向销模块先与货物进行接触，实现了货物的导向，导向销模块相对货物的导向精度在AGV车的定位精度范围内，在导向的过程中进行位置的矫正和纠偏，最终实现货物与定位销模块的配合，实现了高精度定位，定位销模块与货物是间隙配合，定位精度高，实现了精度定位的同时，保证了柔性的对接；

3、设置固定框和浮动框的结构，浮动的结构满足了导向销模块在对货物进行导向过程中，货物的移动和纠偏，X向弹簧和Y向弹簧限定了浮动框的浮动距离，限定了货物浮动的距离，避免大距离移动，保证下一个工序的精度，此设置的结构稳定性更高，X向弹簧和Y向弹簧的长度可设置为长度可调的结构，实现浮动框浮动距离大小的调节；

4、设置浮动框固定座和驱动气缸后，当货物放置到AGV车后，可提升货物相对AGV车的稳定性，提升货物在运输过程中的稳定性，尤其适用于大型重型货物的转运需求；

5、定位销模块相对定位框架立柱在X轴、Y轴和Z轴三个方向均可调整，有利于保证定位销轴块的垂直度，实现其与货物更精准的定位，导向销模块相对定位框架立柱在X轴、Y轴和Z轴三个方向均可调整，有利于保证导向销轴块的垂直度，使其能准备的与货物的固定框架接口对应，使得导向范围控制在AGV车的精度范围内，保证定位精度，然后进行导向，实现定位销模块的精确定位，提升精度，同时定位框架立柱相对定位框底板在X轴、Y轴和Z轴三个方向均可调整，进一步提升了调整的便利性和定位精度，三者重合设置，是递进的关系，可快速的精准的实现定位和导向。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明柔性对接及快速定位系统的结构示意图；

图2是本发明不含货物的柔性对接及快速定位系统的结构示意图；

图3是本发明定位框架的结构示意图；

图4是本发明定位销模块的结构示意图；

图4a是本发明销轴定位挡块的结构示意图；

图4b是本发明定位销轴块的结构示意图；

图5是本发明导向销模块的结构示意图；

图5a是本发明导向销轴块的结构示意图；

图6是本发明定位框架底部局部放大的结构示意图；

图6a是本发明立柱X向定位块的结构示意图；

图6b是本发明立柱Y向定位块的结构示意图；

图7是本发明柔性对接机构的结构示意图；

图7a是本发明浮动框定位机构的结构示意图；

图7b是本发明浮动框机械限位示意图；

图8是本发明货物的结构示意图；

图8a是本发明货物接口处的结构示意图；

图9是本发明定位架系统调试过程中的结构示意图；

图10是本发明定位销模块和导向销模块安装示意图；

图11是本发明AGV车实际位姿与理想位姿间的关系示意图；

图12是本发明柔性对接及快速定位系统实际工作的流程示意图。

附图标记：

100、定位架系统；101、定位框架；110、定位销模块；111、定位销轴块；111a、销轴块固定螺钉；11101、定位销；11102、定位销对接面；112、定位销轴块立柱安装座；113、销轴定位挡块；113a、销轴块调整螺钉；113b、销轴定位块固定螺钉；113c、销轴定位块定位销钉；11301、销轴挡块长圆孔；11302、销轴挡块销轴孔；11303、销轴挡块固定螺钉孔、11304、销轴挡块L臂；114、X向调整垫；115、Y向调整垫；116、Z向调整垫；117、接近开关；120、导向销模块；121、导向销轴块；12101、导向销；12102、导向销对接面；122、导向销轴块立柱安装座；130、定位框架立柱；140、定位框架底板；150、立柱X向调整块组；151、立柱X向定位块；151a、立柱X向调整垫；151b、立柱X向拉向螺钉；151bb、立柱X向推向螺钉；151c、立柱X向定位块定位销钉；15101、立柱X向长圆孔；15102、立柱X向销钉孔；15103、立柱X向螺纹孔；160、立柱Y向调整块组；161、立柱Y向定位块；161a、立柱Y向调整垫；161b、立柱Y向拉向螺钉；161c、立柱Y向定位块定位销钉；16101、立柱Y向长圆孔；16102、立柱Y向销钉孔；170、立柱Z向调整螺柱；180、定位框架立柱固定螺钉组；200、柔性对接系统；201、柔性对接机构；210、浮动框；220、X向弹簧；230、Y向弹簧；240、浮动框滑动底座；250、滑动球座；260、浮动框定位机构；261、驱动气缸；262、气缸固定框连接支架；263、浮动框固定座；264、固定销轴；270、浮动框机械限位；271、浮动框限位销；272、浮动框限位孔；280、固定框；290、固定框装调块；300、AGV车；400、货物；410、连接接口；420、转运货物；411、AGV接口；412、固定框架接口；413、货物定位接口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1～图12所示，柔性对接及快速定位系统，包括定位架系统100和转运结构，转运结构为AGV车300，也可以采用其他的转运结构，只要保证行进的精度在AGV车的精度范围内即可，AGV车300上设有柔性对接系统200，货物400在柔性对接结构的承载下从AGV车300转运到定位架系统100，AGV车300的种类不进行限制和设定，可以是轨道式AGV也可以是激光导航式，只要实现可以按照既定的轨迹进行前进即可，目前AGV车300是当下货物400智能转运的重要工具，但是AGV车300的精度是当下最难解决的问题，本申请就是解决AGV在转运过程中定位精度的问题，实现货物400的更精确对接；

定位架系统100包括对称设置的定位框架101，AGV的行进中心与定位架系统100的中心重合设置，每个定位框架101的上端均设有对货物400进行定位的定位销模块110和对货物400进行导向的导向销模块120，实际使用的过程中，导向销模块120先与货物400进行接触，实现了货物400的导向，导向销模块120相对货物400的导向精度在AGV车300的定位精度范围内，在导向的过程中进行位置的矫正和纠偏，最终实现货物400与定位销模块110的配合，实现了高精度定位，定位销模块110与货物400是间隙配合，定位精度高，实现了精度定位的同时，保证了柔性的对接；

柔性对接系统200包括对称的柔性对接结构，柔性对接结构包括固定框280和浮动框210，固定框280与AGV车300通过销结构可拆卸式定位设置，浮动框210设在固定框280的上端面且相对固定框280浮动设置，固定框280和浮动框210之间设有对浮动框210的浮动方向进行限位和柔性支撑的限位组件，在本申请中，限位组件包括X向弹簧和Y向弹簧，限位的方向可根据实际情况进行限定，可以是任意方向，对X轴方向进行限位的X向弹簧220，还有对浮动框210的Y轴方向进行限位的Y向弹簧230，浮动框210的上端设有对货物400进行定位的定位销模块110和对货物400进行导向的导向销模块120，浮动的结构满足了导向销模块120在对货物400进行导向过程中，货物400的移动和纠偏，X向弹簧220和Y向弹簧230限定了浮动框210的浮动距离，限定了货物400浮动的距离，避免大距离移动，此结构可承载大型货物400，大型货物如果移动距离过大，因为重量的作用，运动过程中惯性就会较大，在货物随着浮动框210浮动的过程中会造成货物的偏移，对晃动或者偏移有严格要求的零件来说，一定要避免货物400的晃动或者相对AGV车300的相对位移，保证下一个工序的精度，此装置的结构稳定性更高，X向弹簧220和Y向弹簧230的长度可设置为长度可调的结构，可以在X向弹簧220的一端设置驱动源，如气缸、油缸、电动推杆或电机丝杠结构，通过调节这些驱动源的位置，实现X向弹簧220或Y向弹簧230长度的变化，进行实现浮动框210浮动距离大小的调节。

优选地，两个定位框架101上的定位销模块110和导向销模块120成四角设置，且两个定位销模块110对角设置，同一个定位框架101上的定位销模块110和导向销模块120分散设置，浮动框210上的定位销模块110和导向销模块120分散设置在其上端面前进方向的两侧，AGV车上方的定位销模块110和导向销模块120成四角设置，且两个定位销模块110对角设置，此导向和定位更加精准，定位精度更高，货物400的下端设有与AGV车对接的AGV接口411，还设有固定框架接口412，AGV接口411和固定框架接口412的数量均为四个，其中两个与定位销模块110对应设置，另外两个与导向销模块120对应设置，如果货物400的下端没有对应的结构，在待转运货物400的下端设置对应的转接板和对应的接口即可，本发明中的结构可适用于多种货物400的转运需求。

优选地，定位销模块110包括定位销轴块立柱安装座112和定位销轴块111，定位销轴块111相对定位销轴块立柱安装座112在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接，定位销轴块111与固定框架接口412为间隙配合，导向销模块120的结构中使用导向销轴块121代替定位销轴块111设置，导向销轴块121的直径小于固定框架接口412的内径设置；更优选地，定位框架101包括定位框架立柱130和定位框架底板140，定位销模块110和导向销模块120设在定位框架立柱130的上端，定位框架立柱130上端的两侧设有感应货物400到位的接近开关117，定位框架底板140设在定位框架立柱130的下端，定位框架立柱130由型材焊接而成，定位框架立柱130相对定位框架底板140在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接，实现了定位框架101在X轴、Y轴和Z轴三个方向的调整，有利于AGV车300、货物400和固定框280架三者之间的协调装配，提升装配的精度。

优选地，浮动框210通过牛眼结构相对固定框280浮动，牛眼结构是现有的结构，可直接从市场上购买，也可以板结构嵌设钢球的结构，均可实现浮动的功能，浮动框210Y轴方向的两端的下方设有浮动框210限位销，固定框280上设有浮动框210限位孔，浮动框210限位销的直径小于浮动框210限位孔直径且间隙量为浮动框210的浮动量，浮动框210限位销伸入到浮动框210限位孔设置，除此之外，牛眼的结构也可被其他等效结构替代，在浮动框210下端的四角设置弹簧，弹簧在支撑的同时可实现位置偏移的限位，此时可增加限位块结构，限制浮动框210的位置变化。

优选地，X向弹簧220设在浮动框210架的中部，X向弹簧220的一端与浮动框210固定连接，另一端与固定框280连接，

X向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _x,max为沿X向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

优选地，Y向弹簧的数量为两个且二者成直线设置，Y向弹簧设在浮动框Y轴方向的中部，每个Y向弹簧的一端与浮动框固定连接，另一端与固定框连接，

Y向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _y,max为沿Y向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

优选地，X向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为：

；Y向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为

，计算方法如下：

Δx为AGV车沿X轴方向的位置误差，Δy为AGV车沿Y轴方向的位置误差，

为AGV车绕Z轴的转角误差，s为同一个定位框架上的定位销模块和导向销模块的两个销轴轴线距离，与货物上的固定框架接口宽度方向距离相同，l为不同定位框架上相对的定位销模块和导向销模块的销轴轴线距离。

优选地，浮动框210上设有浮动框固定座263，固定框280上设有气缸固定框连接支架262，气缸固定框连接支架262上设有驱动气缸261，驱动气缸261的出力轴端设有固定销轴264，固定销轴264伸入到浮动框固定座263中设置且二者间隙配合，增加浮动框固定座263和驱动气缸261后，当货物400放置到AGV车后，可提升货物400相对AGV车的稳定性，提升货物400在运输过程中的稳定性，尤其适用于大型重型货物400的转运需求。

优选地，固定框280的两端设有固定框装调块290，固定框装调块290的内部设有滑动轴承，设置在AGV车300上的定位销伸入到滑动轴承内设置，固定框装调块290相对固定框280在X向和Y向可拆卸式定位设置，此结构可提升固定框280相对AGV车300的组装精度和效率，实现二者之间高精度的快速安装。

如图1、图2所示，柔性对接及快速定位系统，包括定位架系统100、柔性对接系统200、AGV车300和货物400，定位架系统100包括两个结构形式相同的定位框架101，定位框架101底部设有可通过地脚螺栓、化学螺栓或其他具有等价功能的器件与地面固定的接口，定位框架101顶部设有能够为货物400到位后提供对接和支撑的接口，柔性对接系统200包括两个结构形式相同的柔性对接机构201，柔性对接机构201底部设有能够通过螺栓、销轴或其他具有等价功能的器件与AGV车300连接的接口，柔性对接机构201顶部设有能够为货物400转运过程中提供对接和支撑的接口。

如图3所示，定位框架101包括定位销模块110、导向销模块120、定位框架立柱130、定位框架底板140、立柱X向调整块组150、立柱Y向调整块组160、立柱Z向调整螺柱170和定位框架立柱固定螺钉组180，优选地，两套立柱X向调整块组150，四套立柱Y向调整块组160，四套立柱Z向调整螺柱170。

如图4、图4a和图4b所示，定位销模块110包括定位销轴块111、销轴块固定螺钉111a、定位销轴块立柱安装座112、销轴定位挡块113、销轴块调整螺钉113a、销轴定位块固定螺钉113b、销轴定位块定位销钉113c、X向调整垫114、Y向调整垫115、Z向调整垫116和接近开关117，定位销轴块111包括定位销11101和定位销对接面11102，销轴定位挡块113包括销轴挡块长圆孔11301、销轴挡块销轴孔11302、销轴挡块固定螺钉孔11303和销轴挡块L臂11304。

如图5和图5a所示，导向销模块120包括导向销轴块121、销轴块固定螺钉111a、导向销轴块立柱安装座122、销轴定位挡块113、销轴块调整螺钉113a、销轴定位块固定螺钉113b、销轴定位块定位销钉113c、X向调整垫114、Y向调整垫115、Z向调整垫116和接近开关117，导向销轴块121包括导向销12101和导向销对接面12102。

如图6、图6a和图6b所示，立柱X向调整块组150包括：立柱X向定位块151、立柱X向调整垫151a、立柱X向拉向螺钉151b、立柱X向推向螺钉151bb、立柱X向定位块定位销钉151c，立柱Y向调整块组160包括：立柱Y向定位块161、立柱Y向调整垫161a、立柱Y向拉向螺钉161b、立柱Y向定位块定位销钉161c；立柱X向定位块151包括，立柱X向长圆孔15101、立柱X向销钉孔15102和立柱X向螺纹孔15103，立柱Y向定位块161包括立柱Y向长圆孔16101和立柱Y向销钉孔16102，其中，立柱X向长圆孔15101、立柱Y向长圆孔16101可以是任何具有微调功能的结构或机构。

如图7所示，柔性对接机构201包括定位销模块110、导向销模块120、浮动框210、X向弹簧220、Y向弹簧230、浮动框滑动底座240、滑动球座250、浮动框定位机构260、浮动框机械限位270、固定框280和固定框装调块290，其中X向弹簧220和Y向弹簧230可以是气动弹簧、拉伸弹簧、压缩弹簧等可实现弹性的类似单元或零部件，该处优选氮气弹簧；滑动球座250可以是万向球、球轴承等可实现在平面上低摩擦运动的类似单元或零部件，该处优选万向球，优选在固定框280按四角分布安装四个滑动球座的方案；浮动框定位机构260可以是手动/气动/电动驱动的销轴、电磁固定等可实现对浮动框210固定的类似单元或零部件，该处优选气动驱动销轴，浮动框滑动底座240优选采用高强度高耐磨材料，通过螺钉与浮动框210连接，该处优选四个浮动框滑动底座240安装于浮动框210的四个角且与滑动球座250相对应，并通过调整浮动框滑动底座240和浮动框210间的垫片，实现浮动框210与至少3个滑动球座250接触连接。

如图7所示，定位销模块110和导向销模块120安装在浮动框210上，其装调方式和结构形式与定位架系统100上的定位销模块110和导向销模块120相同。

如图7所示，X向弹簧220和Y向弹簧230一端与固定框280通过螺钉或销轴等方式固定连接，另一端与浮动框210通过螺钉或销轴等方式固定连接。

如图7a所示，浮动框定位机构260包括驱动气缸261、气缸固定框连接支架262、浮动框固定座263、固定销轴264。驱动气缸261的缸桶与固定框280通过螺钉方式固定连接；固定销轴264与缸杆固定连接，通过驱动气缸261驱动插入浮动框固定座263上的销孔，实现对浮动框210的固定。

如图7b所示，浮动框机械限位270包括浮动框限位销271和浮动框限位孔272。其中，浮动框限位销271通过螺钉安装于浮动框210上，浮动框限位孔272结构在固定框280上通过加工实现。浮动框限位销271和浮动框限位孔272的直径差大于X向弹簧220和Y向弹簧230中的形变最大值。

如图7所示，固定框装调块290通过其上的销轴孔与AGV车300上的销轴连接定位，其装调方法和结构形式与定位销模块110（或导向销模块120）的相同。

如图8和图8a所示，货物400包括连接接口410和转运货物420，连接接口410包括AGV接口411、固定框架接口412、货物定位接口413，AGV接口411和固定框架接口412为销轴孔，与定位销11101直径尺寸存在公差配合关系，公差配合根据货物准确定位要求选取。在长度方向，同侧两个AGV接口411间的距离为l1，同侧两个固定框架接口412间的距离为l。在宽度方向上，同侧两个AGV接口411间的距离为s1，同侧两个固定框架接口412间的距离为s，货物定位接口413与转运货物420间采用多点销轴定位方式或相似结构方式实现。

如图6、图6a、图6b和图9所示，定位框架立柱130的安装方法为：

对立柱X向调整块组150来说，通过立柱X向定位块定位销钉151c将立柱X向定位块151通过立柱X向销钉孔15102与定位框架底板140固定，在此优选两个立柱X向定位块定位销钉151c。立柱X向拉向螺钉151b穿过立柱X向定位块151上的立柱X向长圆孔15101与定位框架立柱130通过螺纹连接，立柱X向长圆孔15101尺寸满足立柱X向拉向螺钉151b安装、定位框架立柱130沿X轴、Y轴和Z轴的调整。立柱X向推向螺钉151bb与立柱X向定位块151通过立柱X向螺纹孔15103连接，并与定位框架立柱130侧面接触连接。通过旋转立柱X向拉向螺钉151b可拉动定位框架立柱130沿X负向的运动，通过旋转立柱X向推向螺钉151bb可推动定位框架立柱130沿X正向的运动，两组立柱X向调整块组150配合使用，可实现定位框架立柱130沿X轴移动和绕Z轴转动。

对于定位框架立柱Y向调整块组160来说，通过立柱Y向定位块定位销钉161c将立柱Y向定位块161通过立柱Y向销钉孔16102与定位框架底板140固定，在此优选两个立柱Y向定位块定位销钉161c。立柱Y向拉向螺钉161b穿过立柱Y向定位块161上的立柱Y向长圆孔16101与定位框架立柱130通过螺纹连接，立柱Y向长圆孔16101的尺寸满足立柱Y向拉向螺钉161b安装、定位框架立柱130沿沿X轴、Y轴和Z轴的调整。通过旋转立柱Y向拉向螺钉161b实现拉拽定位框架立柱130的动作，四组定位框架立柱Y向调整块组160配合使用可实现定位框架立柱130沿Y轴移动和绕Z轴转动。

对立柱Z向调整螺柱170来说，穿过定位框架立柱130上对应的螺纹孔与定位框架底板140接触连接。通过旋转立柱Z向调整螺柱170可实现定位框架立柱130沿Z轴移动、绕X轴转动和绕Y轴转动。

通过立柱X向调整块组150、立柱Y向调整块组160和立柱Z向调整螺柱170实现两个定位架系统100沿X轴、沿Y轴、沿Z轴相对位置关系的粗调整。调整完毕后，安装并压紧合适厚度和形状的立柱X向调整垫151a和立柱Y向调整垫161a、锁紧立柱Z向调整螺柱170上的锁紧螺母、锁紧所有定位框架立柱固定螺钉组180，实现对两套定位框架立柱130位置和姿态的固定。

如图6、图6a、图6b和图9所示，定位框架立柱130的位置和姿态调整方法为：

沿X轴平移：以同一方向旋转两个立柱X向拉向螺钉151b转动相同圈数或距离可实现沿负X轴向运动，以同一方向旋转两个立柱X向推向螺钉151bb转动相同圈数或距离可实现沿正X轴向运动。

沿Y轴平移：以同一方向旋转同侧的两个立柱Y向拉向螺钉161b转动相同圈数或距离可实现沿正Y轴向或负Y轴向的运动。

沿Z轴平移：以同一方向旋转四个立柱Z向调整螺柱170转动相同圈数或距离可实现沿正Z轴向或负Z轴向的运动。

绕X轴转动：以同一方向旋转短边一侧的两个立柱Z向调整螺柱170转动相同圈数或距离，同时以相反方向旋转短边另一侧的两个立柱Z向调整螺柱170转动相同圈数或距离。（定义：两个立柱Z向调整螺柱170连线与X轴平行的边为短边，两个立柱Z向调整螺柱170连线与Y轴平行的边为长边）

绕Y轴转动：以同一方向旋转长边一侧的两个立柱Z向调整螺柱170转动相同圈数或距离，同时以相反方向旋转长边另一侧的两个立柱Z向调整螺柱170转动相同圈数或距离。（定义：两个立柱Z向调整螺柱170连线与X轴平行的边为短边，两个立柱Z向调整螺柱170连线与Y轴平行的边为长边）

绕Z轴转动：方法1：转动一个立柱X向拉向螺钉151b拉动定位框架立柱130同时，转动一个立柱X向推向螺钉151bb推动定位框架立柱130；方法2：转动一侧的一个立柱Y向拉向螺钉161b同时，转动另一侧对角的立柱Y向拉向螺钉161b。

如图4、图4a、图4b、图5、图5a、图9和图10所示，定位销模块110和导向销模块120的安装方法为：

对定位架系统100而言，定位框架101上的定位销模块110和导向销模块120按照对角方式安装。对单个定位框架101而言，定位销模块110和导向销模块120的两个销轴轴线距离s与货物400上的对接接口宽度方向距离相同。对两个定位框架101而言，相对的两个定位销模块110和导向销模块120的两个销轴轴线距离l与货物400上的对接接口长度方向距离相同。（定义：宽度指同一定位框架101上的定位销模块110和导向销模块120的连线，长度指不同定位框架101上的定位销模块110和导向销模块120的连线）

对定位销模块110而言，通过销轴定位块定位销钉113c将销轴定位挡块113与定位销轴块立柱安装座112定位，通过销轴定位块固定螺钉113b将销轴定位挡块113与定位销轴块立柱安装座112固定，在此优选两个销轴定位块定位销钉113c和四个销轴定位块固定螺钉113b且分别位于销轴定位挡块113的销轴挡块L臂11304两臂上。销轴块调整螺钉113a穿过销轴挡块L臂11304与定位销轴块111通过螺纹连接，销轴挡块L臂11304尺寸满足销轴块调整螺钉113a安装、定位销轴块111沿X轴、Y轴和Z轴的调整。通过旋转销轴挡块L臂11304两臂上的销轴块调整螺钉113a可以拉动定位销轴块111沿X轴和Y轴的运动。调整完毕后，通过销轴块固定螺钉111a将定位销轴块111固定、销轴定位块固定螺钉113b将销轴定位挡块113固定。

如图5和图5a所示，对导向销模块120而言，其调整方法与定位销模块110相同。

如图4、图4a、图4b、图5、图9和图10所示，定位销模块110和导向销模块120的位置和姿态调整方法为：

（一）：(1) 放松所有销轴块固定螺钉111a和销轴定位块固定螺钉113b，将对接接口调整完毕的货物400落于销轴上；(2) 调整X向调整垫114、Y向调整垫115和Z向调整垫116的尺寸和形状，使定位销轴块111上的定位销11101与固定框架接口412间良好配合和顺滑对接，导向销轴块121上的导向销12101轴线与固定框架接口412轴线基本重合，所有定位销对接面11102和导向销对接面12102处于同一平面且与连接接口410上的底平面重合；(3)先后紧固销轴定位块固定螺钉113b和销轴块调整螺钉113a；(4) 紧固销轴块固定螺钉111a。

（二）：对定位销模块110和导向销模块120微调的方法。

沿X轴平移：旋转销轴挡块L臂11304上平行于Y轴的臂上的销轴块调整螺钉113a。

沿Y轴平移：旋转销轴挡块L臂11304上平行于X轴的臂上的销轴块调整螺钉113a。

沿Z轴平移：调整Z向调整垫116的形状和厚度。

绕X轴转动：调整Z向调整垫116的形状和厚度。

绕Y轴转动：调整Z向调整垫116的形状和厚度。

绕Z轴转动：调整X向调整垫114和Y向调整垫115的形状和厚度。

通过对定位框架立柱130位置和姿态的粗调整以及定位销模块110和导向销模块120位置和姿态的精调整，可实现s和l尺寸及所有定位销对接面11102和导向销对接面12102共面的精确调整，达到确定相对位置和姿态的功能，进而实现货物400每次到位后具有相同的位置和姿态。

如图7所示，X向弹簧220和Y向弹簧230安装初始力计算公式如下，其设计或选型时应不小于计算值：

X向弹簧220安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框210的质量，m ₂为货物400的质量，a _x,max为沿X向的最大加速度，μ为浮动框210与滑动球座250间的摩擦系数，g为重力加速度。

Y向弹簧230安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框210的质量，m ₂为货物400的质量，a _y,max为沿Y向的最大加速度，μ为浮动框210与滑动球座250间的摩擦系数，g为重力加速度。

如图11所示， AGV车300存在沿X轴方向的位置误差Δx、沿Y轴方向的位置误差Δy和绕Z轴的转角误差

则对接接口沿X轴的位置误差

和Y轴的位置误差

分别为：

因此，X向弹簧220和Y向弹簧230的行程根据AGV车300的定位误差分别确定为：

，

，s为同一个定位框架上的定位销模块和导向销模块的两个销轴轴线距离，与货物上的对接接口固定框架接口宽度方向距离相同，l为不同定位框架上相对的定位销模块和导向销模块的销轴轴线距离。

如图12所示，送货和取货的实施过程如下：

1. AGV车300携带货物400到达定位架系统100前的工位指定准备区，并通过AGV车300上的升降装置将货物400的固定框架接口412顶升至定位架系统100最高点以上；

2. AGV车300在自身导航定位系统控制下，进入定位架系统100内的固定位置，并调节至固定框架接口412的四个销轴孔皆在定位架系统100的对应的定位销模块110和导向销模块120上方；

3. AGV车300的升降装置下降，使货物400与定位架系统100上的定位销模块110和导向销模块120连接，并触发其上的接近开关117实现对对接状态的确认。AGV车300的升降装置下降至柔性对接系统200最高点低于AGV接口411的最低面，使柔性对接系统200上的定位销模块110和导向销模块120与货物400脱开，并通过其上接近开关117实现对脱开状态的确认。下降过程中，柔性对接系统200通过沿X轴和Y轴的平动适应因AGV车300定位偏差造成的对接误差，并借助X向弹簧220和Y向弹簧230对运动冲击进行缓冲，实现柔性对接；

4. AGV车300退出定位架系统100，其他执行系统开展工位内的工作。

5. 取货过程为1～4过程的逆过程。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.柔性对接及快速定位系统，其特征在于：包括定位架系统和转运结构，所述转运结构上设有柔性对接系统，货物在所述柔性对接系统的承载下从所述转运结构转运到定位架系统；

所述定位架系统包括对称设置的定位框架，货物的竖直中心面与所述定位架系统的竖直中心面重合设置，每个所述定位框架的上端均设有对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块；所述柔性对接系统包括对称的柔性对接结构，所述柔性对接结构包括固定框和浮动框，所述固定框与所述转运结构可拆卸式定位设置，所述浮动框设在所述固定框的上端面且相对所述固定框浮动设置，所述固定框和浮动框之间设有对所述浮动框的浮动方向进行限位和柔性支撑的限位组件，所述浮动框的上端设有对货物进行定位的定位销模块和对货物进行导向的导向销模块。

2.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：两个所述定位框架上的定位销模块和导向销模块成四角设置，且所述定位框架上的两个定位销模块对角设置，同一个所述定位框架上的定位销模块和导向销模块分散设置，所述浮动框上的定位销模块和导向销模块分散设置在其上端面前进方向的两侧，所述转运结构为AGV车，货物的下端设有与所述AGV车对接的AGV接口，还设有固定框架接口，所述AGV接口和固定框架接口的数量均为四个，其中两个与定位销模块对应设置，另外两个与导向销模块对应设置。

3.根据权利要求2所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：所述定位销模块包括定位销轴块立柱安装座和定位销轴块，所述定位销轴块相对定位销轴块立柱安装座在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接，所述定位销轴块与所述固定框架接口为间隙配合。

4.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：所述定位框架包括定位框架立柱和定位框架底板，所述定位框架上的所述定位销模块和导向销模块设在所述定位框架立柱的上端，定位框架立柱上端的两侧设有感应货物到位的接近开关，所述定位框架底板设在所述定位框架立柱的下端，所述定位框架立柱由型材焊接而成，所述定位框架立柱相对所述定位框架底板在X轴、Y轴和Z轴方向可调式固定连接。

5.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：所述浮动框通过牛眼结构相对固定框浮动，所述浮动框Y轴方向的两端的下方设有浮动框限位销，所述固定框上设有浮动框限位孔，所述浮动框限位销的直径小于所述浮动框限位孔直径且间隙量为所述浮动框的浮动量，所述浮动框限位销伸入到所述浮动框限位孔设置。

6.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：限位组件包括X轴方向的X向弹簧，所述X向弹簧设在所述浮动框的中部，所述X向弹簧的一端与所述浮动框固定连接，另一端与所述固定框连接，

X向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _x,max为沿X向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

7.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：限位组件包括Y轴方向的Y向弹簧，所述Y向弹簧的数量为两个且二者成直线设置，所述Y向弹簧设在所述浮动框Y轴方向的中部，每个所述Y向弹簧的一端与所述浮动框固定连接，另一端与所述固定框连接，

Y向弹簧安装初始力计算方法：

其中，m ₁为浮动框的质量，m ₂为货物的质量，a _y,max为沿Y向的最大加速度，μ为浮动框与滑动球座间的摩擦系数，g为重力加速度。

8.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：限位组件包括X轴方向的X向弹簧和Y轴方向的Y向弹簧，X向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为：

；Y向弹簧的行程根据AGV车的定位误差确定为

，计算方法如下：

Δx为AGV车沿X轴方向的位置误差，Δy为AGV车沿Y轴方向的位置误差，

为AGV车绕Z轴的转角误差，s为同一个定位框架上的定位销模块和导向销模块的两个销轴轴线距离，与货物上的固定框架接口宽度方向距离相同，l为不同定位框架上相对的定位销模块和导向销模块的销轴轴线距离。

9.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：所述浮动框上设有浮动框固定座，所述固定框上设有气缸固定框连接支架，所述气缸固定框连接支架上设有驱动气缸，所述驱动气缸的出力轴端设有固定销轴，所述固定销轴伸入到所述浮动框固定座中设置且二者间隙配合。

10.根据权利要求1所述的柔性对接及快速定位系统，其特征在于：所述固定框的两端设有固定框装调块，所述固定框装调块的内部设有滑动轴承，设置在AGV车上的定位销伸入到所述滑动轴承内设置，所述固定框装调块相对所述固定框在X向和Y向可拆卸式定位设置。

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