CN111391939B - 一种agv移栽系统模块化机构及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AGV移栽系统模块化机构，解决了现有技术的不足，包括AGV运动平台、夹紧机构、锁定机构、辅助连接板和移栽模块，所述的移栽模块包括基于滑轨移栽模块以及基于传送带移栽模块，所述的AGV运动平台通过辅助连接板移栽模块相连接，所述的夹紧机构用于辅助连接板与移栽模块之间的夹紧固定，辅助连接板上设有定位孔，锁定机构用于移栽模块的定位，锁定机构通过定位孔与辅助连接板固定连接。

Description

一种AGV移栽系统模块化机构及设计方法

技术领域

本发明涉及AGV设计技术领域，尤其是指一种AGV移栽系统模块化机构及设计方法。

背景技术

AGV作为智能物流的关键核心设备，是一种集机械、电子、传感器、控制等为一体的自动化设备，广泛应用于机械加工、汽车、军工、家电生产、微电子制造、烟草、电商仓储等多个行业和领域。AGV主要包括移动平台与移栽系统两大模块。一般来说一款AGV移动平台只能配套一种AGV移栽系统，面对不同的应用场景，需要配置装配不同的移栽系统的AGV来满足需求，与此同时，一般AGV移动平台所配备的移栽系统尺寸比较固定，对于尺寸的兼容性也比较低。

对于企业应用来说，为了满足不同应用场景的需求，需要配置多台AGV来实现目的，这大大增加了企业的成本，同时由于AGV数量与种类的增多，对于工厂操作人员的操作难度也大大增加，此外，由于AGV台数的增加，于之相配套的配套设施成本也会大大增加，比如：充电桩数量，AGV物料超市面积。因此，研发一款可以自由组装拆卸的AGV移栽系统就很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中一款AGV移动平台一般只能配套一种AGV移栽系统，为了满足应用场景的需求，需要配置多台AGV来实现目的，造成成本增加的缺点，提供一种AGV移栽系统模块化机构及设计方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种AGV移栽系统模块化机构，包括AGV运动平台、夹紧机构、锁定机构、辅助连接板和移栽模块，所述的移栽模块包括基于滑轨移栽模块以及基于传送带移栽模块，所述的AGV运动平台通过辅助连接板移栽模块相连接，所述的夹紧机构用于辅助连接板与移栽模块之间的夹紧固定，辅助连接板上设有定位孔，锁定机构用于移栽模块的定位，锁定机构通过定位孔与辅助连接板固定连接。本方案的设计通过辅助连接板以及锁定机构实现一个AGV运动平台兼容不同尺寸与不同移栽方式的移栽模块，或者一个移栽模块能兼容不同尺寸的AGV运动平台，根据实际使用需要灵活更换，大大降低了成本，提高了AGV移栽系统的使用灵活性。

作为一种优选方案，所述的基于滑轨移栽模块包括滑轨、驱动电机、齿轮带和滚珠丝杠，驱动电机为带霍尔编码器的直流电机，滚珠丝杠由驱动电机带动齿轮带提供动力，滚珠丝杠与滑轨之间硬性连接，滚珠丝杠的数量为2个，2个滚珠丝杠的旋向相反。这样的设计一部驱动电机即可实现两个滑轨同时运动，驱动电机的正反转来控制滑轨的伸缩。

作为一种优选方案，所述的基于传送带移栽模块包括基于传送带移栽模块底板和传送带，传送带设置在基于传送带移栽模块底板上，基于传送带移栽模块底板设置在辅助连接板上；传送带由带霍尔编码器的直流电机提供动力，直流电机与锥齿轮传动齿轮相连接，锥齿轮传动机构与传送齿轮相连接，传动齿轮与摩擦滚筒啮合，摩擦滚筒用于带动传送带转动。带霍尔编码器的直流电机的正反转以及停止来完成取货任务，通过改变高低电平来改变转向，两电平同为低电平时停止转动。

作为一种优选方案，所述的辅助连接板的正面和反面均设有导向槽，正面的导向槽的数量均为4个，4个导向槽均为直线条状且2个不相邻的导向槽于辅助连接板中心对称设置，反面的导向槽与正面的导向槽一一对应匹配设置。

作为一种优选方案，所述的锁定机构包括辅助轮、旋转轴、带孔支架、曲柄、连杆、滑块杆和压缩弹簧，辅助轮与旋转轴的一端相连且辅助轮用于控制旋转轴旋转，旋转轴的另一端与带孔支架固定连接，带孔支架上的孔用于滑块杆的伸缩，曲柄、连杆和压缩弹簧设置在带孔支架内，曲柄的一端与带孔支架固定连接，曲柄的另一端与连杆的一端相连接，连杆的另一端与滑块杆相连接，压缩弹簧与连杆相连接。

作为一种优选方案，所述的夹紧机构的数量为4个，夹紧机构设置在辅助连接板的四个角上，夹紧机构包括基座、偏心凸轮、定位销、手柄和手柄孔，基座用于固定偏心凸轮的位置，偏心凸轮与手柄通过定位销连接，手柄末端设有沿手柄径向开孔的手柄孔。

一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，设计方法包括AGV移栽系统模块化机构的安装方法，具体包括以下步骤：

步骤1，锁定机构通过定位孔确定安装位置，然后锁定机构的辅助轮旋转带动旋转轴旋转，使弹簧压缩，然后调整锁定机构角度，在锁定机构旋转过程中当遇到导向槽中的定位孔时，压缩弹簧伸展，使连杆运动，进而带动滑块杆顶入相应的在导向槽里的定位孔，最后将辅助轮移除，将锁定机构的旋转轴作为定位销的功能使用，完成锁定机构定位过程；

步骤2，将移栽模块上的定位孔与锁定机构的旋转轴重合，然后夹紧机构夹紧辅助连接板和移栽模块，最后通过连接绳穿过手柄孔使夹紧机构完成锁定，防止移栽模块松动。

作为一种优选方案，如果需要更换移栽模块，则打开夹紧机构，取出移栽模块，然后调整锁定机构在辅助连接板的位置以配合性的移栽模块，继续步骤1和步骤2完成安装过程。

一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，设计方法包括驱动电机的控制算法，驱动电机的控制算法具体为基于bp神经网络的增量式pid算法，BP神经网络由三输入三输出的训练集训练，在线调节PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，其中三输入为：期望速度、期望速度与霍尔编码器反馈的速度值的偏差以及偏差的变化率，将BP神经网络的三输出作为PID控制器的调节系数：即比例系数、积分系数、微分系数。采用增量式PID相较于传统PID可消除累计误差，增量式PID只与当前状态以及前两次状态有关，通过基于BP神经网络的增量式PID控制器，完成驱动电机的稳定控制。

本发明的有益效果是：

1.柔性化程度高，用户可根据实际的需求自主选择不同的移栽模块，以及不同尺寸的移栽模块，通过选择适合实际需求的移栽模块来是满足实际的需求。

2.设备利用效率更高，使用同一AGV运动平台搭载不同的移栽平台，充分使用了AGV运动平台，避免出现整台AGV闲置情况。

3.采用模块化的设计思想，将AGV运动平台与AGV移栽系统分割开来，减小了后期设备养护的难度，降低了分别养护的难度。

4.减少了企业运营成本，通过高效的配置AGV运动平台以及AGV移栽模块的数量，与传统AGV整机相比，减少了AGV整机台数，减少了企业运作成本。

附图说明

图1是本发明基于滑轨移栽模块的AGV移栽系统模块化机构示意图；

图2是本发明基于传送带移栽模块的AGV移栽系统模块化机构示意图；

图3是锁定机构的示意图；

图4是夹紧机构的示意图；

图5是辅助连接板的示意图；

图6是基于传送带移栽模块的机构示意图。

其中：1、AGV运动平台，2、夹紧机构，3、锁定机构，4、辅助连接板，5、基于滑轨移栽模块，6、基于传送带移栽模块，21、基座，22、偏心凸轮，23、定位销，24、手柄，25、手柄孔，31、辅助轮，32、旋转轴，33、带孔支架，34、曲柄，35、连杆，36、压缩弹簧，37、滑块杆，41、导向槽，42、定位孔，51、滑轨，52、驱动电机，53、齿轮带，54，滚珠丝杠，61、基于传送带移栽模块底板，62、传送带，63、直流电机，64、锥齿轮传动齿轮，65、传送齿轮，66、摩擦滚筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

实施例：一种种AGV移栽系统模块化机构，如图1-2所示，包括AGV运动平台1、夹紧机构2、锁定机构3、辅助连接板4和移栽模块，所述的移栽模块包括基于滑轨移栽模块5以及基于传送带移栽模块6，所述的AGV运动平台通过辅助连接板移栽模块相连接，所述的夹紧机构用于辅助连接板与移栽模块之间的夹紧固定，辅助连接板上设有定位孔，锁定机构用于移栽模块的定位，锁定机构通过定位孔与辅助连接板固定连接。本方案的设计通过辅助连接板以及锁定机构实现一个AGV运动平台兼容不同尺寸与不同移栽方式的移栽模块，或者一个移栽模块能兼容不同尺寸的AGV运动平台，根据实际使用需要灵活更换，大大降低了成本，提高了这个AGV机构的使用灵活性。

AGV运动平台的主控制器为stm32f407，相比传统主控采用基于ARM7内核芯片的LPC2136，CPU CLOCK最多只能到60MHz，且功耗较高，所以控制单元采用基于Cortex-M4的STM32F407系列芯片，改进后的内核芯片其时钟最高可达72MHz，外设功能更加丰富，拥有更多的低功耗模式以增加设备的续航能力。

主控制器通过杜邦线与带霍尔编码器的直流电机相连，通过使能GPIOA,改变GPIO_Pin_7电平的高低可以实现。霍尔编码器输入由stm32f407的TIM3完成,由GPIO_Pin_6捕获，通过使能GPIOA、使能TIM3、初始化GPIOA串口、初始化tim3的基数时间单位、选择编码器模式、初始化ICint、使能ITConfig、使能tim3、编写中断函数、编写速度返还函数。gpio_pin_6选择上拉模式，tim选择向上计数，选择时钟分频为不分频，TIM_ICFilter=10。

所述的基于滑轨移栽模块包括滑轨51、驱动电机52、齿轮带53和滚珠丝杠54，驱动电机为带霍尔编码器的直流电机，滚珠丝杠由驱动电机带动齿轮带提供动力，滚珠丝杠与滑轨之间硬性连接，滚珠丝杠的数量为2个，2个滚珠丝杠的旋向相反。

如图6所示，所述的基于传送带移栽模块包括基于传送带移栽模块底板61和传送带62，传送带设置在基于传送带移栽模块底板上，基于传送带移栽模块底板设置在辅助连接板上；传送带由带霍尔编码器的直流电机63提供动力，直流电机与锥齿轮传动齿轮64相连接，锥齿轮传动机构与传送齿轮65相连接，传动齿轮与摩擦滚筒66啮合，摩擦滚筒用于带动传送带转动。

如图5所示，所述的辅助连接板的正面和反面均设有导向槽41，正面的导向槽的数量均为4个，4个导向槽均为直线条状且2个不相邻的导向槽于辅助连接板中心对称设置，反面的导向槽与正面的导向槽一一对应匹配设置。辅助连接板尺寸为1000mm*1000mm*20mm，导向槽内的任意两个相邻的定位孔42间的间距为5mm。

如图3所示，所述的锁定机构包括辅助轮31、旋转轴32、带孔支架33、曲柄34、连杆35、滑块杆37和压缩弹簧36，辅助轮与旋转轴的一端相连且辅助轮用于控制旋转轴旋转，旋转轴的另一端与带孔支架固定连接，带孔支架上的孔用于滑块杆的伸缩，曲柄、连杆和压缩弹簧设置在带孔支架内，曲柄的一端与带孔支架固定连接，曲柄的另一端与连杆的一端相连接，连杆的另一端与滑块杆相连接，压缩弹簧与连杆相连接。

如图4所示，所述的夹紧机构的数量为4个，夹紧机构设置在辅助连接板的四个角上，夹紧机构包括基座21、偏心凸轮22、定位销23、手柄24和手柄孔25，基座用于固定偏心凸轮的位置，偏心凸轮与手柄通过定位销连接，手柄末端设有沿手柄径向开孔的手柄孔。

一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，设计方法包括AGV移栽系统模块化机构的安装方法，具体包括以下步骤：

步骤1，锁定机构通过定位孔确定安装位置，然后锁定机构的辅助轮旋转带动旋转轴旋转，使弹簧压缩，然后调整锁定机构角度，在锁定机构旋转过程中当遇到导向槽中的定位孔时，压缩弹簧伸展，使连杆运动，进而带动滑块杆顶入相应的在导向槽里的定位孔，最后将辅助轮移除，将锁定机构的旋转轴作为定位销的功能使用，完成锁定机构定位过程；

步骤2，将移栽模块上的定位孔与锁定机构的旋转轴重合，然后夹紧机构夹紧辅助连接板和移栽模块，最后通过连接绳穿过手柄孔使夹紧机构完成锁定，防止移栽模块松动。

作为一种优选方案，如果需要更换移栽模块，则打开夹紧机构，取出移栽模块，然后调整锁定机构在辅助连接板的位置以配合性的移栽模块，继续步骤1和步骤2完成安装过程。

一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，设计方法包括驱动电机的控制算法，驱动电机的控制算法具体为基于bp神经网络的增量式pid算法，BP神经网络由三输入三输出的训练集训练，在线调节PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，其中三输入为：期望速度、期望速度与霍尔编码器反馈的速度值的偏差以及偏差的变化率，将BP神经网络的三输出作为PID控制器的调节系数：即比例系数、积分系数、微分系数。采用增量式PID相较于传统PID可消除累计误差，增量式PID只与当前状态以及前两次状态有关，通过基于BP神经网络的增量式PID控制器，完成驱动电机的稳定控制。

Claims (8)

1.一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，包括AGV运动平台、夹紧机构、锁定机构、辅助连接板和移栽模块，所述的移栽模块包括基于滑轨移栽模块以及基于传送带移栽模块，所述的AGV运动平台通过辅助连接板与移栽模块相连接，所述的夹紧机构用于辅助连接板与移栽模块之间的夹紧固定，辅助连接板上设有定位孔，锁定机构用于移栽模块的定位，锁定机构通过定位孔与辅助连接板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，所述的基于滑轨移栽模块包括滑轨、驱动电机、齿轮带和滚珠丝杠，驱动电机为带霍尔编码器的直流电机，滚珠丝杠由驱动电机带动齿轮带提供动力，滚珠丝杠与滑轨之间硬性连接，滚珠丝杠的数量为2个，2个滚珠丝杠的旋向相反。

3.根据权利要求1所述的一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，所述的基于传送带移栽模块包括基于传送带移栽模块底板和传送带，传送带设置在基于传送带移栽模块底板上，基于传送带移栽模块底板设置在辅助连接板上；传送带由带霍尔编码器的直流电机提供动力，直流电机与锥齿轮传动齿轮相连接，锥齿轮传动齿轮与传送齿轮相连接，传送齿轮与摩擦滚筒啮合，摩擦滚筒用于带动传送带转动。

4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，所述的辅助连接板的正面和反面均设有导向槽，正面的导向槽的数量均为4个，4个导向槽均为直线条状且2个不相邻的导向槽于辅助连接板中心对称设置，反面的导向槽与正面的导向槽一一对应匹配设置。

5.根据权利要求4所述的一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，所述的锁定机构包括辅助轮、旋转轴、带孔支架、曲柄、连杆、滑块杆和压缩弹簧，辅助轮与旋转轴的一端相连且辅助轮用于控制旋转轴旋转，旋转轴的另一端与带孔支架固定连接，带孔支架上的孔用于滑块杆的伸缩，曲柄、连杆和压缩弹簧设置在带孔支架内，曲柄的一端与带孔支架固定连接，曲柄的另一端与连杆的一端相连接，连杆的另一端与滑块杆相连接，压缩弹簧与连杆相连接。

6.根据权利要求4所述的一种AGV移栽系统模块化机构，其特征是，所述的夹紧机构的数量为4个，夹紧机构设置在辅助连接板的四个角上，夹紧机构包括基座、偏心凸轮、定位销、手柄和手柄孔，基座用于固定偏心凸轮的位置，偏心凸轮与手柄通过定位销连接，手柄末端设有沿手柄径向开孔的手柄孔。

7.一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，其特征是，设计方法包括AGV移栽系统模块化机构的安装方法，具体包括以下步骤：

步骤1，锁定机构通过定位孔确定安装位置，然后锁定机构的辅助轮旋转带动旋转轴旋转，使弹簧压缩，然后调整锁定机构角度，在锁定机构旋转过程中当遇到导向槽中的定位孔时，压缩弹簧伸展，使连杆运动，进而带动滑块杆顶入相应的在导向槽里的定位孔，最后将辅助轮移除，将锁定机构的旋转轴作为定位销的功能使用，完成锁定机构定位过程；

步骤2，将移栽模块上的定位孔与锁定机构的旋转轴重合，然后夹紧机构夹紧辅助连接板和移栽模块，最后通过连接绳穿过手柄孔使夹紧机构完成锁定，防止移栽模块松动。

8.根据权利要求7所述的一种AGV移栽系统模块化机构的设计方法，其特征是，如果需要更换移栽模块，则打开夹紧机构，取出移栽模块，然后调整锁定机构在辅助连接板的位置以配合移栽模块，继续步骤1和步骤2完成安装过程。

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