CN112009970A - 一种动能回收图像感知的单轨运输机 - Google Patents

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李明
黄晶晶
许永伟
张良
张洪铎
高立婷
肖旭
周文
戴思慧
谢景鑫
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Hunan Agricultural University
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Abstract

本发明公开了一种动能回收图像感知的单轨运输机，包括轨道和沿轨道往复移动的行走装置，还包括动力系统，所述动力系统包括主动驱动装置和动能回收装置，所述主动驱动装置为行走装置提供运输动力；所述行走装置在满足运输条件下，通过动能回收装置将多余动能转换为电能储存；此外还利用图像传感器感知轨道前后是否存在障碍物，提高安全性。本发明的动能回收图像感知的单轨运输机具有简单实用、安全稳定、能量利用率高、自动化程度高和适用于坡地输送等优点。

Description

一种动能回收图像感知的单轨运输机
技术领域
本发明涉及运输领域，尤其涉及一种动能回收图像感知的单轨运输机。
背景技术
我国南方丘陵地区适宜种植经济作物，如柑橘等水果。然而丘陵地形复杂多变，其坡度较大导致很多传统运输设备不适用，单轨运输机因具有体积小、运输方便和地形适应性强等特点，广泛应用于丘陵地带的作物运输。
现有的单轨运输机使用过程中面临的主要问题是：运输坡度较大导致上坡动力不足和下坡速度过快，造成严重的安全隐患。传统防止单轨运输机速度过快的方法是在导轨上安装摩擦刹车装置，这种方法将原本可回收利用的能量经过摩擦转换成了热能，造成一定程度的能量浪费。此外，现有的单轨运输机运输过程中需要有人随车观察路况，造成不必要的人力浪费，并且对工作人员有较大的安全隐患。
申请号为201910738373.1的中国专利申请公开的一种新式山地轨道运输装置，包括轨道、驱动装置和货箱，利用手动遥控装置结合定位信息进行控制，一定程度上提高了运输过程的安全性，但仅根据定位信息进行远程遥控仍有很大的安全隐患，且未对下坡能量的利用做考虑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单实用、安全稳定、能量利用率高、自动化程度高和适用于坡地输送的动能回收图像感知的单轨运输机。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种动能回收图像感知的单轨运输机，包括轨道和沿轨道往复移动的行走装置，还包括动力系统，所述动力系统包括主动驱动装置和动能回收装置，所述主动驱动装置为行走装置提供运输动力；所述行走装置在满足运输条件下，通过动能回收装置将多余动能转换为电能储存。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述动能回收装置的输出轴与行走装置的输入轴保持连接，所述主动驱动装置的输出轴与动能回收装置的输出轴为可离合式连接。
所述主动驱动装置的输出轴上设有主动带轮，动能回收装置的输出轴上设有半离合器以及与主动带轮通过皮带传动的从动带轮，所述从动带轮通过轴承与动能回收装置的输出轴可相对转动连接，所述半离合器与动能回收装置的输出轴同步转动连接，并能沿轴向移动，所述半离合器和从动带轮相对的端面上均设有相贴附后同步转动的摩擦涂层。
动能回收图像感知的单轨运输机还包括离合驱动件，所述离合驱动件沿动能回收装置的输出轴的轴向布置，驱动端驱动所述半离合器沿其轴向移动。
所述动能回收装置为一可发电电动机，可发电电动机于行走装置上坡时保持电动机状态提供正向驱动，于行走装置下坡速度低于设定速度时保持发电机状态将动能转化为电能，于行走装置下坡速度高于设定速度时保持电动机状态提供反向制动。
所述行走装置包括机架、驱动轮和减速器，所述驱动轮和减速器均连接于机架上，所述减速器的输出轴与驱动轮相连，减速器的输入轴与动力系统相连。
所述轨道的两侧边分别设有滚动槽和齿条；所述行走装置还包括连接于机架上的承重轮，所述承重轮和驱动轮之间设有允许轨道通过的间隙，所述承重轮与滚动槽滚动配合，驱动轮的外围面上设有与齿条配合的啮合齿。
所述承重轮沿轨道方向设有两个，所述行走装置还包括防倾覆轮，所述驱动轮和防倾覆轮分别布设在两个承重轮相对于轨道对称的位置处。
所述单轨运输机还包括控制系统，所述控制系统包括微型处理单元和装设于行走装置上的坡度传感器和速度传感器，所述微型处理单元根据坡度传感器和速度传感器的信号控制主动驱动装置和动能回收装置的运行。
所述控制系统还包括装设于行走装置上的定位装置以及装设于行走装置首尾两端的图像传感器，所述微型处理单元根据图像传感器和定位装置的信号控制动力系统进而控制行走装置的速度和启停。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的动能回收图像感知的单轨运输机，其动力系统包括有主动驱动装置和动能回收装置，主动驱动装置为行走装置提供运输动力，以使行走装置能够有足够的动力上下坡以及在平面内移动。当行走装置在进行下坡时，坡度较大的情况下可能并不需要动力，甚至还需要进行减速，此时动能回收装置可以将行走装置多余的动能转换为电能存储，这种设置方式在不需要外在阻力和反向驱动的情况下就能减缓行走装置的下坡速度，提高行走装置的安全性和稳定性，并且还能将原本刹车装置浪费的能量转换为电能存储起来，提高能量利用效率，更加节能环保。
附图说明
图1至图3是本发明的动能回收图像感知的单轨运输机的结构示意图；
图4是本发明的动能回收图像感知的单轨运输机中离合驱动件的放大结构图；
图5是本发明的动能回收图像感知的单轨运输机的传动结构示意图；
图6是本发明的动能回收图像感知的单轨运输机中控制系统的示意图。
图例说明：1、轨道；11、滚动槽；12、齿条；2、行走装置；21、机架；22、驱动轮；23、减速器；24、承重轮；25、防倾覆轮；3、主动驱动装置；31、主动带轮；4、动能回收装置；41、半离合器；42、从动带轮；5、离合驱动件。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例：
如图1至图3所示，本实施例的动能回收图像感知的单轨运输机，包括轨道1和沿轨道1往复移动的行走装置2，还包括动力系统，动力系统包括主动驱动装置3和动能回收装置4，主动驱动装置3为行走装置2提供运输动力；行走装置2在满足运输条件下，通过动能回收装置4将多余动能转换为电能储存。主动驱动装置3为行走装置2提供运输动力，以使行走装置2能够有足够的动力上下坡以及在平面内移动，完成运输作业的要求。当行走装置2在进行下坡时，坡度较大的情况下可能并不需要动力，甚至还需要进行减速，此时动能回收装置4可以将行走装置2多余的动能转换为电能存储，这种设置方式在不需要外在阻力和反向驱动的情况下就能减缓行走装置2的下坡速度，提高行走装置2的安全性和稳定性，并且还能将原本刹车装置浪费的能量转换为电能存储起来，提高能量利用效率，更加节能环保。
本实施例中，动能回收装置4的输出轴与行走装置2的输入轴保持连接，主动驱动装置3的输出轴与动能回收装置4的输出轴为可离合式连接。这种可离合式的连接方式保证了主动驱动装置3在行走装置2需要驱动时能够与行走装置2快速连接，不需要驱动的情况下与行走装置2快速分离，能够在两种模式下灵活切换。本实施例的主动驱动装置3可以是电动机、内燃机等动力机构。
本实施例的可离合式连接方式通过以下结构实现：如图1至图3，以及图5所示，主动驱动装置3的输出轴上设有主动带轮31，动能回收装置4的输出轴上设有半离合器41以及与主动带轮31通过皮带传动的从动带轮42，从动带轮42通过轴承与动能回收装置4的输出轴可相对转动连接，并由设置在该轴上的挡圈、套筒等常用部件实现轴向方向的固定，使从动带轮42仅能绕轴向转动。半离合器41与动能回收装置4的输出轴同步转动连接，并能沿轴向移动，这种连接方式可以是花键连接，也可以通过其他连接形式实现，使半离合器41仅能沿轴向移动。半离合器41和从动带轮42相对的端面上均设有相贴附后同步转动的摩擦涂层，当半离合器41移动并与从动带轮42贴紧时，二者在摩擦涂层的作用下同步转动，从而实现主动驱动装置3通过动能回收装置4来与行走装置2连接。
本实施例中，动能回收图像感知的单轨运输机还包括离合驱动件5，离合驱动件5沿动能回收装置4的输出轴的轴向布置，驱动端驱动半离合器41沿其轴向移动。该离合驱动件5可以是电动推杆、气缸或油缸，也可以是其他能够实现直线驱动方式的驱动装置。本实施例中，如图4所示，离合驱动件5包括电动推杆、摇杆和拨叉，电动推杆通过伸缩带动摇杆摆动，从而驱使拨叉转动，拨叉转动使半离合器41沿轴向移动从而与从动带轮42贴合或分离。
本实施例中，动能回收装置4为一可发电电动机，可发电电动机于行走装置2上坡时保持电动机状态提供正向驱动，于行走装置2下坡速度低于设定速度时保持发电机状态将动能转化为电能，于行走装置2下坡速度高于设定速度时保持电动机状态提供反向制动。动能回收装置4的输出轴上还设有齿轮，通过齿轮与行走装置2的减速器23配合传动。
本实施例中，主动驱动装置3为主要动力为行走装置2提供主要的行走动力，动能回收装置4在电动机状态下作为从动驱动装置提供辅助动力；当进行大坡度的爬坡时，主动驱动装置3和动能回收装置4共同为行走装置2提供动力，以加强行走装置2的爬坡性能，进一步提高的运输过程的安全稳定性。本实施例中，为了进一步保障运输过程的安全性，还可以另行设置刹车装置，防止各驱动装置失效。
本实施例中，行走装置2包括机架21、驱动轮22和减速器23，驱动轮22和减速器23均连接于机架21上，减速器23的输出轴与驱动轮22相连，减速器23的输入轴与动力系统相连。本实施例中，机架21上还托持有主动驱动装置3、动能回收装置4和离合驱动件5，并且还带有牵拉货物的牵引环。
本实施例中，轨道1为方形管状，利用两个侧面与地面架固定连接，轨道1的上下两侧边分别设有滚动槽11和齿条12；行走装置2还包括连接于机架21上的承重轮24，承重轮24和驱动轮22之间设有允许轨道1通过的间隙，承重轮24与滚动槽11滚动配合，驱动轮22的外围面上设有与齿条12配合的啮合齿。啮合传动的方式能够防止行走装置2上下坡过程中沿轨道1下滑，提高安全性能。承重轮24承担行走装置2的大部分重量，防止用于啮合传动的部件发生过度磨损或压溃导致行走装置2无法移动等情况出现，提高了行走装置2和轨道1的使用寿命。本实施例中，齿条12的啮合形状要比驱动轮22啮合齿稍微大些，以使传动顺利，特别是在轨道1转弯处可防止啮合卡顿。
本实施例中，承重轮24沿轨道1方向设有两个，其形状为两端带法兰的圆柱体，内部与轴通过滚动轴承配合，行走装置2还包括防倾覆轮25，驱动轮22和防倾覆轮25分别布设在两个承重轮24相对于轨道1对称的位置处，这种设置方式能够有效防止行走装置2倾覆，使行走装置2的运输过程安全稳定。
本实施例中，动能回收图像感知的单轨运输机还包括控制系统，控制系统包括微型处理单元和装设于行走装置2上的坡度传感器和速度传感器，微型处理单元根据坡度传感器和速度传感器的信号控制主动驱动装置3和动能回收装置4的运行。
在进行驱动时，微型处理单元控制离合驱动件5运行，使主动驱动装置3与行走装置2接合，并启动。当坡度传感器检测得到的下坡坡度大于预设坡度或速度传感器的速度大于预设速度时，微型处理单元发出信号控制主动驱动装置3减小动力输出；或者控制离合驱动件5运行使主动驱动装置3与行走装置2分离，并使动能回收装置4以发电机模式介入进行发电，回收多余的动能；还可以使动能回收装置4以电动机模式介入反向制动，降低行走装置2的速度，防止危险和损失发生；反之，当坡度传感器检测得到的上坡坡度大于预设坡度或速度传感器的速度小于预设速度时，微型处理单元发出信号控制主动驱动装置3加大动力输出或同时启动动能回收装置4的驱动模式，以提高行走装置2的速度。
本实施例中，控制系统还包括装设于行走装置2上的定位装置以及装设于行走装置2首尾两端的图像传感器，微型处理单元根据图像传感器和定位装置的信号控制动力系统进而控制行走装置2的速度和启停，以避免行走装置2受到撞击或干扰，提高行走装置2的使用寿命。这种设置方式无需工作人员随车观察，避免了人力浪费。本实施例中，当进行多轨道1多行走装置2运输时，行走装置2上还应设置定位装置，单片机根据定位装置的信号控制主动驱动装置3的驱动方向和启停，以避免行走装置2相撞或打乱运输路线。
本实施例中，如图6所示，微型处理单元将各传感器传输来的行走装置2的定位数据、坡度、速度和图片传感信息等通过网络上传至监视调度平台。当进行多轨道1多行走装置2运输时，微型处理单元利用坡度、速度传感器控制行走装置2的动力接入策略，利用图像传感器防止行走装置2受到撞击，并且执行来自监视调度平台的速度与让道指令以及远程的人工干预控制，以使各行走装置2有条理的运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动能回收图像感知的单轨运输机，包括轨道(1)和沿轨道(1)往复移动的行走装置(2)，其特征在于：还包括动力系统，所述动力系统包括主动驱动装置(3)和动能回收装置(4)，所述主动驱动装置(3)为行走装置(2)提供运输动力；所述行走装置(2)在满足运输条件下，通过动能回收装置(4)将多余动能转换为电能储存。
2.根据权利要求1所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述动能回收装置(4)的输出轴与行走装置(2)的输入轴保持连接，所述主动驱动装置(3)的输出轴与动能回收装置(4)的输出轴为可离合式连接。
3.根据权利要求2所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述主动驱动装置(3)的输出轴上设有主动带轮(31)，动能回收装置(4)的输出轴上设有半离合器(41)以及与主动带轮(31)通过皮带传动的从动带轮(42)，所述从动带轮(42)通过轴承与动能回收装置(4)的输出轴可相对转动连接，所述半离合器(41)与动能回收装置(4)的输出轴同步转动连接，并能沿轴向移动，所述半离合器(41)和从动带轮(42)相对的端面上均设有相贴附后同步转动的摩擦涂层。
4.根据权利要求3所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：还包括离合驱动件(5)，所述离合驱动件(5)沿动能回收装置(4)的输出轴的轴向布置，驱动端驱动所述半离合器(41)沿其轴向移动。
5.根据权利要求1所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述动能回收装置(4)为一可发电电动机，可发电电动机于行走装置(2)上坡时保持电动机状态提供正向驱动，于行走装置(2)下坡速度低于设定速度时保持发电机状态将动能转化为电能，于行走装置(2)下坡速度高于设定速度时保持电动机状态提供反向制动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述行走装置(2)包括机架(21)、驱动轮(22)和减速器(23)，所述驱动轮(22)和减速器(23)均连接于机架(21)上，所述减速器(23)的输出轴与驱动轮(22)相连，减速器(23)的输入轴与动力系统相连。
7.根据权利要求6所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述轨道(1)的两侧边分别设有滚动槽(11)和齿条(12)；所述行走装置(2)还包括连接于机架(21)上的承重轮(24)，所述承重轮(24)和驱动轮(22)之间设有允许轨道(1)通过的间隙，所述承重轮(24)与滚动槽(11)滚动配合，驱动轮(22)的外围面上设有与齿条(12)配合的啮合齿。
8.根据权利要求7所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述承重轮(24)沿轨道(1)方向设有两个，所述行走装置(2)还包括防倾覆轮(25)，所述驱动轮(22)和防倾覆轮(25)分别布设在两个承重轮(24)相对于轨道(1)对称的位置处。
9.根据权利要求6所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述单轨运输机还包括控制系统，所述控制系统包括微型处理单元和装设于行走装置(2)上的坡度传感器和速度传感器，所述微型处理单元根据坡度传感器和速度传感器的信号控制主动驱动装置(3)和动能回收装置(4)的运行。
10.根据权利要求9所述的动能回收图像感知的单轨运输机，其特征在于：所述控制系统还包括装设于行走装置(2)上的定位装置以及装设于行走装置(2)首尾两端的图像传感器，所述微型处理单元根据图像传感器和定位装置的信号控制动力系统进而控制行走装置(2)的速度和启停。
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