CN111232092B - 组合使用的两轮自动导引车辆 - Google Patents

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Abstract

一种自动导引车辆(可以包括：电动机、车轮、电动机控制器和耦接到细长框架的电池。可以在所述细长框架的相对侧安装两个车轮。所述车轮可以耦接到电动机，所述电动机可以由电动机控制器控制。所述电动机和电动机控制器可以附接到所述框架，可以在所述自动导引车辆框架的中心部分安装连接器凸缘。使用连杆将多个自动导引车辆耦接在一起。在两个自动导引车辆的实施例中，可以自动导引车辆在平台的中心线上的前部和后部安装所述自动导引车辆。在四个自动导引车辆的实施例中，前宽度、后宽度、左长度和右长度连杆可以形成一个平行四边形，其中自动导引车辆耦接到所述平行四边形的四个角中的每个角上。

Description

组合使用的两轮自动导引车辆
技术领域
本发明的领域是机器人化制造中的工艺流程、产品设计和装配优化的物理操作。
背景技术
在机器人化制造中，系统的配置必须考虑与工艺流程、产品设计和装配优化的物理操作。机器人化制造可以包括自动导引车辆(AGV)，所述自动导引车辆是一种便携式机器人，所述便携式机器人可以跟踪地面上的标记或电线，或者使用视觉、磁体或激光进行导航。自动导引车辆常常用于工业应用中，用于在制造工厂或仓库周围移动材料。自动导引车辆系统可以包括多个电池供电的自动导引车辆，所述自动导引车辆可以沿着预先定义的导引路径导航。自动导引车辆可以在工厂中使用多种导引技术进行导航，包括地表安装的磁带或磁条、激光器、光学传感器以及基于磁体/陀螺仪的惯性导引。这些导引技术易于改变自动导引车辆的路径，并响应于灵活的和可扩展的材料处理方案的工厂变化而扩展自动导引车辆系统。机器人化制造需要高度的自动化和灵活的制造系统，对车间内的自动化物流和配送方法提出了许多要求：低成本、高可靠性、自动导引车辆系统的灵活性。尽管各个自动导引车辆可以用于运输有效载荷，但在其他实施例中，较大的有效载荷可能需要多个自动导引车辆进行运输。需要改进自动导引车辆，所述自动导引车辆可以相互协作以运输容器和物体。
发明内容
根据本发明，提供了一种机器人运输设备，所述机器人运输设备包括：多个自动导引车辆，其中所述自动导引车辆中的每个自动导引车辆都具有由左电动机驱动的左车轮、由右电动机驱动的右车轮、控制所述左电动机和所述右电动机的电动机控制器以及耦接到框架的具有竖直旋转轴线的旋转联轴器；多个连杆，所述多个连杆中的每个连杆将所述多个自动导引车辆中的两个自动导引车辆耦接到一起；其中，所述旋转联轴器允许所述多个连杆中的每个连杆相对于所述自动导引车辆旋转。每个自动导引车辆优选包括耦接到左电动机的左车轮和耦接到右电动机的右车轮。所述左车轮的旋转轴线可以与所述右车轮的旋转轴线对准。所述电动机可以是无刷直流电动机，其可以通过行星齿轮耦接到所述车轮。电动机控制单元可以具有无线射频通信，并且所述电动机控制单元可以控制所述左电动机和右电动机。所述左电动机、右电动机和可充电电池可以安装在框架上。有效载荷保持器柱可以安装在所述框架的中心部分上，并且连接器接头可以安装在所述有效载荷保持器柱的顶部上。所述框架和电池可以在所述车轮的旋转轴线下方，所以这些部件的重量导致自动导引车辆保持直立。更具体地，所述自动导引车辆的重心可以在所述旋转轴线下方，因此所述自动导引车辆通常将旋转到直立位置。
附加地或使用替代机构来平衡自动导引车辆，可以提供倾斜传感器和/或陀螺仪传感器以检测所述自动导引车辆的角度和旋转运动。所述倾斜传感器和陀螺仪传感器可以与处理器通信，所述处理器可以控制使车轮旋转的电动机，所述车轮可以根据需要向前驱动或向后驱动，以将所述自动导引车辆的俯仰返回到直立位置。在一些实施例中，所述自动导引车辆可以使用无刷直流电动机，所述无刷直流电动机耦接到各个车轮，所述无刷直流电动机可以由锂离子或其他可充电电池供电。
所述自动导引车辆可以检测所述自动导引车辆的竖直角度或直立角度。如果所述自动导引车辆的竖直角度不在预定角度范围内，则所述电动机控制器可以调整车轮的移动以校正所述自动导引车辆的竖直角度并防止所述自动导引车辆车身翻转。例如，在一个实施例中，所述控制器可以要求所述自动导引车辆在相对于直立90度的10度范围内。可以将加速度计配置为竖直和水平定向，并且竖直和水平加速度计的输出可以用于确定所述自动导引车辆的竖直角度。如果在所述自动导引车辆移动时，所述自动导引车辆向后倾斜太远，则所述电动机控制器可以使电动机和车轮减速，从而减速力使所述自动导引车辆绕车轮轴线旋转到更直立的位置，回到预定的竖直角度范围内。
所述自动导引车辆可以由自动导引车辆控制器独立控制，以移动所述机器人运输设备。所述自动导引车辆控制器可以协调耦接在一起的自动导引车辆的运动。在两个自动导引车辆的布置中，两个自动导引车辆可以在平台的中心线处耦接于所述平台。所述自动导引车辆可具有从所述自动导引车辆的上表面延伸的连接器凸缘。平台的宽度可以与所述自动导引车辆的宽度相同。前自动导引车辆可以耦接到所述平台的前部，而后自动导引车辆可以耦接到所述平台的后部。所述自动导引车辆控制器可以独立控制所述机器人运输设备的各个电动机和车轮。为了转向每个自动导引车辆，一个车轮可以比相对的车轮更快地旋转。例如，当左车轮旋转得比右车轮快时，所述自动导引车辆将转向右边。所述自动导引车辆可以在所述平台下自由旋转。可以控制所述后自动导引车辆，使其保持与所述平台对准并跟随所述前自动导引车辆。
在其他实施例中，所述机器人运输设备可以包括四个自动导引车辆，所述自动导引车辆可以通过连杆耦接在一起，所述连杆包括左长度连杆、右长度连杆、前宽度连杆和后宽度连杆。在一个实施例中，所述连杆可以通过竖直定向的圆柱形柱耦接在一起。所述连杆可包括两个或更多个竖直孔，所述竖直孔彼此平行。所述孔可以在所述连杆的末端。在所述组装构造中，所述连杆可以与在所述平行四边形的各个角处的自动导引车辆形成平行四边形。所述柱可以竖直延伸并穿过所述连杆端部的孔，并允许所述连杆相对于彼此旋转。所述平行四边形的每个角处的柱可以向下延伸，并放置在每个所述自动导引车辆的竖直孔中。
所述自动导引车辆控制器可以控制每个自动导引车辆的每个车轮，以控制所述机器人运输设备的配置。在运输配置中，所述连杆可以形成矩形，可以在其上放置矩形结构。当所述机器人运输设备行经受控路径时，自动导引车辆控制器可以控制所述自动导引车辆，以保持所述连杆的矩形形状。在一些实施例中，可能期望将所述连杆的形状改变为较窄的平行四边形。所述自动导引车辆控制器可能会使所述自动导引车辆的运动将四个连杆的形状改变为更窄的或更宽的平行四边形。
在一个实施例中，所述自动导引车辆顶部的孔可以耦接到拖挂机构中，所述拖挂机构集成在所述自动导引车辆中。所述自动导引车辆中的孔可以是头管内的连接器接头，所述头管具有内部圆柱形表面。所述头管可围绕上旋转构件和下旋转构件。保持器座(holder cup)可放置在所述上旋转构件和所述下旋转构件内，并且所述保持器座可在头管内旋转。在不同的实施例中，所述上旋转构件和所述下旋转构件可以是衬套、轴承(滚子或滚珠)或任何允许所述保持器座在所述头管内以较低摩擦方式旋转的结构。在一个实施例中，所述上旋转构件可以是径向轴承，所述下旋转构件可以是推力轴承，所述推力轴承可以提供径向支撑和轴向支撑，所述轴向支撑可以抵抗所述连接器的向下的力。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1显示了自动导引车辆的实施例的正视图；
图2显示了自动导引车辆的实施例的俯视图；
图3显示了自动导引车辆的实施例的透视图；
图4显示了具有覆盖物的自动导引车辆的实施例的透视图；
图5显示了具有平台的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视透视图；
图6显示了具有平台的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的侧视图；
图7显示了具有平台和在平台下方的容器的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的侧视图；
图8显示了耦接到平台的、其中前自动导引车辆转向而后自动导引车辆直行的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视图；
图9显示了具有平台的、其中前自动导引车辆和后自动导引车辆平行转向的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视图；
图10显示了具有平台的、其中前自动导引车辆沿一个方向转向而后自动导引车辆沿相反方向转向的两个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视图；
图11显示了在所述自动导引车辆之间具有四个连杆的四个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视图；
图12显示了具有放置在所述自动导引车辆之间连杆上的容器的四个自动导引车辆机器人运输设备的实施例的俯视透视图；
图13显示了处于窄配置的、其中自动导引车辆未对齐的四个自动导引车辆机器人运输设备的实施例；
图14显示了处于窄配置的、其中自动导引车辆变成对齐的四个自动导引车辆机器人运输设备的实施例；
图15显示了组装四个自动导引车辆机器人运输设备的机器人；
图16显示了拖挂连接机构的实施例的截面图；
图17显示了拖挂连接机构的实施例的分解图；
图18和19显示了环形弹性体保持器、壳体和圆形垫片的截面图。
具体实施方式
图1显示了自动导引车辆10的实施例的正视图、图2显示了其俯视图、图3显示了其透视图，自动导引车辆的10可以具有两个车轮63，每个车轮63由电动机53驱动。在一个实施例中，电动机53可以是无刷直流(BLDC)电动机。电动机53由可充电电池57供电并且由电动机控制器55控制。电动机控制器55可以包括主控制器电路和电力开关机构。例如，电动机控制器55可以包括诸如Arduino(RTM)控制器的通用中央处理单元(CPU)和安装有通用输入/输出(GPIO)的驱动器。对于安装在自动导引车辆10上的其他设备(例如机器人装置、主动夹持器、保持器、摄像机、传感器等)，所述中央处理单元可能还起到控制单元的作用。
所述中央处理单元可以用作自动导引车辆定位和导航算法的计算资源。自动导引车辆10还可包括具有无线网络的通信装置。例如，通信机制可以是射频(RF)设备，例如Wi-Fi机制或任何其他RF通信收发器系统。在一个实施例中，系统控制器可以将导航控制发送到多个自动导引车辆，并且每个自动导引车辆10可以将位置信息发送回所述系统控制器，以反馈所述多个自动导引车辆的位置。
自动导引车辆10还可包括电池57和电池监视系统。因为电池57可以具有大的重量，所以它们可以安装在框架67下方，在车轮63的旋转中心或旋转轴线以下。电池57的重量可以帮助使自动导引车辆10被动地保持在直立位置。可以对电池57充电并且可以对自动导引车辆10进行操作。根据使用情况，当电池57完全放电或耗尽时，可以更换电池57。可替代地，可以通过将自动导引车辆10移动到充电站来对电池57进行充电，从而可以给电池57充电。
在所显示的实施例中，电动机53和电动机控制器55可以安装在矩形框架67的上平面上，所述矩形框架的上平面可以低于车轮63的旋转轴线。在一个实施例中，可以在框架67的周围放置保护材料。所述保护材料可以防止在发生碰撞时损坏自动导引车辆10。
有效载荷保持器柱69可以安装到矩形框架67的上表面的中心。旋转分解器71的下部可以附接到有效载荷保持器柱69的上端或有效载荷保持器柱69的一部分，而连接器凸缘73可以耦接到旋转分解器71的上部，所述旋转分解器71的上部可以是旋转联轴器。因此，连接器凸缘73可以绕竖直Z轴相对于有效载荷保持器柱69和框架67自由旋转。连接器凸缘73可以耦接到其他物体，并且用作自动导引车辆10的牵引连接。
电动机53可以耦接到冷却板65，所述冷却板65可以是可以散热的散热器，并且将电动机53和其他自动导引车辆10的部件保持在最佳工作温度内。冷却板65可包括多个翅片，所述翅片提供了较大的暴露面积，用于从固体金属表面到环境空气的对流传热。冷却板65用作被动热交换器。在其他实施例中，可以通过主动冷却系统来改善自动导引车辆10部件的冷却，所述主动冷却系统可以包括风扇，所述风扇可以使冷却空气在冷却板65的散热翅片上流通。
电动机53可以直接连接到车轮，或者可以连接到行星齿轮组件，所述行星齿轮组件耦接到车轮63。在一个实施例中，所述行星齿轮组件可以由太阳齿轮和行星齿轮组成，所述太阳齿轮和行星齿轮安装成使得所述行星齿轮的中心绕所述太阳齿轮的中心旋转。所述行星齿轮和所述太阳齿轮啮合，从而其节圆滚动而不会打滑。可以组装行星齿轮系，使得所述行星齿轮在固定外齿轮环或齿圈(有时称为环形齿轮)的节圆内滚动。在这种情况下，由所述行星齿轮的节圆上的点跟踪的曲线是摆线。所述行星齿轮传动装置可以减小电动机53的传输到车轮63的旋转速度。在一个实施例中，自动导引车辆10可以具有制动系统，所述制动系统可以具有各种不同的实施方式。例如，在一个实施例中，自动导引车辆10可以具有集成的视觉或物体侦测机制。当侦测到即将发生碰撞时，自动导引车辆10可以致动制动机构，以立即停止自动导引车辆10的运动。
当建议的两轮自动导引车辆机器人平台用作单个单元时，必须保证竖直位置。使用两种类型的稳定：被动和主动。当机器人的质心在车轮的轴线下方时，通过设备的组成可以确保被动稳定，这可以使载荷以相对较小的加速度(值取决于特定的实施方式)移动，而不会造成明显的质心偏移(数值取决于实现方式，应不大于轴下方质量的重量)而不会导致机器人倾覆。为了确保被动稳定，机器人的惯性力矩必须高于驱动轮上的力矩，这使得机器人成为摆锤，其静止状态由质心的位置确定。
当有效载荷使系统的质心移动到所述驱动轮的轴线上方时，需要主动稳定，从而创建一个倒立摆锤系统。通过驱动轮电动机的脉冲控制来平衡所述系统，并通过惯性测量单元(IMU)确定机器人在空间中的位置数据。在一些实施方式中，陀螺模块可以用于该目的。在更便宜的实施方式中，通过平衡驱动轮加速度来控制扭矩。
在一个实施例中，自动导引车辆10可以具有稳定系统，所述稳定系统可以是电动机控制器55的一部分。稳定系统可以包括用于检测自动导引车辆10方向的加速度计。例如，加速度计可以安装在X和Z方向上，以检测自动导引车辆10的竖直或直立角度。如果自动导引车辆10的竖直角度不在预定角度范围内，则电动机控制器55可以调整车轮63的运动来校正自动导引车辆10的竖直的直立角，并防止所述自动导引车辆车身翻转。例如，所述控制器可以要求所述自动导引车辆在直立90度的10度内或更少度内。如果在所述自动导引车辆移动时，自动导引车辆10绕y轴前后旋转太远，则电动机控制器55可以调整电动机53和车轮63的旋转速度，以使所述自动导引车辆10在预定角度范围内返回直立位置，而框架67在水平位置。
建议的自动导引车辆机器人可能是陀螺稳定的。在参考图1的实施例中，自动导引车辆10可以是陀螺稳定的并且具有陀螺仪，所述陀螺仪可以是耦接到陀螺仪电动机79的旋转盘77。所述陀螺仪可以由任何质量组成，通常是耦接到电动机79的盘77或车轮。所述陀螺仪可以安装在框架67的下部周围。旋转盘77可以保持其方向，并且可以自动抵消框架67和自动导引车辆10绕竖直Z轴的不必要的旋转运动。在其他实施例中，陀螺仪可以安装在框架67之内或之下。
附加地或使用替代机构来平衡自动导引车辆10，可以提供倾斜传感器81和/或陀螺仪传感器83来检测自动导引车辆10的角度和旋转运动。倾斜传感器81和陀螺仪传感器83可以与处理器控制器55通信，处理器控制器55可以控制电动机53，电动机53使车轮63旋转，车轮63根据需要向前或向后驱动，以使自动导引车辆10的俯仰返回到直立位置。在一些实施例中，自动导引车辆10可以使用耦接到各个车轮的无刷直流电动机，所述无刷直流电动机由锂离子电池或其他可充电电池供电。自动导引车辆10可以检测自动导引车辆10的竖直或直立角度。如果自动导引车辆10的竖直角度不在预定的角度范围内，则电动机控制器55可以调整车轮的运动以校正自动导引车辆10的竖直角度，并防止自动导引车辆车身或框架67翻转。例如，在一个实施例中，控制器55可以要求所述自动导引车辆10在相对于直立90度的10度范围内。加速度传感器81可以被配置为竖直和水平方向，竖直和水平加速度传感器81的输出可以用于确定自动导引车辆10的竖直角度。如果在自动导引车辆10移动期间自动导引车辆10向后倾斜太远，则电动机控制器55可以使电动机53和车轮63减速，以使减速力使自动导引车辆10绕车轮63的轴线旋转到更直立的位置，回到预定的竖直角度范围内。
参照图4，在一个实施例中，保护移运动部件不受诸如灰尘、污垢、水、雪等环境条件的影响是重要的。使自动导引车辆部件免受自动导引车辆附近的人和物体的影响也是重要的。在一些实施例中，所述自动导引车辆可以具有刚性的覆盖物75。在所显示的实施例中，覆盖物75可以是光滑的圆柱形结构，所述光滑的圆柱形结构可以完全覆盖自动导引车辆10的上表面和车轮63的侧表面。连接器凸缘73从覆盖物75的上中心表面内的孔伸出。连接器凸缘73可绕竖直轴线旋转。刚性覆盖物75的下部可以敞开，而车轮63的下部延伸到刚性覆盖物75的下边缘下方，从而不干扰车轮63的滚动运动。当与自动导引车辆10发生碰撞或接触时，刚性覆盖物75可以保护自动导引车辆10的内部部件，这可以保护所述自动导引车辆免受损坏。此外，覆盖物75的较光滑的外表面可以防止任何尖锐的物体接触自动导引车辆10的路径上的人或障碍物。
存在多种限制，这些限制仅使单轴平台的使用范围变窄。a)所携带物体的质量和形状不应偏移。自动导引车辆的质心可以在未加载的自动导引车辆的框架67的几何中心。数值取决于自动导引车辆的实施方式。质心应位于车轮的旋转轴线下方。b)载有物体的自动导引车辆的质心位置应高于未加载的自动导引车辆的质心。这应确保摆锤自动复原并进一步均衡。c)在一个实施例中，由自动导引车辆的实施方式来限制所携带物体的最大质量。所述自动导引车辆的稳定性可以通过主动稳定系统和应用的电动机控制算法来补偿。所携带物体的质心可能不一定在车轮的旋转轴(Z轴和X轴)以下，在此实施例中，在前后移动和旋转时或在当场停留时，自动导引车辆将以不同的加速度移动车轮来平衡货物。这将保证质量的条件(condition of mass)高于未加载的自动导引车辆的质心。在该实施例中，所携带物体的最大质量被限制为500kg。表1包括自动导引车辆实施例的物理特性和数值的列表。
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表1
自动导引车辆机器人的实施方式可以是两轮自动导引车辆，采用各种材料、尺寸以及内部部件组成和布置制造两轮自动导引车辆。此外，例如机器人夹持器、保持器、摄像机、传感器、塔板的安装设备也被视为特定实施方式的一部分。当可以有效地应用自动导引车辆机器人时，存在各种使用情况。它可以执行以下功能：递送用于机器人的零部件和工具、检查和控制工厂、作为移动监视系统(如果配备了摄像机)，充当WiFi中继器和/或充当移动电池电源充电点。自动导引车辆可以用于化学或放射性污染的危险空间。如果以小尺寸的形式实施，它可能会检查/修复人无法到达的、例如通风系统或下水道系统的目的地。自动导引车辆可作为孔道中的紧线器用于布线。
上面已经描述的自动导引车辆10可以与其他一个或多个附加自动导引车辆10结合使用。参考图5，显示了机器人运输设备的实施例，所述机器人运输设备的第一自动导引车辆10通过运输平台91耦接到第二自动导引车辆10，运输平台91可以是刚性平面矩形表面或任何其他几何形状。凸缘73可以固定到平台91的下表面。在一个实施例中，圆柱体可以从凸缘73向下延伸，凸缘73可以配合到在自动导引车辆10顶部的联轴器中相应的孔内。因此，平台91可以很容易地从自动导引车辆10上移除。
第一自动导引车辆10和第二自动导引车辆10可以附接到平台91的相对端。因此，平台91的长度可以控制自动导引车辆平台组件的长度。平台91的宽度可以与自动导引车辆10的宽度大致相同。可以将物体放置在平台91上并由自动导引车辆10运输。图6显示了自动导引车辆平台组件93的侧视图。平台91的底部可以耦接到连接器凸缘73，连接器凸缘73可释放地耦接到自动导引车辆10。
如所讨论的，连接器凸缘73可以相对于自动导引车辆10旋转。因此，自动导引车辆10可以相对于平台91旋转，以在期望的方向上引导组装的设备。自动导引车辆10可以被控制并且可以独立地或以协调的方式旋转。例如，用于旋转车轮的驱动力可以被施加到自动导引车辆10中的一个或两个，从而允许两个车轮或四个车轮的驱动力施加到自动导引车辆平台组件93。在其他实施例中，可以将任何数量的自动导引车辆10耦接到平台91并且被结合以执行运输。所述平台的形状可以针对要运输的产品进行特定设计。例如，对于像管件这样的长物体，在单个窄而长的平台和较宽的平台下方的多个自动导引车辆可以耦接到在所述平台的整个宽度上分布的自动导引车辆。
图7显示了所述组装的设备的侧视图，其中有效载荷95安装在自动导引车辆平台组件93的平台91下方。在一个实施例中，有效载荷95可以是可用于运输其他物体的受保护的容器。在一个实施例中，有效载荷95可包括可充电电池，所述可充电电池可用于向第一自动导引车辆10和第二自动导引车辆10提供额外的电力，或者可作为外部电器的电源。例如，有效载荷95可以向被运输的物体(诸如制冷单元或需要电力的另一结构)提供电力。在一个实施例中，有效载荷95的下表面可以提供电耦合，所述电耦合允许可充电电池被电源充电。
图8-10显示了机器人运输设备的实施例的俯视图。当向前行行进时，自动导引车辆平台组件93通常可以向左移动。参考图8。在图8中，左前导自动导引车辆10向右旋转而右后方自动导引车辆10不相对于平台91旋转。当这样时，自动导引车辆平台组件93将像汽车一样转向右边。当自动导引车辆10的左轮旋转得比右轮多时，前导自动导引车辆10就会旋转。可替代地，可以通过使右轮反向旋转来使得前导自动导引车辆10向右旋转。这为所述平台提供了全方位移动的能力。
参考图9，平台组件93中的两个自动导引车辆10已相对于平台91平行向右旋转。在该配置中，当平台组件93向前移动时，平台91向前平移而不旋转。当平台组件93需要移动产品而不旋转所述产品时，这将是非常有益的。当所述产品非常长或需要以特定的旋转方向将其移动到目标位置时，这可能是必要的。
参考图10，自动导引车辆10相对于平台91沿相反方向旋转，其中前自动导引车辆10相对于平台91旋转至右侧，而后方自动导引车辆10相对于平台91旋转至左侧。当平台组件93向前移动时，平台91将以比如图8所示的仅向前旋转的自动导引车辆10的半径更小的旋转半径旋转。
在其他实施例中，机器人运输设备可以包括四个自动导引车辆和四个连杆。图11-15显示了具有四个自动导引车辆和四个连杆的机器人运输设备的实施例，所述四个自动导引车辆和四个连杆形成平行四边形。参考图11，显示了机器人运输设备的实施例的俯视图。在该实施例中，四个自动导引车辆10耦接到四个连杆97、99，所述连杆是直的细长结构。四个连杆可包括两个长度连杆97和两个宽度连杆99。四个连杆97、99可在连杆97、99的端部具有竖直孔27。圆柱杆29可穿过孔27放置并进入自动导引车辆10顶部的孔联轴器中。在一个实施例中，孔27可以配置有衬套或轴承，所述衬套或轴承允许圆柱杆29以低摩擦或低旋转阻力在孔27内自由旋转。圆柱杆29可以放置在自动导引车辆10的顶部的孔中，圆柱杆29可以可释放地附接到自动导引车辆10。
在所显示的配置中，两个长度连杆97和两个宽度连杆99呈矩形配置。长度连杆97和宽度连杆99之间的角度可以是90度。随着机器人运输设备的移动，自动导引车辆控制器94可以是控制机构，所述控制机构具有处理器、射频(RF)发射器或收发器，在耦接的自动导引车辆10的整个运动路径上，所述射频发射器或收发器可以与自动导引车辆10通信并控制耦接的自动导引车辆10的位置，以保持四个连杆97、99的矩形或平行四边形形状。在其他实施例中，在耦接的自动导引车辆10的整个运动路径上，电动机控制器(在图1-3中示出为附图标记55)可以彼此通信并且保持四个连杆97、99的矩形或平行四边形形状。
随着自动导引车辆10移动，可能存在位置变化，使得四个连杆97、99之间的角度可在0度至180度之间变化。尽管以平行四边形的形状显示了连杆97、99，但是在其他实施例中，可以将任意数量的自动导引车辆10耦接到任意数量的连杆，所述任意数量的连杆可以被组合成任意形状组件以提供特定运输功能。所述连杆组件的形状可以针对要运输的产品进行特殊设计。例如，对于长的物体(如管件)，在单个窄且长的连接组件下有多个自动导引车辆。可替代地，连杆可以被配置为提供更宽的连杆组件，多个自动导引车辆横跨连杆组件的宽度分布。
参考图12，呈矩形配置的四个连杆97、99可以为具有矩形平面平坦底部的容器结构90提供支撑平台，容器结构90可以放置在四个连杆97、99上。在所显示的实施例中，宽度连杆99可以高于长度连接件97。因此，容器结构90的底部可以放置在两个宽度连杆99上。对容器结构90的重量支撑分布在四个自动导引车辆10之间。容器结构90的平台底部可以在下表面上具有平台对准特征，其可用于对准目的。更具体地，可以将所述平台对准特征抵靠在左长度连杆、右长度连杆、前宽度连杆或后宽度连杆的上表面上的自动导引车辆对准特征上。所述平台对准特征和自动导引车辆对准特征的接合可以保持左长度连杆97、右长度连杆、前宽度连杆99和后宽度连杆99，以防止连杆97、99与容器结构90之间的运动。因此，平台对准特征和自动导引车辆对准特征将连杆97、99保持在所需的矩形形状，以通过机器人运输设备牢固地支撑和运输容器结构90。
在其他实施例中，连杆可用于组合任何数量的自动导引车辆10以执行运输。自动导引车辆控制器94可以控制连杆的形状，所述连杆的形状可以针对要运输的产品进行特定设计。例如，对于像管件这样的长物体，在单个窄且长的平台下有多个自动导引车辆。在其他实施例中，更宽的平台可以耦接到自动导引车辆。
在一个实施例中，机器人运输设备可以移动到有效载荷的装载位置。机器人机构可以将容器结构90放置在机器人运输设备上，所述机器人运输设备可以将容器结构90运输到运送位置，另一个机器人机构可以在所述运送位置从所述机器人运输设备移除容器结构90。
在一个实施例中，通过机器人运输设备将多个部件有效载荷从装载位置运送到运送位置。然后，所述机器人运输设备必须返回到有效载荷装载位置。由于装载位置和卸载位置之间的路径可能会挤满行进的机器人运输设备，因此希望机器人运输设备在不运输货物时占据更少的空间。
在一个实施例中，可以将机器人运输设备调整为具有较窄的宽度。参考图13，自动导引车辆控制器94可以使自动导引车辆10旋转远离平行对准并移动自动导引车辆10，使得四个连杆97、99形成较窄和较长的平行四边形。参考图14，一旦机器人运输设备处于期望的配置，则自动导引车辆控制器94可以使自动导引车辆10以平行定向对准，使得所述机器人运输设备可以沿宽度较窄的直线移动，从而占用更少的空间。一旦所述机器人运输设备到达装载位置，自动导引车辆控制器94可以使自动导引车辆10移动，使得四个连杆97、99再次形成矩形。机械人机构可以将容器结构90放置在扩展的矩形配置上，并且可以重复运送过程。
参考图15，在一个实施例中，可以控制自动导引车辆10移动到组装位置，机器人89可以在所述组装位置组装机器人运输设备。在所显示的示例中，定位自动导引车辆10并且已经将长度连杆97放置在自动导引车辆10上。机器人89将前宽度连杆99放置在长度连杆97的前端上。后宽度连杆99在平台91上，已将平台91运送到机器人89，以安装在机器人运输设备上。
如上所述，所述自动导引车辆提供了一种灵活的耦接机构，用于所描述的圆柱形柱和连杆的连接、保持和断开。图16显示了处于连接配置的拖挂装置的实施例的截面图。图17显示了拖挂装置的实施例的分解图。自动导引车辆可以耦接到连接器，而安装在有效载荷保持柱69上的连接器可以相对于自动导引车辆自由旋转。所述拖挂装置可以包括连接器和连接器接头。在所显示的实施例中，连接器包括竖直柱123和连接轴117，它们都可以是具有圆柱形外表面的圆柱形结构。竖直柱123可以从凸缘121向上延伸，并且连接轴117可以从凸缘121向下延伸，凸缘121可以是平面结构。柱123也可以向上延伸穿过可放置在凸缘121上的宽度连杆和长度连杆中的孔。圆形垫片115可以围绕连接轴117放置在凸缘121下方。垫片115可以具有向下延伸的凸面。
在所显示的示例中，连接器接头包括头管103，头管103耦接到自动导引车辆的有效载荷保持柱。在所显示的实施例中，头管103可以结合到所述自动导引车辆的保持柱。头管103的内表面可包括上圆柱形表面和同心的下圆柱形表面，并且在上圆柱形表面和下圆柱形表面之间存在水平的平面台阶。轴承安装在头管103中。在一个实施例中，上径向轴承107安装在头管103的上圆柱形表面内，下推力轴承105安装在头管103的下圆柱形表面内。上径向轴承107的外径可以与头管103的上圆柱形表面的内径基本相同，下推力轴承105的外径可以与头管103的下圆柱形表面的内径基本相同。
保持器座113安装在上径向轴承107和下推力轴承105内。保持器座113可以具有上圆柱形表面和下圆柱形表面。保持器座113的上圆柱表面的外径可以与上径向轴承107的内径基本相同，并且保持器座113的下圆形柱表面的外径可以与下推力轴承的内径基本相同。锁紧环109可以被压缩并放置在上径向轴承107上方的头管103的内径内。然后可以将锁紧环109放置在头管103的内径中形成的凹槽中，以将上径向轴承107、保持器座113和下推力轴承105保持在头管103中。在一个实施例中，防尘罩131可以放置在上径向轴承107上方以防止来自周围颗粒的污染物。防尘罩131可在上径向轴承107上方的头管内径中抵靠保持器座113的上部放置。在一个实施例中，保持器座113具有突起，所述突起从保持器座113的上圆柱形外表面沿径向向外延伸。上径向轴承的内径的下表面可以与所述突起相邻以防止在将锁紧环109安装在头管103中之后将保持器座113从头管103向上拉出。
尽管已经用上径向轴承107和下推力轴承105作为球轴承显示并描述了所述拖挂装置，但是在其他实施例中，可以使用其他旋转机构，例如衬套、滚针轴承、滚子轴承、滚子推力轴承、或任何其他机构，所述任何其他机构能够使保持器座113在轴向载荷和径向载荷下以低摩擦在头管103内自由旋转。
环形弹性体保持器111被保持在保持器座113内，环形弹性体保持器111可以紧密地配合在弹性体保持器111的外表面和下表面上。保持器座113和头管103可以由非弹性材料(诸如：金属、坚固的塑料，坚固的复合材料(例如碳纤维)或其他合适的非弹性材料)制成。环形弹性体保持器111可具有比所述连接器接头的所有其他部件高的上表面。弹性体保持器111可具有圆柱形的外表面和圆柱形的内表面。弹性体保持器111的外径可以基本等于或略小于保持器座113的上部内径。第一壳体119和第二壳体119可以抵靠环形弹性体保持器111的圆柱形内表面放置。第一壳体119和第二壳体119的凹入内表面可以分别是半圆柱形表面。在一个实施例中，第一壳体119和第二壳体119可各自具有从凸出的半圆柱形外表面向外延伸的平面凸缘。所述平面凸缘可被放置在保持器座113的平面与环形弹性体保持器111的下边缘之间。所述平面凸缘可防止第一壳体119和第二壳体119从连接器接头中掉出。第一壳体119和第二壳体119的凹入的内表面可以提供滑动表面，当所述拖挂装置被连接和断开时，连接轴117可以在所述滑动表面上滑动。
尽管本发明的拖挂连接系统包括两个半圆柱形壳体119，但是在其他实施例中，所述两个壳119可以被单件圆柱形壳体取代，所述单件圆柱形壳体在圆柱形的整个长度上具有单个狭槽。如所讨论的，当上表面被圆形垫片115压缩时，弹性体保持器111的圆柱表面的内径可以收缩。在该实施例中，所述单件圆柱形壳体可以收缩，使得内径减小从而被挤压抵靠在连接轴117上。
参考图18和19，显示了弹性体保持器111、圆形垫片115、第一壳体119和第二壳体119的实施例的更详细的横截面。弹性体保持器111的上表面和圆形垫片115的下表面都可以是凸面。当弹性体保持器111的上表面被圆形垫片115的下凸表面向下压缩时，弹性体保持器111可相对于第一壳体119和第二壳体119向内膨胀。图18显示了处于未压缩状态的弹性体保持器111，其中圆形垫片115与弹性体保持器111接触但不使所述上表面变形。弹性体保持器111没有被压缩并且不会向第一壳体119和第二壳体119施加向内的力。因此，在第一壳体119和第二壳体119之间存在间隙。
参考图19，向下的力施加到圆形垫片115上，圆形垫片115被压靠在弹性体保持器111的上表面上。弹性体保持器111的弹性材料被压缩并且弹性体保持器111的内径向内收缩，从而导致第一壳体119和第二壳体119朝向彼此移动。当将连接轴(未示出)完全插入第一壳体119和第二壳体119之间的弹性体保持器111中时，圆形垫片115被压靠在弹性体保持器111的上表面上。因此，第一壳体119和第二壳体119将被压靠在连接轴上。在图示中，因为连接轴不在第一壳体119和第二壳体119之间，所以第一壳体119和第二壳体119由于压缩的弹性体保持器111的向内的力而彼此非常靠近地移动。
当向下的力施加到圆形垫片115上时，圆形垫片115压缩弹性体保持器111的顶部，壳体119被向内压靠在连接轴上。该压缩趋于将壳体119、弹性体保持器111、保持器座113以及上径向轴承107的内圈和下推力轴承105的内圈固定至连接轴117。上径向轴承107和下推力轴承105允许连接轴117、壳体119、弹性体保持器111和保持器座113全部绕与所述连接器接头的中心对准的竖直轴线旋转。上径向轴承107和下推力轴承105将由自动导引车辆产生的水平力传递到耦接到连接轴117的结构上。通常，将有向下的力施加到连接轴117和下推力轴承105，下推力轴承105可以将竖直力从连接轴117传递到所述自动导引车辆。
在不同的实施例中，弹性体保持器111可以由各种弹性材料制成。在一个实施例中，弹性体保持器111可以由强弹性材料(诸如：聚氨酯)制成。然而，在其他实施例中，其他合适的材料可以包括橡胶材料(诸如：天然橡胶、聚异戊二烯、聚丁二烯、丁基橡胶、苯乙烯、丁腈橡胶、乙烯、丙烯、聚丙烯酸酯、硅、氟弹性体、乙烯乙烯基等)。弹性体保持器111材料可以具有硬度，所述硬度可以提供工业强度和硬度，以防止当暴露于与连接轴117的强力接触时受到损坏。
在所显示的实施例中，弹性体保持器111的外表面和下表面与保持器座113的内上表面直接接触，并且弹性体保持器111的内圆柱形表面与壳体119的外圆柱形表面直接接触。弹性体保持器111的上凸表面可以露出，并且可以是连接器接头的最高部分。弹性体保持器111的上凸表面的顶点可以限定圆，所述圆的直径可以在弹性体保持器111的内圆柱直径和外圆柱直径之间的中间。圆形垫片115可以具有可以向下延伸的凸表面。圆形垫片115的下表面可以具有与弹性体保持器111的顶点基本相同的直径。当圆形垫片115被压入弹性体保持器111的上表面时，弹性材料可以顺应圆形垫片115的凸面。因为弹性体保持器111的上、下和外表面抵靠固体表面，所以弹性体保持器111只能如图19所显示的向内移动。
所述自动导引车辆可以是通用平台、构造器、标准件、容易耦接的机械、电子和软件部件，用于构建可扩展的物流解决方案和任何复杂性的移动运输机器人。本发明是一种全方向可移动的自动导引车辆。自动导引车辆平台的路径定不一定要预先定义，它可以实时动态变化。本发明水平和竖直地缩放。本发明不需要设计/购买用于运输载荷的专用机构(自动导引车辆)。利用所提出的方法可以实现多个已知形状和功能的自动导引车辆。本发明允许减少或优化组装工厂中的物流。
自动导引车辆可以单独使用，也可以与其他自动导引车辆组合使用，以在各个领域使用，以支持整个工厂或工厂外部的加工和处理。在组装实施例中，所述自动导引车辆可用于在生产过程中移动产品。在配套实施例中，所述自动导引车辆可以收集零件，所述零件可以交付给机器或工人进行组装。在一个实施例中，所述自动导引车辆可以用于零件运输。机器人可以将零件放置在可以随所述自动导引车辆一起移动的托盘上。自动导引车辆也可用于移动松动的零件。所述自动导引车辆通过为生产过程运送零件托盘进行分段运输。自动导引车辆可以用于仓库应用，在那里它们可以用于移动产品。例如，成品可以用保护性拉伸包装带包装，并且所述自动导引车辆可以将包装好的货物从拉伸包装带处移到码头或仓库。所述自动导引车辆可用于拣选订单，自动导引车辆将订购的产品移动到拖车装载区进行分配，并运输供拣选者放置所选物品的平台。所述自动导引车辆可用于组装，其中零件运送到组装准时(JIT)运送。所述自动导引车辆可用于将装有零件/材料的拖车拖至可用于组装的消耗点。所述自动导引车辆还可用于在交通繁忙的过道上转移到穿梭车或转移载荷。在一个实施例中，所述自动导引车辆可以通过为所述自动导引车辆配备摄像机和传感器来用于监视，所述摄像机和传感器可以通过射频发射器与计算装置通信。所述自动导引车辆平台可有效应用于汽车、饮料、化工、商业印刷、食品、医院、制造、报纸、纸业、医药、塑料、仓储、配送等行业。所述自动导引车辆也可用于在对于人员而言危险的空间内的操作。
在各种实施例中，本公开包括基本上如本文所描绘和描述的部件、方法、过程、系统和/或设备，包括各种实施例、子组合及其子集。本领域技术人员在理解本公开之后，将理解如何制造和使用本公开。在各种实施例中，本公开包括在缺乏没有在本文中描绘或描述事项的情况下或其各种实施例中提供设备和过程，包括在不存在可能在先前的设备或过程中使用的项目的情况下，以例如用于提高实施方式的性能、实现易用性和/或降低成本。相反，如所附权利要求所反映的，创造性方面存在于任何前述公开实施例的非所有的特征中。
本公开包括以下条目：
1.一种机器人运输设备包括：多个自动导引车辆(AGV)，其中所述自动导引车辆中的每个自动导引车辆都具有由左电动机驱动的左车轮、由右电动机驱动的右车轮、控制所述左电动机和所述右电动机的电动机控制器以及耦接到框架的具有竖直旋转轴线的旋转联轴器；在左前自动导引车辆和左后自动导引车辆之间的左长度连杆；在右前自动导引车辆和右后自动导引车辆之间的右长度连杆；在左前自动导引车辆和左后自动导引车辆之间的左长度连杆；在左前自动导引车辆和右前自动导引车辆之间的前宽度连杆；在左后自动导引车辆和右后自动导引车辆之间的后宽度连杆；其中所述旋转联轴器允许左长度连杆、右长度连杆、前宽度连杆、后宽度连杆相对于所述自动导引车辆旋转。
2.根据条目1所述的机器人运输设备，其中所述左长度连杆和所述前宽度连杆之间的角度在0度到180度之间。
3.根据前述条目中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括一个或多个附加的自动导引车辆，所述附加的自动导引车辆通过附加的联轴器与左后自动导引车辆或右后自动导引车辆耦接。
4.根据前述条目中的任一条目所述的机器人运输设备，其中所述左长度连杆和所述右长度连杆的长度大于所述前宽度连杆和所述后宽度连杆的长度。
5.根据前述条目中的任一条目所述的机器人运输设备，其中当所述多个自动导引车辆移动时，所述多个自动导引车辆的电动机控制器将所述左长度连杆与所述前宽度连杆之间的角度保持在0度到180度之间，并且将所述右长度连杆与所述前宽度连杆之间的角度保持在0度到180度之间。
6.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，所述自动导引车辆控制器用于在移动时控制所述多个自动导引车辆，以将所述左长度连杆和所述前宽度连杆之间的角度保持在0度到180度之间，并且将所述右长度连杆和所述前宽度连杆之间的角度保持在0度到180度之间。
7.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，当所述机器人运输设备移动时，所述自动导引车辆控制器用于控制所述多个自动导引车辆，以使所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆保持平行四边形的形状。
8.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，当所述机器人运输设备移动时，所述自动导引车辆控制器用于控制所述多个自动导引车辆，通过将与所述前宽度连杆耦接的自动导引车辆沿相反方向转向，并使与所述后宽度连杆耦接的自动导引车辆沿相反方向转向，以使所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆从矩形的形状变为非矩形的平行四边形的形状。
9.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，当所述机器人运输设备移动时，所述自动导引车辆控制器用于控制所述多个自动导引车辆，通过将与所述后宽度连杆耦接的自动导引车辆沿相反方向转向，并使与所述前宽度连杆耦接的自动导引车辆沿相反方向转向，以使所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆从非矩形的平行四边形的形状变为矩形的形状。
10.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，所述自动导引车辆控制器用于控制直接耦接到前宽度连杆的自动导引车辆沿相同方向转向，以及直接耦接到后宽度连杆的自动导引车辆不转向。
11.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括自动导引车辆控制器，所述自动导引车辆控制器用于控制直接耦接到前宽度连杆的自动导引车辆沿相同方向旋转，以及直接耦接到后宽度连杆的自动导引车辆沿相反方向转向。
12.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括箱形容器，当所述机器人运输设备移动时，所述箱形容器具有矩形的底部，所述矩形的底部放置在被配置成矩形形状的所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆上方。
13.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括矩形平台，所述矩形平台放置在所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆上方，当所述机器人运输设备移动时，所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆和所述后宽度连杆被配置成矩形的形状。
14.根据条目1至5中的任一条目所述的机器人运输设备，所述机器人运输设备进一步包括平台，所述平台具有平台对准特征，所述平台对准特征在所述平台的下表面上，其中所述平台对准特征抵靠所述左长度连杆、所述右长度连杆、所述前宽度连杆或所述后宽度连杆的上表面上的自动导引车辆对准特征放置。

Claims (9)

1.一种机器人运输设备，其特征在于，所述机器人运输设备包括：
多个自动导引车辆，其中所述自动导引车辆中的每个自动导引车辆都具有由左电动机驱动的左车轮、由右电动机驱动的右车轮、控制所述左电动机和所述右电动机的电动机控制器以及耦接到框架的具有竖直旋转轴线的旋转联轴器；
多个连杆，所述多个连杆中的每个连杆将所述多个自动导引车辆中的两个自动导引车辆耦接到一起；
其中，所述旋转联轴器允许所述多个连杆中的每个连杆相对于所述自动导引车辆旋转；以及
自动导引车辆控制器，所述自动导引车辆控制器用于控制所述多个自动导引车辆，以便在所述机器人运输设备移动时，所述多个连杆的形状从矩形的形状转变为非矩形的平行四边形的形状或者从非矩形的平行四边形的形状转变为矩形的形状。
2.根据权利要求1所述的机器人运输设备，其特征在于，所述机器人运输设备进一步包括：
一个或多个附加自动导引车辆，每个附加自动导引车辆耦接到所述多个自动导引车辆中的一个自动导引车辆。
3.根据权利要求1所述的机器人运输设备，其特征在于，其中所述多个连杆中的第一组连杆的长度大于所述多个连杆中的第二组连杆的长度。
4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述自动导引车辆控制器被配置为用于控制所述多个自动导引车辆，以便在所述机器人运输设备移动时，所述多个连杆保持平行四边形的形状。
5.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述自动导引车辆控制器被配置为用于控制直接耦接到第一连杆的自动导引车辆沿相同方向转向，并且控制直接耦接到第二连杆的自动导引车辆不转向。
6.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述自动导引车辆控制器被配置为用于控制直接耦接到第一连杆的自动导引车辆沿相同方向转向，并且控制直接耦接到第二连杆的自动导引车辆沿相反的方向转向。
7.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述机器人运输设备进一步包括：
箱形容器，所述箱形容器具有矩形底部，当在所述机器人运输设备移动期间将所述多个连杆配置成矩形的形状时，在所述多个连杆上方放置所述矩形底部。
8.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述机器人运输设备进一步包括：
矩形平台，当在所述机器人运输设备移动期间将所述多个连杆配置成矩形的形状时，在所述多个连杆上方放置所述矩形平台。
9.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的机器人运输设备，其特征在于，所述机器人运输设备进一步包括：
平台，所述平台具有在所述平台的下表面上的平台对准特征，其中所述平台对准特征被放置成抵靠在所述多个连杆中的一个连杆的上表面上的自动导引车辆对准特征。
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