CN112591679A - 一种汽车搬运agv用举升变轴装置、控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车搬运AGV用举升变轴装置、控制系统及方法，涉及智能物流领域，包括AGV框架、变轴单元与举升单元；所述AGV框架用于支撑所述变轴单元和所述举升单元，包括前后排列的固定舱段和滑动舱段；所述变轴单元设在所述滑动舱段内，用于AGV搬运轴距的调整；所述举升单元用于完成汽车的搬起和放下操作，包括第一举升模块和第二举升模块，所述第一举升模块设在所述固定舱段内，所述第二举升模块固定在所述变轴单元内。本发明提出了一种汽车搬运AGV用举升变轴装置、控制系统及方法，能够将AGV用于多种车型的搬运，并且搬运精度高、结构可靠、使用方便。

Description

一种汽车搬运AGV用举升变轴装置、控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能物流领域，尤其涉及一种汽车搬运AGV轴距变化装置、控制系统及方法。

背景技术

目前，汽车的年产量越来越大，整车厂中汽车的下线工作需要耗费大批的人力，现在需要一种可以承担户外汽车转运工作的AGV，将下线的整车从生产线转运至停车场，代替司机的工作。德国Serva公司的机器人Ray在奥迪的整车厂进行汽车的下线转运工作，但是是室内的转运，未考虑户外复杂的路况以及天气条件等，其他的汽车转运门类的AGV多是针对城市停车用途所研制的，如怡丰、昆船等。

市场上推出的汽车搬运AGV形式主要有车抬板式、梳齿式、托轮胎式等几种形式，其中车抬板式因牵涉到要取空车板或存空车板的情况，搬运效率相对较低；梳齿式方案中伸出的梳齿需要支撑起整辆汽车的承重，对强度和刚度要求较高，制造工艺难度大，空间利用率不太经济；托轮胎式是这些搬运形式中最省空间的一种形式，且具有结构简单、运行效率较高等优点。因此托轮胎式是搬运车AGV方案中最受重视的，为了适应多种车型的需求，托轮胎式停车AGV的一个重要研究方向就是举升与变轴单元，以满足满足多种车型搬运的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种汽车搬运AGV用举升变轴装置、控制系统及方法，能够将AGV用于多种车型的搬运，并且搬运精度高、结构可靠、使用方便。

根据本发明的第一方面，提供了一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，包括AGV框架、变轴单元与举升单元；

所述AGV框架用于支撑所述变轴单元和所述举升单元，包括前后排列的固定舱段和滑动舱段；

所述变轴单元设在所述滑动舱段内，用于AGV搬运轴距的调整；

所述举升单元用于完成汽车的搬起和放下操作，包括第一举升模块和第二举升模块，所述第一举升模块设在所述固定舱段内，所述第二举升模块固定在所述变轴单元内。

进一步的，所述第一举升模块和所述第二举升模块均包括举升滑动组件、电推杆和纵向导柱；

所述举升滑动组件用于完成举升操作；

所述电推杆用于为所述举升滑动组件提供举升动力；

所述纵向导柱用于引导举升方向；

所述举升滑动组件与所述纵向导柱滑动套接；

所述第一举升模块还包括举升箱体。

进一步的，所述第一举升模块的纵向导柱垂直设在所述第一举升模块的滑动组件左右两侧，其上下两端分别与举升箱体固定连接；

进一步的，所述变轴单元包括变轴箱体和设在所述变轴箱体内部的变轴滑动组件、丝杠和横向导柱；

所述丝杠能够提供变轴动力，所述丝杠的左右两端配合有丝母，所述丝母分别固定在所述变轴箱体左右两侧；

所述横向导柱水平设在所述变轴滑动组件上下两侧，其左右两端分别与所述变轴箱体固定链接；

所述变轴滑动组件与所述横向导柱滑动套接。

进一步的，所述第二举升模块的纵向导柱垂直设在所述第二举升模块的滑动组件左右两侧，其上下两端分别与变轴滑动组件固定连接使所述第二举升模块跟随所述变轴单元运动。

进一步的，所述丝杠的其中一端还设有电机，所述电机通过电磁离合器控制与所述丝杠的连接与断开。

根据本发明的第二方面，提供了一种汽车搬运AGV用举升变轴控制系统，所述系统包括主控制器、到位检测传感器、轴编码器以及如本发明第一方面所述的举升变轴装置；

所述主控制器用于根据所述到位检测传感器及所述轴编码器反馈的数据控制所述举升变轴装置完成变轴和举升操作；

所述举升变轴装置通过CAN总线与所述主控制器连接，用于调整AGV前后夹持轴距并完成举升；

所述到位检测传感器与所述主控制器通过输入输出IO接口连接，用于检测待搬运汽车车轮是否运行到位；

所述轴编码器通过CAN总线与所述主控制器连接，用于确定丝杠转动圈数及位置。

进一步的，所述到位检测传感器为超声波传感器。

进一步的，所述主控制器安装于AGV车体内；

所述举升变轴装置安装于AGV车体左右横梁内；

所述到位检测传感器包括第一到位检测传感器和第二到位检测传感器，第一到位检测传感器固定于AGV框架的固定舱段，第二到位检测传感器固定于AGV框架的滑动舱段；

所述轴编码器安装于变轴单元的丝杠尾端。

根据本发明的第三方面，提供了一种汽车搬运AGV用举升变轴控制方法，所述方法应用如本发明第一方面所述的装置，包括以下步骤：

S1：将AGV举升变轴装置初始化至最小轴距状态；

S2：判断前轮是否到位，如到位则开始变轴，否则等待前轮停放到位；

S3：将第一次扫描到轮胎边缘时轴编码器的位置作为第一轴编码器位置；

S4：将第二次扫描到轮胎边缘时轴编码器的位置作为第二轴编码器位置；

S5：根据第一轴编码器位置与第二轴编码器位置的差值得到变轴离，进一步换算得到电机转动圈数；

S6：将所述电机转动圈数反馈至电机，完成轴距调整。

进一步的，所述S5具体包括，电机转动圈数＝((第二轴编码器位置-第一轴编码器位置)/2)/单位转数轴编码器增量。

相对于现有技术，本发明所述的一种汽车搬运AGV用举升与变轴装置、控制系统及方法具有如下优势：

1、本发明以导向轴为理论基础，通过电动推杆带动执行机构沿导柱移动，实现执行机构的举升和轴距变化，技术可靠、结构简单、安装方便。

2、本发明以再导向轴和执行机构之间增加了自润滑轴套，降低了滑动摩擦，使得执行机构的运行更平稳。

3、本发明的变轴单元中安装了电磁离合器，使得变轴单元运行到位后，能够锁死，避免发生误操作。

4、本发明的变轴单元中安装了绝对值编码器，可以通过绝对值编码器得出变轴单元运行参数，使得变轴单元的控制更加简洁、准确。

5、本发明可通过主控系统与变轴执行机构采用CAN总线进行通讯，通过CAN协议控制执行机构中的电机正反转，从而实现搬运AGV变轴，同时，通过到位检测传感器来检测轮胎信号的有无，并通过轴绝对值编码器实际记录检测轮胎边缘的电机转动的实际位置，从而计算出变轴到需要搬运的汽车轴距时轴执行机构中电机实际需要转动的圈数。

6、本发明采用的轴编码器为绝对值编码器，4096圈单圈16384个脉冲，提高了变轴时的变轴精度。

7、本发明设计的变轴装置和方法适用于不同轴距汽车的搬运，可应用范围广，汽车搬运AGV无需改造即可实现多车型搬运。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明所述的汽车搬运AGV用举升与变轴装置整体结构示意图；

图2是本发明所述的汽车搬运AGV用举升与变轴装置举升单元部分结构示意图；

图3是本发明所述的汽车搬运AGV用举升与变轴装置举升单元局部剖视图；

图4是本发明所述的汽车搬运AGV用举升与变轴装置变轴单元整体结构示意图；

图5是本发明所述的汽车搬运AGV用举升与变轴装置变轴单元局部结构剖视图；

图6为本发明所述的控制方法的流程图；

图7为本发明所述的控制系统的组成示意图；

其中，101-铰链销；102-固定舱段；201-变轴箱体；202-变轴滑动组件；203-伺服电机；204-滚珠丝杠；205-绝对值编码器；206-横向导柱；207-丝母；301-电磁离合器；302-变轴自润滑轴套；303-螺母；401-托杆组件；402-举升箱；403-纵向导柱；404-导向轴套；405-轴端端盖；406-轴套端盖；501-下叉耳；502-下销轴；503-电动推杆；504-上销轴；505-上叉耳；506-举升自润滑轴套。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

多个，包括两个或者两个以上。

和/或，应当理解，对于本发明中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

如图1所示，一种汽车搬运AGV用举升与变轴单元，包括举升单元和变轴单元，其中一套举升模块独立安装在固定舱段内，成为第一举升模块；另一套举升模块安装在变轴箱体内，跟随变轴单元运动，实现变轴的效果，成为第二举升模块。举升模块中变轴滑动组件202是整个机构的结构载体，而变轴单元中变轴箱体201和变轴滑动组件202是整个机构的结构载体。

如图2和图3所示，所述举升模块包括托杆组件401、举升箱402、变轴滑动组件202、电动推杆503、下端连接下叉耳501、下销轴502、上叉耳505、上销轴504、纵向导柱403、导向轴套404、自润滑轴套506、轴端端盖405等组成。举升模块的详细组成及安装形式如下所述：

举升模块采用举升箱402沿纵向导柱403直线运动的方式，驱动力是电动推杆503。电动推杆503竖直安装，其输出端与托杆组件401通过下端连接下叉耳501、下销轴502连接；电动推杆503尾端与变轴滑动组件202通过上端连接上叉耳505、上销轴504连接。

举升滑动组件包含托杆组件401和举升箱402两部分，托杆组件401和举升箱402之间采用扣合式结构并用螺钉固定。举升箱402与纵向导柱403之间采用2组导向轴套404滑动连接，导向轴套404与纵向导柱403之间安装自润滑轴套506，整体举升模块包含两根纵向导柱403。导向轴套404与举升箱402采用螺钉连接；纵向导柱403两端采用轴端端盖405和螺钉与变轴滑动组件202固定连接，实现变轴过程中整个举升模块跟随运动。

所述举升模块包括托杆组件401、举升箱402、电动推杆503、下端连接下叉耳501、下销轴502、上端铰接叉505、上销轴504、纵向导柱403、导向轴套404、自润滑轴套506、轴端端盖405等组成。举升模块的详细组成及安装形式如下所述：

举升模块采用举升箱402沿纵向导柱403直线运动的方式，驱动力是电动推杆503。电动推杆503竖直安装，其输出端与托杆组件401通过下端连接下叉耳501、下销轴502连接；电动推杆503尾端与固定舱段102通过上端连接上叉耳505、上销轴504连接。

举升滑动组件包含托杆组件401和举升箱402两部分，托杆组件401和举升箱402之间采用扣合式结构并用螺钉固定。举升箱402与纵向导柱403之间采用2组导向轴套404滑动连接，导向轴套404余与纵向导柱403之间安装自润滑轴套506，整体举升模块包含两根纵向导柱403。导向轴套404与举升箱402采用螺钉连接；纵向导柱403两端采用轴端端盖405和螺钉与固定舱段102固定连接。

如图4和图5所示，所述变轴单元采用伺服电机203驱动滚珠丝杠204，从而带动变轴滑动组件202沿横向导柱206直线运动。滚珠丝杠204配2套丝母207，丝母207通过螺钉与变轴滑动组件202固定连接。伺服电机301与滚珠丝杠204之间安装电磁离合器301，滚珠丝杠204尾端安装绝对值编码器205。横向导柱206贯穿变轴箱体201和变轴滑动组件202，靠近伺服电机203一端通过螺母303轴向固定，靠近绝对值编码器205一端通过铰链销101轴向定位。横向导柱206和变轴滑动组件202之间安装自润滑轴套302，自润滑轴套302两端采用轴套端盖406和螺钉固定在变轴滑动组件202上。

本发明在具体实施时：

将举升模块中的托杆组件401和举升箱402利用扣合的方式和螺钉连接；将自润滑轴套506压入导向轴套404，并通过螺钉固定在举升箱402上；将托杆组件401通过螺钉连接下端连接下叉耳501，再通过下销轴502连接电动推杆503其输出端；变轴滑动组件202通过螺钉连接上端连接上叉耳505，再通过上销轴504连接电动推杆503尾端；纵向导柱403装入自润滑轴套506内，两端采用轴端端盖405和螺钉与变轴滑动组件202固定连接。

同理，将举升模块中的托杆组件401和举升箱402利用扣合的方式和螺钉连接；将自润滑轴套506压入导向轴套404，并通过螺钉固定在举升箱402上；将托杆组件401通过螺钉连接下端连接下叉耳501，再通过下销轴502连接电动推杆503其输出端；固定舱段102通过螺钉连接上端连接上叉耳505，再通过上销轴504连接电动推杆503尾端；纵向导柱403装入自润滑轴套506内，两端采用轴端端盖405和螺钉与固定舱段102固定连接。

最后安装变轴单元，将自润滑轴套302压入变轴滑动组件的轴承座内，自润滑轴套302两端采用轴套端盖406和螺钉固定在变轴滑动组件202上；分别将两根横向导柱206穿过变轴箱体201和变轴滑动组件202，靠近伺服电机203一端通过螺母303轴向固定，靠近绝对值编码器205一端通过铰链销101轴向定位；将滚珠丝杠204配2套丝母207穿过变轴箱体201和变轴滑动组件202，丝母207通过螺钉与变轴滑动组件202固定连接；滚珠丝杠204输入端连接电磁离合器301，并用螺钉固定电磁离合器301，最后安装伺服电机203。

本发明还提供了一种户外汽车搬运AGV检测不同车型轴距的变轴装置及控制方法，

控制装置组成如图6所示：其中主控制器与变轴执行机构采用CAN总线进行连接，到位检测传感器与主控制器通过输入输出IO连接，轴编码器通过CAN总线与主控制器连接。主控器采用STM32F407IGT主控芯片制作的控制板，控制板外设资源丰富，外设通用输入接口28个，通用输出接口12个，串口232(3个)，CAN通讯接口2个、网口1个，ADC、SPI、编码器接口以及步进电机接口一个。本装置中主要使用CAN接口和输入接口。变轴执行机构即伺服电机驱动器和编码器。伺服电机驱动器与控制板通过CAN总线进行通讯，控制板可以对变轴执行机构下发变轴指令。主控制器与绝对值编码器也通过CAN总线通讯，主控制器可以下发指令查询绝对值编码器的实际位置。

控制方法流程图如图7所示：当待运载汽车位置停放准确，可以完成对汽车的搬运的前提下，主控制器首先控制将轴电机运行到搬运AGV最小轴距状态，运动完成后，此时通过搬运AGV车内前侧的到位检测传感器检测信号的有无，判断待搬运汽车前轮胎是否已经到位，如果前轮胎到位，则开始变轴，变轴的轴上装有到位检测传感器，可以实时扫描检测轮胎边缘。当第一次扫描到轮胎边缘时，记录此时轴编码器的位置1，当第二次扫描到轮胎边缘时，记录此时轴编码器的位置2，并且轴电机停止运动，轴所走位置即轴电机需要再次转动圈数＝((轴编码器的位置2-轴编码器的位置1)/2)/1638。电机再次运动完成后，变轴完成。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，包括AGV框架、变轴单元与举升单元；

所述AGV框架，用于支撑所述变轴单元和所述举升单元，包括前后排列的固定舱段和滑动舱段；

所述变轴单元，设在所述滑动舱段内，用于AGV搬运轴距的调整；

所述举升单元，用于完成汽车的搬起和放下操作，包括第一举升模块和第二举升模块，所述第一举升模块设在所述固定舱段内，所述第二举升模块固定在所述变轴单元内。

2.根据权利要求1所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，所述第一举升模块和所述第二举升模块均包括举升滑动组件、电推杆和纵向导柱；

所述举升滑动组件用于完成举升操作；

所述电推杆用于为所述举升滑动组件提供举升动力；

所述纵向导柱用于引导举升方向；

所述举升滑动组件与所述纵向导柱滑动套接；

所述第一举升模块还包括举升箱体。

3.根据权利要求2所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，所述第一举升模块的纵向导柱垂直设在所述第一举升模块的滑动组件左右两侧，其上下两端分别与举升箱体固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，所述变轴单元包括变轴箱体和设在所述变轴箱体内部的变轴滑动组件、丝杠和横向导柱；

所述丝杠能够提供变轴动力，所述丝杠的左右两端配合有丝母，所述丝母分别固定在所述变轴箱体左右两侧；

所述横向导柱水平设在所述变轴滑动组件上下两侧，其左右两端分别与所述变轴箱体固定链接；

所述变轴滑动组件与所述横向导柱滑动套接。

5.根据权利要求4所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，所述第二举升模块的纵向导柱垂直设在所述第二举升模块的滑动组件左右两侧，其上下两端分别与变轴滑动组件固定连接使所述第二举升模块跟随所述变轴单元运动。

6.根据权利要求4所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴装置，其特征在于，所述丝杠的其中一端还设有电机，所述电机通过电磁离合器控制与所述丝杠的连接与断开。

7.一种汽车搬运AGV用举升变轴控制系统，其特征在于，所述系统包括主控制器、到位检测传感器、轴编码器以及如权利要求1～6任一项所述的举升变轴装置；

所述主控制器，用于根据所述到位检测传感器及所述轴编码器反馈的数据控制所述举升变轴装置完成变轴和举升操作；

所述举升变轴装置与所述主控制器连接，用于调整AGV前后夹持轴距并完成举升；

所述到位检测传感器与所述主控制器连接，用于检测待搬运汽车车轮是否运行到位；

所述轴编码器与所述主控制器连接，用于确定丝杠转动圈数及位置。

8.根据权利要求7所述的一种汽车搬运AGV用举升变轴控制系统，其特征在于，所述主控制器安装于AGV车体内；

所述举升变轴装置，安装于AGV车体左右横梁内；

所述到位检测传感器，包括第一到位检测传感器和第二到位检测传感器，第一到位检测传感器固定于第一举升模块下方，第二到位检测传感器固定于第二举升模块下方；

所述轴编码器，安装于变轴单元的丝杠尾端。

9.一种汽车搬运AGV用举升变轴控制方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1～6任一项所述的装置，包括以下步骤：

S1：将AGV举升变轴装置初始化至最小轴距状态；

S2：判断前轮是否到位，如到位则开始变轴，否则等待前轮停放到位；

S3：将第一次扫描到轮胎边缘时轴编码器的位置作为第一轴编码器位置；

S4：将第二次扫描到轮胎边缘时轴编码器的位置作为第二轴编码器位置；

S5：根据第一轴编码器位置与第二轴编码器位置的差值得到变轴离，进一步换算得到电机转动圈数；

S6：将所述电机转动圈数反馈至电机，完成轴距调整。

10.一种汽车搬运AGV用举升变轴控制方法，其特征在于，所述S5具体包括，电机转动圈数＝((第二轴编码器位置-第一轴编码器位置)/2)/单位转数轴编码器增量。

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