CN111409052B - 一种可更换移栽模块的agv机构及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可更换移栽模块的AGV机构及设计方法，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机械手移栽模块、顶升机构移栽模块或辊子机构移栽模块，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

一种可更换移栽模块的AGV机构及设计方法

技术领域

本发明涉及AGV设计技术领域，尤其是指一种可更换移栽模块的AGV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，提供一种可更换移栽模块的AGV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：

一种可更换移栽模块的AGV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机械手移栽模块、顶升机构移栽模块或辊子机构移栽模块，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，提高了这个AGV机构的使用灵活性。

作为一种优选方案，所述的机械手移栽模块包括基座、旋转台、连接板、套筒和机械手机构，基座设置在辅助连接板上，旋转台的一端固定设置在基座上，旋转台的另一端通过连接板与套筒一端相连，套筒的另一端与机械手机构相连接；机械手移栽模块由带霍尔编码器的直流电机提供动力。机械手移栽模块将期望轨迹通过运动学模型解算为各个电机的角速度，到达指定位置通过机械手的运动抓取货物。

作为一种优选方案，所述的顶升机构移栽模块包括若干个液压驱动机构和顶升机构移栽模块底板，顶升机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，若干个液压驱动机构设置在顶升机构移栽模块底板上，液压驱动机构由带霍尔编码器的直流电机提供动力。通过液压驱动机构的升降取拿货物。

作为一种优选方案，所述的辊子机构移栽模块包括辊子机构和辊子机构移栽模块底板，辊子机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，辊子机构设置在辊子机构移栽模块底板上，辊子机构由带霍尔编码器的直流电机带动与辊子机构连接的传动齿轮提供动力。带霍尔编码器的直流电机通过改变高低电平来改变辊子转向，辊子转动实现货物的存取。

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，所述的夹紧机构包括手柄、螺纹杆、紧定螺钉、移动凸台和夹紧机构基座，夹紧机构基座上设有移动凸台，移动凸台与螺纹杆的一端相连接，螺纹杆的另一端与手柄相连接，紧定螺钉穿过移动凸台且与夹紧机构基座固定，紧定螺栓用于固定移动凸台和夹紧机构基座的相对位置。

一种可更换移栽模块的AGV机构的设计方法，设计方法包括可更换移栽模块的AGV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板和移栽模块，最后夹紧机构的螺纹杆自锁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。

作为一种优选方案，设计方法包括电机的控制算法，电机的控制算法具体为基于等效控制的模糊滑膜控制算法，模糊滑膜控制算法的滑膜函数为s（t）=ce+e’，切换律u=u_eq+ɥ*u_s，模糊规则表示为:

If s(t) is N then ɥ is P；

If s(t) is Z then ɥ is Z；

If s(t) is P then ɥ is P；

隶属度函数均为三角函数，其中e为编码器反馈的速度值与期望值之间的误差，e’为误差的变化率，u_eq为等效控制项，u_s为切换控制项。

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闲置情况降低了企业运营成本。

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，分别养护的难度大大降低。

4.鲁棒性强，采用基于等效控制的模糊滑膜算法，agv对于外部干扰变化不敏感，由于采用了模糊规则调整切换项系数，在保证鲁棒性的情况下有效的减弱了抖振的影响。

附图说明

图1是本发明基于机械手移栽模块的AGV机构示意图；

图2是本发明基于顶升机构移栽模块的AGV机构示意图；

图3是本发明基于辊子机构移栽模块的AGV机构示意图；

图4是锁定机构的示意图；

图5是夹紧机构的示意图；

图6是辅助连接板的示意图；

图7是辊子机构移栽模块的示意图。

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、机械手移栽模块，6、顶升机构移栽模块，7、辊子机构移栽模块，21、手柄，22、螺纹杆，23、紧定螺钉，24、移动凸台，25、夹紧机构基座，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、基座，52、旋转台，53、连接板，54，套筒，55、机械手机构，61、传动齿轮，62、辊子机构移栽模块支架，63、辊子机构移栽模块底板，64、直流电机，65、霍尔编码器。

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：一种可更换移栽模块的AGV机构，如图1-3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机械手移栽模块5、顶升机构移栽模块6或辊子机构移栽模块7，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。

所述的机械手移栽模块包括基座51、旋转台52、连接板53、套筒54和机械手机构55，基座设置在辅助连接板上，旋转台的一端固定设置在基座上，旋转台的另一端通过连接板与套筒一端相连，套筒的另一端与机械手机构相连接；机械手移栽模块由带霍尔编码器的直流电机提供动力。机械手移栽模块将期望轨迹通过运动学模型解算为各个电机的角速度，到达指定位置通过机械手的运动抓取货物。

所述的顶升机构移栽模块包括若干个液压驱动机构62和顶升机构移栽模块底板61，顶升机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，若干个液压驱动机构设置在顶升机构移栽模块底板上，液压驱动机构由带霍尔编码器的直流电机提供动力。通过液压驱动机构的升降取拿货物。

如图7所示所述的辊子机构移栽模块包括辊子机构和辊子机构移栽模块底板63，辊子机构由支架62固定，辊子机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，辊子机构设置在辊子机构移栽模块底板上，辊子机构由带霍尔编码器65的直流电机64带动与辊子机构连接的传动齿轮61提供动力。带霍尔编码器的直流电机通过改变高低电平来改变辊子转向，辊子转动实现货物的存取。

如图6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4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5所示，所述的夹紧机构包括手柄21、螺纹杆22、紧定螺钉23、移动凸台24和夹紧机构基座25，夹紧机构基座上设有移动凸台，移动凸台与螺纹杆的一端相连接，螺纹杆的另一端与手柄相连接，紧定螺钉穿过移动凸台且与夹紧机构基座固定，紧定螺栓用于固定移动凸台和夹紧机构基座的相对位置。

一种可更换移栽模块的AGV机构的设计方法，设计方法包括可更换移栽模块的AGV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板和移栽模块，最后夹紧机构的螺纹杆自锁完成锁定防止移栽模块松动。

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。

设计方法包括电机的控制算法，电机的控制算法具体为基于等效控制的模糊滑膜控制算法，模糊滑膜控制算法的滑膜函数为s（t）=ce+e’，切换律u=u_eq+ɥ*u_s，模糊规则表示为:

If s(t) is N then ɥ is P；

If s(t) is Z then ɥ is Z；

If s(t) is P then ɥ is P；

隶属度函数均为三角函数，其中e为编码器反馈的速度值与期望值之间的误差，e’为误差的变化率，u_eq为等效控制项，u_s为切换控制项。

Claims (9)

1.一种可更换移栽模块的AGV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机械手移栽模块、顶升机构移栽模块或辊子机构移栽模块，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所述的一种可更换移栽模块的AGV机构，其特征是，所述的机械手移栽模块包括基座、旋转台、连接板、套筒和机械手机构，基座设置在辅助连接板上，旋转台的一端固定设置在基座上，旋转台的另一端通过连接板与套筒一端相连，套筒的另一端与机械手机构相连接；机械手移栽模块由带霍尔编码器的直流电机提供动力。

3.根据权利要求1所述的一种可更换移栽模块的AGV机构，其特征是，所述的顶升机构移栽模块包括若干个液压驱动机构和顶升机构移栽模块底板，顶升机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，若干个液压驱动机构设置在顶升机构移栽模块底板上，液压驱动机构由带霍尔编码器的直流电机提供动力。

4.根据权利要求1所述的一种可更换移栽模块的AGV机构，其特征是，所述的辊子机构移栽模块包括辊子机构和辊子机构移栽模块底板，辊子机构移栽模块底板设置在辅助连接板上，辊子机构设置在辊子机构移栽模块底板上，辊子机构由带霍尔编码器的直流电机带动与辊子机构连接的传动齿轮提供动力。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的一种可更换移栽模块的AGV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。

6.根据权利要求5所述的一种可更换移栽模块的AGV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。

7.根据权利要求5所述的一种可更换移栽模块的AGV机构，所述的夹紧机构包括手柄、螺纹杆、紧定螺钉、移动凸台和夹紧机构基座，夹紧机构基座上设有移动凸台，移动凸台与螺纹杆的一端相连接，螺纹杆的另一端与手柄相连接，紧定螺钉穿过移动凸台且与夹紧机构基座固定，紧定螺钉用于固定移动凸台和夹紧机构基座的相对位置。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的可更换移栽模块的AGV机构的设计方法，其特征是，设计方法包括可更换移栽模块的AGV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板和移栽模块，最后夹紧机构的螺纹杆自锁完成锁定防止移栽模块松动。

9.根据权利要求8所述的一种可更换移栽模块的AGV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，然后根据待安装的移栽模块的规格调整锁定机构与辅助连接板的相对位置，继续步骤1和步骤2完成安装过程。

Images