CN112319153B - 一种自动对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动对接装置，包括底板、车体、大齿轮、旋转制动机构、小齿轮、第一触碰开关、第二触碰开关、对接牵引机构，底板底侧设有差速驱动机构，底板中部通过转轴组件和车体连接，大齿轮固定在转轴组件上，底板侧部设有连接板，旋转制动机构设在连接板上，旋转制动机构设有小齿轮，大齿轮和小齿轮啮合，连接板设有第一触碰块和第二触碰块，第一触碰开关和第二触碰开关设在车体底壁，车体设有两个呈镜像对称的对接牵引机构，车体的车头设有支撑架，支撑架上设有电气控制柜和人机交互模块，支撑架前侧设有摄像头，支撑架后侧设有第三触碰开关，车体的车尾设有红外接收器。本发明无需辅助工具便可使车体和箱体的对接与分离，提高配送效率。

Description

一种自动对接装置

技术领域

本发明涉及自动物流系统装置技术领域，具体为一种自动对接装置。

背景技术

现有市场上高度很矮的无人小车在对接箱子时是从正面伸进箱子底下牵引箱子。然而现有的无人小车存在以下不足：1.用户与机器交互性不足，只能从平板或者调度系统查看机器人任务信息和机器人先有信息；2.需要足够的空间才能准确地和箱体对接，若箱子在狭窄的地方，牵引小车很难调节方向。而带有用户与机器交互的小车，无法从正面对接箱体，需要做辅助工具定点定位的方式对接箱体，没有很好的体验感，同时也无法解决在狭窄的空间对接箱体。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种无需借助辅助工具便可实现车体和箱体的对接与分离，提高配送效率的自动对接装置。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种自动对接装置，包括底板、车体、大齿轮、旋转制动机构、小齿轮、第一触碰开关、第二触碰开关、对接牵引机构，所述底板的底侧设置有差速驱动机构，所述底板的中部通过转轴组件和所述车体连接，所述大齿轮固定套装在所述转轴组件上，所述底板的侧部设置有连接板，所述旋转制动机构设置在所述连接板上，所述旋转制动机构上设置有所述小齿轮，所述大齿轮和所述小齿轮相互啮合，所述连接板上设置有第一触碰块和第二触碰块，所述第一触碰开关和第二触碰开关设置在所述车体的底壁，所述第一触碰开关和所述第一触碰块相互配合、所述第二触碰开关和所述第二触碰块相互配合限制所述底板在限定范围内转动，所述车体上设置有两个呈镜像对称的所述对接牵引机构，所述车体的车头设置有支撑架，所述支撑架上设置有电气控制柜和人机交互模块，所述支撑架的前侧设置有摄像头，所述支撑架的后侧设置有第三触碰开关，所述车体的车尾设置有红外接收器。

进一步地：所述旋转制动机构包括歩进电机、编码器、电磁刹车，所述编码器的输出轴和所述步进电机的转轴连接，且所述编码器的输出轴和所述小齿轮连接，所述电磁刹车设置在步进电机的转轴上。

进一步地：所述底板的底部设置有两个相互对称的减震安装架，所述差速驱动机构包括两个结构相同的伺服驱动组件，每个减震安装架上分别设置有一个所述伺服驱动组件。

进一步地：两个所述减震安装架的结构相同，分别包括安装座、导向轴、直线轴承、弹簧，所述直线轴承设置在所述安装座上，所述导向轴的一端和所述底板连接，所述导向轴的另一端贯穿所述直线轴承，所述弹簧套装在所述导向轴上，且所述弹簧位于所述安装座和底板之间。

进一步地：所述伺服驱动组件包括伺服电机、减速机、驱动轮，所述伺服电机和减速机设置在所述安装座上，所述伺服电机和所述减速机连接，所述减速机的输出轴和所述驱动轮连接。

进一步地：所述转轴组件包括旋转轴、轴螺母、上轴承、下轴承、轴套，所述旋转轴通过所述轴螺母和所述底板连接，所述上轴承设置在所述车体的底壁，所述下轴承设置在所述底板上，且所述上轴承和下轴承分别套装在所述旋转轴的两端，所述轴套套装所述旋转轴上，且所述轴套和所述车体的底壁固定连接，所述大齿轮固定套装在所述轴套上。

进一步地：所述对接牵引机构包括电动滑轨、滑块、电动推杆、安装板、机械爪、第一传感器、第二传感器、第三传感器，所述滑块设置在所述电动滑轨上，并可沿所述电动滑轨移动，所述安装板和所述滑块连接，所述电动推杆设置在所述安装板上，所述电动推杆的输出轴和所述机械爪，所述第一传感器和第二传感器固定设置在所述电动滑轨的后端，所述第三传感器固定设置在所述电动滑轨的前端。

进一步地：所述机器爪的前端向内弯曲形成勾部，所述勾部的内壁设置有第四触碰开关。

进一步地：所述车体底壁的四个角上分别设置有滚轮，所述红外接收器设置有两个。

进一步地：所述限定范围为0°-90°。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，通过在底板的底侧设置差速驱动机构，底板通过转轴组件和车体连接，大齿轮固定套装在转轴组件上，底板侧部的连接板上设置旋转制动机构，旋转制动机构上设置有小齿轮，小齿轮和大齿轮相互啮合，连接板设置第一触碰块和第二触碰块，车体底壁设置第一触碰开关和第二触碰开关，第一触碰块和第一触碰开关相互配合、第二触碰块和第二触碰开关相互配合限制底板在0°-90°范围内转动，在车体保持不转动的情况下，通过底板转动带动差速驱动机构转向，以使车体能够沿车宽方向或车宽方向移动，实现使车体由箱体的反面绕到箱体的正面并使车体的车尾和箱体的正面相对进行对接，从而实现了使车体在狭窄的地方也能调节方向绕到箱体的正面进行对接，提高了无人配送车在狭窄地方的活动能力和对接能力，且若车体的车头和箱体的正面相对，通过车体内的雷达探测寻找可允许车体旋转180°的空间，通过差速驱动机构驱动底板旋转带动车体旋转180°，实现车体的转向，最终使车体的车尾和箱体的正面相对进行对接，在车体上设置两个呈镜像对称的对接牵引机构，通过对接牵引机构实现车体和箱体的对接和分离，无需额外的辅助工具进行箱体对接，可提高配送的效率，在车体车头的支撑架上设置有人机交互模块，通过人机交互模块可以查看任务信息，提高用户与机器的交互性。

附图说明

图1至图3为本发明的结构示意图；

图4至图6为本发明差速驱动机构的结构示意图；

图7为本发明转轴组件的结构分解示意图；

图8为本发明对接牵引机构的结构示意图；

图9为本发明与箱体对接时的结构示意图；

图10为本发明与箱体对接时的俯视图；

图11为本发明与箱体完成对接的结构示意图；

图12为本发明与箱体完成对接的侧视图。

附图标记说明：1-底板，11-伺服电机，12-减速机，13-驱动轮，14-连接板，141-第一触碰块，142-第二触碰块，2-车体，21-支撑架，22-电气控制柜，23-人机交互模块，24-摄像头，25-第三触碰开关，26-红外接收器，27-滚轮，28-雷达，3-大齿轮，31-第一触碰开关，32-第二触碰开关，4-对接牵引机构，41-电动滑轨，42-滑块，43-电动推杆，44-安装板，45-机械爪，451-勾部，452-第四触碰开关，46-第一传感器，47-第二传感器，48-第三传感器，51-步进电机，52-编码器，53-小齿轮，6-转轴组件，61-旋转轴，62-轴螺母，63-上轴承，64-下轴承，65-轴套，71-安装座，72-导向轴，73-直线轴承，74-弹簧，8-箱体，81-第一对接位，82-第二对接位，83-红外发射板。

具体实施方式

图1至图12为本发明提供的一种自动对接装置实施例结构示意图，包括底板1、车体2、大齿轮3、旋转制动机构、小齿轮53、第一触碰开关31、第二触碰开关32、对接牵引机构4，底板1的底侧设置有差速驱动机构，底板1的中部通过转轴组件6和车体2连接，大齿轮3固定套装在转轴组件6上，底板1的侧部设置有连接板14，旋转制动机构设置在连接板14上，旋转制动机构上设置有小齿轮53，大齿轮3和小齿轮53相互啮合，连接板14上设置有第一触碰块141和第二触碰块142，第一触碰开关31和第二触碰开关32设置在车体2的底壁，第一触碰开关31和第一连接板14相互配合、第二触碰开关32和第二触碰块142相互配合限制底板1在限定范围内转动，限定范围为0°-90°，车体2底壁的四个角上分别设置有滚轮27，车体2上设置有两个呈镜像对称的对接牵引机构4，车体2的车头设置有支撑架21，支撑架21上设置有电气控制柜22和人机交互模块23，支撑架21的前侧设置有摄像头24，支撑架21的后侧设置有第三触碰开关25，车体2的车尾设置有红外接收器26，红外接收器26设置有两个。

旋转制动机构包括歩进电机51、编码器52、电磁刹车，编码器52的输出轴和步进电机51的转轴连接，且编码器52的输出轴和小齿轮53连接，电磁刹车设置在步进电机51的转轴上。

箱体8两侧靠近箱体8正面的一端分别设置有第一对接位81和第二对接位82，箱体8的反面下侧设置有红外发射板83，红外发射板83向箱体8的正面发射红外信号。工作时，电气控制柜22发送指令给差速驱动机构驱动车体2行驶到箱体8附近，通过摄像头24检测判断箱体8的正反面，如果车体2的车头对着箱体8的反面，车体2的车头设置有雷达28，根据雷达28探测的位置，首先控制车体2沿车宽方向移动，接着沿车长方向移动，然后控制车体再次沿车宽方向移动，使车体2移动绕至箱体8的正面且车体2的车尾与箱体8的正面相对(如图10所示)。

控制车体2沿车宽方向移动时，首先控制电磁刹车解开制动，步进电机51通过编码器52驱动小齿轮53绕着大齿轮3转动，在车体2保持不转动的情况下，小齿轮53转动带动底板1旋转，底板1带动第一触碰块141和第二触碰块142转动，当底板1转动90°后，且第一触碰块141触碰到第一触碰开关31时，第一触碰开关31发送信息给电气控制柜22控制电磁刹车制动，步进电机51通过解码器52控制小齿轮53停止旋转，使底板1不转动呈锁紧状态，然后差速驱动机构驱动底板1带动车体2沿车宽方向移动。

控制车体2沿车长方向移动时，首先电磁刹车解开制动，步进电机51通过解码器52驱动小齿轮53带动底板1旋转90°后，当第二触碰块142触碰到第二触碰开关32时，第二触碰开关32发送信息给电气控制柜22，控制电磁刹车重新制动，小齿轮53停止旋转使底板1不转动，然后再通过差速驱动机构驱动底板1带动车体2沿车长方向移动。

如果车体2的车头对着箱体8的正面，首先控制电磁刹车制动，小齿轮53不旋转，底板1不转动呈锁紧状态，通过车体内的雷达28探测寻找可允许车体旋转180°的空间，然后通过差速驱动机构驱动底板1带动车体2旋转180°，最终使车体2的车尾和箱体8的正面相对(如图8所示)。

在车体2移动的过程中，箱体8反面的红外发射板83向箱体8的正面方向发射红外信号，红外发射板83的发射角度为水平方向1°角，可保证车体2和箱体8之间的相对角度不会太大，当车体2的车尾上的两个红外接收器26都接收到红外发射板83发出的红外信号，判定车体2的车尾和与箱体8的正面相对(如图9所示)，然后电磁刹车再次解开制动，步进电机51通过解码器52驱动小齿轮53带动底板1旋转90°，当第二触碰块142触碰到第二触碰开关32时，第二触碰开关32发送信息给电气控制柜22，控制电磁刹车重新制动，小齿轮53停止旋转使底板1不转动，然后再通过差速驱动机构驱动底板1带动车体2沿车长方向移动并后退，当车体2内的地图上标识车体2离箱体8距离还有1-2cm时控制车体2上的对接牵引机构4动作，使对接牵引机构4勾在箱体8上的第一对接位81上并将车体2伸进箱体8的底部下方，从而实现车体2和箱体8的对接。

底板1的底部设置有两个相互对称的减震安装架，差速驱动机构包括两个结构相同的伺服驱动组件，每个减震安装架上分别设置有一个伺服驱动组件。

两个减震安装架的结构相同，分别包括安装座71、导向轴72、直线轴承73、弹簧74，直线轴承73设置在安装座71上，导向轴72的一端和底板1连接，导向轴72的另一端贯穿直线轴承73，弹簧74套装在导向轴72上，且弹簧74位于安装座71和底板1之间。

在车体2移动的过程中，当遇到不平整的底面时，车体2抖动带动底板1向下压，使导向轴72在直线轴承73内向下移动，并压缩弹簧74，从而实现通过弹簧74来减缓车体2的抖动。

伺服驱动组件包括伺服电机11、减速机12、驱动轮13，伺服电机11和减速机12设置在安装座71上，伺服电机11和减速机12连接，减速机12的输出轴和驱动轮13连接。

转轴组件6包括旋转轴61、轴螺母62、上轴承63、下轴承64、轴套65，旋转轴61通过轴螺母62和底板1连接，上轴63设置在车体2的底壁，下轴承64设置在底板1上，且上轴承63和下轴承64分别套装在旋转轴61的两端，轴套65套装在旋转轴61上，且轴套65和车体2的底壁固定连接，大齿轮3固定套装在轴套65上。

步进电机51通过编码器52驱动小齿轮53带动底板1旋转的过程中，由于小齿轮53设置在编码器52的输出轴上，编码器52设置在底板1的连接板14上，小齿轮53和大齿轮3相互啮合，大齿轮3固定套装在轴套65上，轴套65套装在旋转轴61上，且轴套65和车体2的底壁固定连接，因此当小齿轮53转动时，小齿轮53绕着大齿轮3转动并带动底板1以旋转轴61为中心进行旋转，大齿轮3固定不转动，车体2保持不转动，底板1旋转带动驱动轮13转向，当驱动轮13转向完成后，控制两个伺服驱动组件工作，且使两个伺服驱动组件的伺服电机11的旋转方向相同，伺服电机11通过减速机12带动驱动12滚动，从而实现使车体2沿车宽方向或车长方向移动。

当差速驱动机构驱动底板1带动车体2旋转180°时，电磁刹车制动，小齿轮53不转动，两个伺服驱动组件的伺服电机11一个正向旋转，另一个反向转动，从而驱动底板1以旋转轴61为中心旋转180°，由于小齿轮53不转动，小齿轮53和大齿轮3相互啮合，大齿轮3固定套装在轴套65上，轴套65套装在旋转轴61上，且轴套65和车体2的底壁固定连接，底板1旋转时，小齿轮53通过大齿轮3带动轴套65和车体2以旋转轴61为中心旋转，从而使底板1和车体2同步转动，从而若车体2的车头对着箱体8的正面时，实现车体2原地转向180°，使车体2的车尾和箱体8的正面相对应。

对接牵引机构4包括电动滑轨41、滑块42、电动推杆43、安装板44、机械爪45、第一传感器46、第二传感器47、第三传感器48，滑块42设置在电动滑轨41上，并可沿电动滑轨41移动，安装板44和滑块42连接，电动推杆43设置在安装板44上，电动推杆43的输出轴和机械爪45，第一传感器46和第二传感器47固定设置在电动滑轨41的后端，第三传感器48固定设置在电动滑轨41的前端。

机器爪的前端向内弯曲形成勾部451，勾部451的内壁设置有第四触碰开关452。

对接牵引时，首先，电动推杆43驱动机械爪45向车体2外侧伸出，滑块42带动机械爪45沿电动滑轨41往靠近车体2的车尾方向移动，当滑块42触发第三传感器48时，电动推杆43驱动机械爪45向车体2内侧收缩，机械爪45向车体内侧收缩的过程中，两个呈镜像对称的机械爪45可将箱体矫正，使箱体8和车体2位于同一直线上，然后滑块42带动机械爪45沿电动滑轨41往靠近车体2的车头方向移动，使机械爪45的勾部451勾住箱体8的第一对接位81，同时触发勾部451内壁的第四触碰开关452，第四触碰开关452向电气控制柜22发送对接成功信号，电气控制柜22发送指令控制伺服电机11驱动车体2继续往靠近箱体8的方向移动，且滑块42继续带动机械爪45沿电动滑轨41往靠近车体2的车头方向移动，当滑块42触发第二传感器47时，电动推杆43驱动机械爪45向车体2外侧伸出，滑块42继续带动机械爪45沿电动滑轨41往靠近车体2的车尾移动至第三传感器48处，伺服电机11继续驱动车体2往靠近箱体8的方向移动，当箱体8触碰到支撑架21内侧的第三触碰开关25时，则判定车体2已伸到箱体8的底部且已对接到位，最后电动推杆43驱动机械爪45向车体2内侧收缩，使机械爪45锁紧在箱体8的第二对接位82上即可(如图8所示)。

综上所述，通过在车体2的车头设置支撑架21，在支撑架21上设置人机交互模块，在底板1的底侧设置差速驱动机构，在底板1侧部的连接板14上设置旋转制动机构，旋转制动机构上设置小齿轮53，底板1的中部通过转轴组件6和车体2连接，大齿轮3固定套装在转轴组件6上，且小齿轮53和大齿轮3相互啮合，车体2上设置两个呈镜像对称的对接牵引机构4，在车体2保持不转动的情况下，可通过旋转制动机构驱动小齿轮53带动底板1转动改变差速驱动机构的方向，使车体2可沿车宽方向或车长方向移动，或通过差速驱动机构在允许的空间内可驱动底板1和车体2同步旋转180°，最终使车体2的车尾从箱体8的正面伸进箱体8的底部进行对接，实现使具有人机交互的无人配送小车可以从正面对接箱体，无需借助辅助工具对接箱体，且提高了无人配送车在狭窄地方的活动能力和对接能力，可大大提升配送效率。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种自动对接装置，其特征在于：包括底板、车体、大齿轮、旋转制动机构、小齿轮、第一触碰开关、第二触碰开关、对接牵引机构，所述底板的底侧设置有差速驱动机构，所述底板的中部通过转轴组件和所述车体连接，所述大齿轮固定套装在所述转轴组件上，所述底板的侧部设置有连接板，所述旋转制动机构设置在所述连接板上，所述旋转制动机构上设置有所述小齿轮，所述大齿轮和所述小齿轮相互啮合，所述连接板上设置有第一触碰块和第二触碰块，所述第一触碰开关和第二触碰开关设置在所述车体的底壁，所述第一触碰开关和所述第一触碰块相互配合、所述第二触碰开关和所述第二触碰块相互配合限制所述底板在限定范围内转动，所述车体上设置有两个呈镜像对称的所述对接牵引机构，所述对接牵引机构包括电动滑轨、滑块、电动推杆、安装板、机械爪、第一传感器、第二传感器、第三传感器，所述滑块设置在所述电动滑轨上，并可沿所述电动滑轨移动，所述安装板和所述滑块连接，所述电动推杆设置在所述安装板上，所述电动推杆的输出轴和所述机械爪，所述第一传感器和第二传感器固定设置在所述电动滑轨的后端，所述第三传感器固定设置在所述电动滑轨的前端，所述机械爪的前端向内弯曲形成勾部，所述勾部的内壁设置有第四触碰开关，所述车体的车头设置有支撑架，所述支撑架上设置有电气控制柜和人机交互模块，所述支撑架的前侧设置有摄像头，所述支撑架的后侧设置有第三触碰开关，所述车体的车尾设置有红外接收器，所述红外接收器设置有两个。

2.根据权利要求1所述一种自动对接装置，其特征在于：所述旋转制动机构包括歩进电机、编码器、电磁刹车，所述编码器的输出轴和所述步进电机的转轴连接，且所述编码器的输出轴和所述小齿轮连接，所述电磁刹车设置在步进电机的转轴上。

3.根据权利要求1所述一种自动对接装置，其特征在于：所述底板的底部设置有两个相互对称的减震安装架，所述差速驱动机构包括两个结构相同的伺服驱动组件，每个减震安装架上分别设置有一个所述伺服驱动组件。

4.根据权利要求3所述一种自动对接装置，其特征在于：两个所述减震安装架的结构相同，分别包括安装座、导向轴、直线轴承、弹簧，所述直线轴承设置在所述安装座上，所述导向轴的一端和所述底板连接，所述导向轴的另一端贯穿所述直线轴承，所述弹簧套装在所述导向轴上，且所述弹簧位于所述安装座和底板之间。

5.根据权利要求4所述一种自动对接装置，其特征在于：所述伺服驱动组件包括伺服电机、减速机、驱动轮，所述伺服电机和减速机设置在所述安装座上，所述伺服电机和所述减速机连接，所述减速机的输出轴和所述驱动轮连接。

6.根据权利要求4所述一种自动对接装置，其特征在于：所述转轴组件包括旋转轴、轴螺母、上轴承、下轴承、轴套，所述旋转轴通过所述轴螺母和所述底板连接，所述上轴承设置在所述车体的底壁，所述下轴承设置在所述底板上，且所述上轴承和下轴承分别套装在所述旋转轴的两端，所述轴套套装所述旋转轴上，且所述轴套和所述车体的底壁固定连接，所述大齿轮固定套装在所述轴套上。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种自动对接装置，其特征在于：所述车体底壁的四个角上分别设置有滚轮。

8.根据权利要求7所述一种自动对接装置，其特征在于：所述限定范围为0°-90°。

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