CN113651267B - 一种并联型双叉车同步控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并联型双叉车同步控制装置，包括机械结构与控制结构两个部分，所述机械结构包括电动托盘叉车车架和货叉两个部分，车架包括通过与车头固定结构连接的承载桥、通过液压缸连接在承载桥之上的叉车顶盖、承载桥之下刚性连接的太阳齿轮、啮合在太阳齿轮周围的转向传动齿轮和旋转编码器传动齿轮、驱动轮、驱动轮两侧的传动抬升连杆，所述货叉与叉车头部固定连接，货叉上安装从动轮；所述控制结构包括领导者叉车控制系统、跟随者叉车控制系统、电驱动装置、升降液压系统和无线信号遥控器。本发明解决传统机械耦合并联叉车机械连接件扭曲的问题，能够使得两辆或者多辆叉车能够完全同步运动。

Description

一种并联型双叉车同步控制装置

技术领域

本发明涉及电动托盘叉车技术领域，具体涉及一种并联型双叉车同步控制装置。

背景技术

叉车是一种广泛应用于港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心和配送中心的工程车辆，是在船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、搬运作业、托盘运输、集装箱运输中必不可少的高效设备。叉车通常可以分为两大类：内燃叉车、电动叉车，而受益人工替代、环保升级、电动化升级等因素影响，电动叉车正在成为搬运行业主流运输车辆用以替代内燃叉车。

单台叉车由于自身尺寸限制，主要还是停留在中小件的搬运和发送。在使用托盘叉车搬运体积较大或重量较重的货物时，需要更换大型号的托盘叉车与之匹配。而不同的托盘叉车型号适应不同尺寸或不同重量货物的搬运，如果需要搬运的物品在尺寸上、重量上经常变化，就需要常备不同型号的托盘叉车，造成制造业固定投资的增加。如果能够通过小型叉车并联同步作业，将有效的解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于解决传统机械耦合并联叉车机械连接件扭曲的问题，提供了一种同步精度高、有效载荷大、成本低廉的并联型双叉车电子耦合同步控制装置。

一种并联型双叉车同步控制装置，包括机械结构与控制结构两个部分，所述机械结构包括电动托盘叉车车架和货叉两个部分，车架包括通过与车头固定结构连接的承载桥、通过液压缸连接在承载桥之上的叉车顶盖、承载桥之下刚性连接的太阳齿轮、啮合在太阳齿轮周围的转向传动齿轮和旋转编码器传动齿轮、驱动轮、驱动轮两侧的传动抬升连杆，所述货叉与叉车头部固定连接，货叉上安装从动轮；

所述控制结构包括领导者叉车控制系统、跟随者叉车控制系统、电驱动装置、升降液压系统和无线信号遥控器，所述领导者叉车控制系统和跟随者叉车控制系统都包括有主控制板、限位开关、绝对值旋转编码器，领导者叉车控制系统还包括有遥控信号接收器，跟随者叉车控制系统还包括有副控制板，副控制板连接线槽型激光传感器和激光测距传感器；

所述线槽型激光传感器包括线型激光发生器与槽型激光接收器，线型激光发生器固定在一辆叉车上，用以发射激光，槽型激光接收器固定在另一辆叉车上，根据不同孔位接收到的激光产生相对位置的电信号；

主控制板连接直行伺服系统和转向伺服系统；主控制板上设置主控制器，所述电驱动装置即固定在叉车顶盖之下内部的电源，电源为整个叉车同步控制装置供电；

所述升降液压系统包括液压电机、液压缸、液压缸底部的油箱三个部分；抬升方式为用户发送遥控信号给液压电机，液压电机将油箱中的油经过进油口充入液压缸，液压缸抬升使叉车平台抬升，下降方式为用户发送遥控信号使液压缸底部出油口阀门打开，叉车平台下降；

所述直行伺服系统包括直行伺服电机驱动器、直行伺服电机两个部分，用户通过遥控器的无线信号发送直行给遥控器信号接收器，遥控器信号接收器将无线信号转化为直行模拟量传送给主控制器，主控制器通过AD采集获得用户的速度信息意图，前进功能由主控制器发送指令给直行伺服驱动器，再由直行伺服驱动器控制直行伺服电机实现驱动轮的直行运动，从动轮随着驱动轮的运动而运动；

所述转向伺服系统包括转向伺服电机驱动器、转向伺服电机两部分，用户通过遥控器的无线信号发送转向给遥控器信号接收器，遥控器信号接收器将无线信号转化为转向模拟量传送给主控制器，主控制器通过AD采集获得用户的角度信息意图，转向功能由主控制器发送指令给转向伺服驱动器，再由转向伺服驱动器控制转向伺服电机，转向伺服电机连接行星减速机增大输出转矩，通过与太阳齿轮啮合的转向传动齿轮实现驱动轮的转向运动。

所述主控制器连接有AD采集电路，AD采集电路包括电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电容C1，电容C2，电容C3，瞬态抑制二极管DR1，采集电路输入端InputSignal与遥控信号接收器的直行模拟量输出相连接，串联在输入端的电阻R2另一端与运算放大器LM358的同相输入端INA+连接，同时电阻R2同时与瞬态抑制二极管DR1、电阻R1、电阻R3、电容C1连接，瞬态抑制二极管DR1与电阻R2连接后另一端与GND连接，电阻R1与R2连接后另一端与GND连接，电阻R3与电容C1同时和电阻R2连接后另一端与GND连接，运算放大器LM358的电源正连接5V，同时连接电容C2，电容C2的另一端连接GND，运算放大器LM358的电源负连接GND，运算放大器LM358的反相输入端INA-连接运算放大器LM358的输出端，同时运算放大器LM358的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端分别连接电阻R5与电阻R6，电阻R5的另一端分别连接GND与电容C3，电阻R6的另一端分别连接C3的另一端与信号输出端OutputSignal，输出端OutputSignal连接主控制器的ADC引脚。

所述主控制器通过TTL转485通讯电路连接直行伺服电机驱动、转向伺服驱动、旋转编码器、副控制器，TTL转485通讯电路包括电阻R1，R2，R7，电阻R9，R10，电阻R13，R14，电阻R17，电容C3，瞬态抑制二极管DR1、DZ1、DZ2，热敏电阻PTC2，热敏电阻PTC3，输入端MODBUS-RDE与主控制器的IO引脚连接用于控制RS485电路的接收、发送选择，输入端MODBUS-RX与主控制器的串口接收引脚连接，输入端MODBUS-TX与主控制器的串口发送引脚连接，串联在输入端MODBUS-RDE的电阻R2另一端同时与SP485芯片的接收器输出使能口RE、驱动器输出使能DE口连接，串联在输入端MODBUS-RX的电阻R1另一端同时与SP485芯片的接收器输出口RO连接，串联在输入端MODBUS-TX的电阻R2另一端同时与SP485芯片的驱动器输入口DI连接，SP485芯片的A相同时与R13、R9连接，R9的另一端同时与5V、C3、SP485芯片的电源口VCC连接，R13的另一端同时与C5、瞬态抑制二极管DZ1、瞬态抑制二极管DR1、电阻R17、热敏电阻PTC2连接，电容C3的另一端同时与C5的另一端、瞬态抑制二极管DZ1的另一端、GND连接，SP485芯片的B相同时与电阻R14、R10连接，R10的另一端同时与SP485芯片的GND口、电容C6、瞬态抑制二极管DZ2、GND连接，电阻R14的另一端同时与电容C6的另一端、瞬态抑制二极管DZ2的另一端、瞬态抑制二极管DR1的另一端、电阻R17的另一端、热敏电阻PTC3连接，热敏电阻PTC2的另一端与MODBUS-B连接，热敏电阻PTC3的另一端与MODBUS-A连接，MODBUS-A连接直行电机伺服驱动RS485A相，MODBUS-B连接直行电机伺服驱动RS485B相。

本发明解决传统机械耦合并联叉车机械连接件扭曲的问题，能够使得两辆或者多辆叉车能够完全同步运动。

附图说明

图1为本发明并联型双叉车同步控制装置的系统结构。

图2为本发明并联型电动托盘叉车的主控制器示意图。

图3为本发明叉车的AD采集电路图。

图4为本发明叉车的TTL转485通讯电路图。

图5为本发明双叉车同步系统结构示意图。

图6为本发明并联型电动托盘叉车的机械结构图。

图7为本发明叉车抬升连杆结构示意图。

图8为本发明叉车的数字量采集电路图。

图9为本发明叉车的继电器输出电路图。

图10为本发明叉车的计算阿克曼角示意图。

图11为本发明叉车的基本同步运动方法流程图。

图12为本发明叉车的纵向运动偏差调整方法流程图。

图13为本发明叉车的较大转角横向偏差示意图。

图14为本发明叉车的较小转角横向偏差示意图。

图15为本发明叉车的横向运动偏差调整方法。

图16为本发明叉车的水平高度偏差示意图。

图17为本发明叉车的高度偏差调整方法。

具体实施方式

如图1所示，并联型双叉车同步控制装置的系统结构，包括领导者叉车控制系统24、跟随者叉车控制系统25和433M无线信号遥控器。所述领导者叉车控制系统24包括主控制板、遥控信号接收器、直行伺服电机驱动、直行伺服电机、转向伺服电机驱动、转向伺服电机、限位开关、绝对值旋转编码器。所述跟随者叉车控制系统25包括主控制板、副控制板、直行伺服电机驱动、直行伺服电机、转向伺服电机驱动、转向伺服电机、限位开关、绝对值旋转编码器、线槽型激光测距模块和激光测距传感器。

主控制板上有主控制器，如图2，主控制器包括4个RS485接口、CAN总线接口、两路ADC接口、两路数字量采集接口。

所述433M无线信号遥控器包括：运动摇杆、抬升按钮、下降按钮、蜂鸣器按钮、急停开关。当运动摇杆晃动时，遥控器将发送直行速度信息与转向角度信息给遥控信号接收器。当抬升按钮、下降按钮、蜂鸣器按钮、急停开关按下时，遥控器将发送抬升、下降、蜂鸣器、急停指令给遥控信号接收器。

遥控信号接收器将433M无线信号遥控器发出的无线信号转化为直行、转向两路4-20mA模拟量与平台上升、平台下降两路数字量传输给主控制器，同时将蜂鸣器指令与急停指令在遥控器信号接收器中处理完毕。

遥控信号接收器输出的两路4-20mA的模拟量分别控制直行电机的运动及转向电机的运动。运动摇杆左右拨动控制转向伺服电机运动，上下拨动控制直行伺服电机运动。

现介绍直行指令设计，运动摇杆中位状态输出电流为12mA，为实现软件消抖，设置死区电流为11.5-12.5mA，此时遥控器运动不控制直行伺服电机运动。直行伺服电机在4-11.5mA时前进、在12.5mA-20mA时后退，在输出电流为4mA时，直行伺服电机实现前进的最大速度，随着输出电流逐渐增加至11.5mA，前进速度由最大速度逐渐归零。在输出电流为20mA时，直行伺服电机实现后退的最大速度，随着输出电流逐渐递减至12.5mA，后退速度由最大值逐渐归零。在此设计下遥控器可以实现无极调速。

现介绍转向指令设计，运动摇杆中位状态输出电流为12mA，为实现软件消抖，设置死区电流为11.5-12.5mA，此时遥控器运动不控制转向伺服电机运动。转向伺服电机在4-11.5mA时右转、在12.5mA-20mA时左转。在输出电流为4mA时，转向伺服电机实现右转的最大角度，随着输出电流逐渐增加至11.5mA，转动角度由右转的最大角度逐渐归零。在输出电流为20mA时，转向伺服电机实现左转的最大角度，随着输出电流逐渐递减至12.5mA，转动角度由左转的最大角度逐渐归零。在此设计下遥控器可以实现无极转向。

由于本系统的控制对象是搬运重物的叉车，安全性、稳定性对整个系统的重要性不言而喻，如果将模拟信号直接输入主控制器。那么可能会造成安全隐患，所以设计了防浪涌电路、隔离电路、滤波电路保证系统的安全性，为此设计了一种AD采集电路。

如图3，叉车的AD采集电路图，电阻R1大小为200Ω，电阻R2，R5，R6大小为1KΩ，电阻R3大小为1MΩ，电阻R4大小为3KΩ，电容C1，C2，C3大小为0.1uf，瞬态抑制二极管DR1的最大反向待机电压为6.5V，输入端InputSignal与图2遥控信号接收器的直行模拟量输出相连接，串联在输入端的电阻R2另一端与运算放大器LM358的同相输入端INA+连接，同时电阻R2同时与瞬态抑制二极管DR1、电阻R1、电阻R3、电容C1连接，瞬态抑制二极管DR1与电阻R2连接后另一端与GND连接，电阻R1与R2连接后另一端与GND连接，电阻R3与电容C1同时和电阻R2连接后另一端与GND连接，运算放大器LM358的电源正连接5V，同时连接电容C2，C2的另一端连接GND，运算放大器LM358的电源负连接GND，运算放大器LM358的反相输入端INA-连接运算放大器的输出端，同时运算放大器的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端分别连接电阻R5与电阻R6，电阻R5的另一端分别连接GND与电容C3，电阻R6的另一端分别连接C3的另一端与信号输出端OutputSignal，输出端OutputSignal连接主控制器的ADC引脚。本发明采用电压跟随的方法对电流进行输出。在设计了防浪涌电路、隔离电路、滤波电路保证系统的安全性的同时将电流信号转化成电压信号，提供给主控制器用于采集用户指令。遥控信号接收器输出的转向模拟量采集方法同遥控信号接收器输出的直行模拟量采集方法。

主控制器接收到遥控信号接收器发出的直行、转向两路模拟量信号，再通过AD采集将其转化成对应的直行、转向两路数字量信号，用于后续叉车同步系统的运动控制。同时主控制器接收到遥控信号接收器发出的平台抬升、平台下降两路数字量信号用于后续叉车平台的抬升、下降控制。

为实现主控制器对直行伺服驱动、转向伺服驱动、旋转编码器、副控制板的控制本发明最终采用RS485作为通讯策略。

如图4，叉车的TTL转485通讯电路图，电阻R1，R2，R7大小为1KΩ，电阻R9，R10大小为3.3KΩ，电阻R13，R14大小为22Ω，电阻R17大小为120Ω，电容C3大小为0.1uf，电容C3大小为0.1uf，瞬态抑制二极管DR1、DZ1、DZ2的最大反向待机电压为6.5V，热敏电阻PTC2，热敏电阻PTC3的保持电流为0.2A，输入端MODBUS-RDE与图2主控制器的IO引脚连接用于控制RS485电路的接收、发送选择，输入端MODBUS-RX与图2主控制器的串口接收引脚连接，输入端MODBUS-TX与图2主控制器的串口发送引脚连接，串联在输入端MODBUS-RDE的电阻R2另一端同时与SP485芯片的接收器输出使能口RE、驱动器输出使能DE口连接，串联在输入端MODBUS-RX的电阻R1另一端同时与SP485芯片的接收器输出口RO连接，串联在输入端MODBUS-TX的电阻R2另一端同时与SP485芯片的驱动器输入口DI连接，SP485芯片的A相同时与R13、R9连接，R9的另一端同时与5V、C3、SP485芯片的电源口VCC连接，R13的另一端同时与C5、瞬态抑制二极管DZ1、瞬态抑制二极管DR1、电阻R17、热敏电阻PTC2连接，电容C3的另一端同时与C5的另一端、瞬态抑制二极管DZ1的另一端、GND连接，SP485芯片的B相同时与电阻R14、R10连接，R10的另一端同时与SP485芯片的GND口、电容C6、瞬态抑制二极管DZ2、GND连接，电阻R14的另一端同时与电容C6的另一端、瞬态抑制二极管DZ2的另一端、瞬态抑制二极管DR1的另一端、电阻R17的另一端、热敏电阻PTC3连接，热敏电阻PTC2的另一端与MODBUS-B连接，热敏电阻PTC3的另一端与MODBUS-A连接。MODBUS-A连接直行电机伺服驱动RS485A相，MODBUS-B连接直行电机伺服驱动RS485B相。主控制器通过TTL转485通讯电路连接转向伺服驱动、旋转编码器、副控制器的方式和主控制器与直行伺服电机驱动的连接方式相同。

领导者叉车主控制板31上的主控制器通过RS485连接直行伺服驱动和转向伺服驱动，伺服驱动再通过改变U、V、W电压分别控制直行伺服电机和转向伺服电机。主控器分别通过RS485连接绝对值旋转编码器和副控制板的方式同主控器连接直行伺服驱动的方式。跟随者叉车的叉车结构同领导者叉车。

如图5，双叉车同步系统结构示意图，同步装置对于信息传输的时延要求较高，作为优选，两叉车的主控制器的控制信息交互选用CAN总线30。

跟随者叉车的副控制器通过串口获得激光测距传感器的两车车头、车尾间距与两叉车相对高度信息交给跟随者叉车的主控制器处理。

接下来介绍通讯拓扑结构设计出的拓扑节点机械结构。如图6，机械结构包括电动托盘叉车车架1和货叉18两个部分，所述车架包括通过与车头固定结构连接的承载桥7、通过液压缸4连接在承载桥7之上的叉车顶盖、承载桥7之下刚性连接的太阳齿轮16、啮合在太阳齿轮16周围的转向传动齿轮8和旋转编码器传动齿轮9、传动齿轮轴与旋转编码器传动齿轮轴和太阳齿轮下的旋转平台刚性连接、驱动轮14、驱动轮两侧的传动抬升连杆17，货叉18上安装从动轮19。双叉车同步控制装置控制结构包括电驱动装置、升降液压系统、直行伺服系统、转向伺服系统、传感器结构；

所述电驱动装置即固定在叉车顶盖之下内部的电源，电源为整个叉车同步控制装置供电；

所述升降液压系统包括液压电机5、液压缸4、液压缸底部的油箱三个部分；抬升方式为用户发送遥控信号给液压电机5，液压电机5将油箱中的油经过(液压电机5和液压缸4)之间的进油口充入液压缸4，液压缸4抬升使叉车平台抬升。下降方式为用户发送遥控信号使液压缸4底部出油口阀门打开，叉车平台下降。

所述直行伺服系统包括直行伺服电机驱动器3、直行伺服电机15两个部分，用户通过遥控器的433M无线信号发送直行给遥控器信号接收器6，遥控器信号接收器6将无线信号转化为直行模拟量传送给主控制器31，主控制器31通过AD采集获得用户的速度信息意图。所述前进功能由主控制器31发送MOSBUS指令给直行伺服驱动器3，再由直行伺服驱动器3控制直行伺服电机15实现驱动轮14的直行运动，从动轮19随着驱动轮14的运动而运动。最终实现控制叉车的前进、后退运动方向与运动速度的目的。

所述转向伺服系统包括转向伺服电机驱动器2、转向伺服电机11两部分，用户通过遥控器的433M无线信号发送直行、转向给遥控器信号接收器6，遥控器信号接收器6将无线信号转化为转向模拟量传送给主控制器31，主控制器31通过AD采集获得用户的角度信息意图。所述转向功能由主控制器31发送MOSBUS指令给转向伺服驱动器2，再由转向伺服驱动器2控制转向伺服电机11，因为叉车搬运重物时考虑到驱动轮14与地面摩擦较大，而转动对速度要求不高，所以转向伺服电机11连接行星减速机10增大输出转矩，通过与太阳齿轮16啮合的转向传动齿轮8实现驱动轮14的转向运动。最终实现控制叉车的转动方向与转动角度的目的。

所述传感器结构包括激光测距传感器28、线槽型激光传感器，所述线槽型激光传感器包括线型激光发生器29与槽型激光接收器27，线型激光发生器29固定在领导者叉车上，用以发射线槽型激光，固定在跟随者叉车上的槽型激光接收器27根据不同孔位接收到的激光产生相对位置的电信号。

装在跟随者叉车头部上的激光测距传感器28将激光照射在领导者叉车头部的斜面上，当两车运动同步时用以检测两车运动时的头部间距，当两车上下货作业时由于叉车的被测距点为斜面，当两车的高度产生误差时测距头也会产生偏差，最终检测到两车的相对高度。装在跟随者叉车尾部的激光测距传感器将激光照射在领导者叉车尾部上，当两车运动同步时用以检测两车运动时的尾部间距。

机械结构还包含硬件限位、开机寻零功能。硬件限位功能通过行程开关12与旋转平台限位件碰撞使行程开关触头动作来实现接通或分断控制电路，达到机械限位的目的。开机寻零功能由带断电记忆功能的绝对值旋转编码器13来实现，以便实现开机自动寻找零位功能。

如图7，叉车抬升连杆结构示意图，抬升继电器闭合控制液压电机5充油，油压缸4的活塞杆上升抬起叉车顶，叉车头带动头部的抬升连杆21向货叉尾部运动，头部抬升连杆21使货叉底部连杆22向货叉尾部运动，货叉底部连杆22带动从动轮连杆23顺时针旋转由此抬升从动轮高度来实现。叉车卸货作业时主控制器通过控制下降继电器闭合使出油口的阀门打开，平台缓下降。

如图8，叉车的数字量采集电路图，电阻R67大小为5.1KΩ，电阻R70大小为1KΩ，电阻R75大小为3KΩ，电容C34、C36大小为0.1uf，瞬态抑制二极管DR6的最大反向待机电压为6.5V，LED12为一盏LED绿灯，输入端UpSignal与图2遥控信号接收器的抬升数字量输出相连接，串联在输入端的电阻R70另一端同时与运算放大器LM358的同相输入端+、电容C34连接，输入端UpSignal的另一端同时与瞬态抑制二极管DR6、电阻R67连接，电阻R67的另一端与3.3V连接，瞬态抑制二极管DR6的另一端与GND连接，电容C34的另一端与GND连接，运算放大器LM358的电源正连接5V，同时连接电容C36，C36的另一端连接GND，运算放大器LM358的电源负连接GND，运算放大器LM358的反相输入端INA-连接运算放大器的输出端，同时运算放大器的输出端连接信号输出端UP，输出端UP另一端连接LED12，LED12的另一端连接电阻R75，电阻R75的另一端连接3.3v。输出端UP与图2主控制器的IO引脚连接用于采集遥控信号接收器发出抬升指令。本发明采用电压跟随的方法对抬升信号进行采样。在设计了整流电路、滤波电路保证系统的安全性的同时将抬升信号提供给主控制器用于采集用户指令。遥控信号接收器输出的下降信号采集方法同遥控信号接收器输出的上升信号采集方法。

如图9，叉车的继电器输出电路图，电阻R43大小为1.5KΩ，电阻R45大小为10KΩ，电阻R47大小为4.7KΩ，电容C38大小为0.1uf，D9为二极管，Q2为SS8050三极管、LED7为一盏LED绿灯，JK1为24V继电器，上升控制信息通过OUTPUT线输入，OUTPUT串联电阻R43，电阻R43的另一端同时连接C38、R47、Q2的基极，C38的另一端同时连接R47的另一端、Q2的发射极、GND，Q2的集电极连接JK1继电器的衔铁，24V同时连接二极管D9、电阻R45、继电器JK1衔铁的另一端，电阻R45的另一端连接LED7，UP线接抬升电机的正极，COM1线接抬升电机的地。经过主控制器处理过的上升控制信息通过继电器输出电路左侧OUTPUT线输入SS8050三极管的基极获得输入导致三极管导通，继电器的衔铁获得磁场使抬升继电器开关闭合，闭合时抬升电机的电源正与地连接，抬升电机开始工作。下降阀控制方法同抬升电机控制方法，下降继电器开关闭合使叉车出油阀门打开。

双叉车同步控制方法包括基本同步运动方法、纵向运动偏差调整方法、横向运动偏差调整方法、作业高度偏差调整方法。

本实施方式的基本同步运动方法在转向运动时涉及到一种阿克曼角的计算，如图10所示是一种并联型电动托盘叉车的计算阿克曼角示意图。叉车同步系统的运动过程中，每一个车轮的运动估计必须绕一个瞬时中心点做圆周运动，所以在运动时必须计算领导者叉车、跟随者叉车各自驱动轮的转角，所述转角满足一定数学关系即阿克曼角。图左侧为领导者叉车车轮模型45，图右侧为跟随者叉车车轮模型46。领导者叉车驱动轮转角为ζ，领导者叉车驱动轮中心点与转向运动的瞬时圆心连成直线一，领导者叉车两个从动轮中心点连成直线二，通过三角函数关系得出直线一与直线二的夹角也为ζ50。跟随者叉车驱动轮转角为δ，跟随者叉车驱动轮中心点与转向运动的瞬时圆心51连成直线三，跟随者叉车两个从动轮中心点连成直线四，通过三角函数关系得出直线三与直线四的夹角也为δ49。K为两叉车主销中心距52，L为叉车前后轮轴距47。以上变量满足以下关系式：

cotδ-cotζ＝K/L

所述叉车前后轮轴距L为常量，两叉车主销中心距K可以通过激光测距传感器测得，领导者叉车驱动轮转角ζ通过用户控制遥控器给定，通过计算可得跟随者叉车驱动轮转角δ。当两叉车驱动轮按照上述角度行进时，两叉车围绕一个瞬时圆心运动。此方法在后续的基本同步运动方法、横向运动偏差调整方法中均有使用。

如图11，基本同步运动方法包括以下步骤：

第一步，双叉车同步控制装置初始化，主控制器31发送相关指令给转向伺服驱动器2与直行伺服驱动器3，将转向伺服电机15配置成网络操作模式、绝对运动模式、将增量式编码器清零并使能伺服电机；将直行伺服电机11配置成网络操作模式、速度控制运动模式并使能伺服电机。

第二步，双叉车主控制器31通过RS485读取绝对值旋转编码器的位置，通过比较计算叉车驱动轮14是否回正，若没有回正，则计算转向的角度偏移量，发送指令给转向伺服电机15使驱动轮14回正。若驱动轮14已经回正，则等待获取用户输入。

第三步，用户的遥控器转动运动摇杆，遥控器发出433M无线信号，领导者叉车上的遥控信号接收模块6接收到无线信号转化成直行、转向的模拟信号传给领导者叉车主控制器31，主控制器31通过AD采集获取用户需要的数据。

第四步，领导者叉车将用户指令发送给领导者叉车的直行、转向伺服电机驱动，控制直行、转向伺服电机动作。

第五步，领导者叉车计算跟随者叉车运动的直行伺服电机速度、计算跟随者叉车的阿克曼转向角度，再通过CAN总线30发送给跟随者叉车。

第六步，跟随者叉车接收到领导者叉车通过CAN总线30传输的信息，控制直行、转向伺服电机驱动，再由驱动器控制直行、转向伺服电机动作。

第七步，领导者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息，读取转向伺服驱动器2的角度信息，再通过CAN总线30将相关信息传送给跟随者叉车。跟随者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息，读取转向伺服驱动器2的角度信息进行比对确定是否需要调整。若不需要调整跳转至第三步。若需要调整跳转至第六步。

采用基本同步运动方法时可能会出现两车纵向不同步的情形，因此需要进行偏差调整。

如图12，纵向运动偏差调整方法包括以下步骤：

第一步，用户的遥控器转动摇杆，遥控器发出433M无线信号，领导者叉车上的遥控信号接收模块6接收到无线信号转化成直行、转向的模拟信号传给领导者叉车主控制器31，主控制器31通过AD采集获取用户需要的数据。

第二步，领导者叉车将用户指令发送给领导者叉车的直行伺服电机驱动，控制直行伺服电机动作。

第三步，领导者叉车计算跟随者叉车运动的直行伺服电机速度，再通过CAN总线30发送给跟随者叉车。

第四步，跟随者叉车接收到领导者叉车通过CAN总线30传输的信息，发送给直行伺服电机驱动，再由驱动器控制直行伺服电机动作。

第五步，领导者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息，再通过CAN总线30将相关信息传送给跟随者叉车。跟随者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息进行比对确定是否需要调整。若不需要调整跳转至第一步。若需要调整跳转至第六步。

第六步，跟随者叉车使用线槽型激光测距系统持续采集两车的纵向偏移量，以纵向偏移量为输入，计算纵向偏移量变化差值、累计纵向偏移量，再利用根据现场情况确定的PID控制器计算跟随者叉车的期望实时速度。

第七步，跟随者叉车将计算后的期望速度发送给跟随者叉车的直行伺服电机驱动，控制直行伺服电机动作。再跳转至第五步。

如图13为叉车的较大转角横向偏差示意图，当两叉车同步作业时，跟随者叉车的头部激光测距传感器开始测距、叉车的尾部激光测距传感器开始测距。假设叉车同时进行左转(右转分析同左转)。当两车发生较大转角横向偏差时，两车的头部间距从理想值35增大到实际值37，两车的尾部间距从理想值36减小到实际值38，从中形成了一个偏转夹角α39，在此基础上继续运动叉车同步系统将产生较大偏差，因此需要横向运动偏差调整方法消除偏转夹角α。

如图14为叉车的较小转角横向偏差示意图，当两叉车同步作业时跟随者叉车的头部激光测距传感器开始测距、叉车的尾部激光测距传感器开始测距。假设叉车同时进行左转(右转分析同左转)。当两车发生较小转角横向偏差时，两车的头部间距从理想值35较小到实际值40，两车的尾部间距从理想值36增大到实际值42，从中形成了一个偏转夹角β42，在此基础上继续运动叉车同步系统将产生较大偏差，因此需要横向运动偏差调整方法消除偏转夹角β。

如图15，叉车的横向运动偏差调整方法包括以下步骤：

第一步，用户的遥控器转动运动摇杆，遥控器发出433M无线信号，领导者叉车上的遥控信号接收模块6接收到无线信号转化成直行、转向的模拟信号传给领导者叉车的主控制器31，主控制器31通过AD采集获取用户需要的数据。

第二步，领导者叉车将用户指令发送给领导者叉车的直行、转向伺服电机驱动，控制直行、转向伺服电机动作。

第三步，领导者叉车计算跟随者叉车运动的直行伺服电机速度，转向伺服电机阿克曼角再通过CAN总线30发送给跟随者叉车。

第四步，跟随者叉车接收到领导者叉车通过CAN总线30传输的信息，发送给跟随者叉车的直行、转向伺服电机驱动，再由驱动器分别控制直行、转向伺服电机动作。

第五步，领导者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息，再通过CAN总线30将相关信息传送给跟随者叉车。跟随者叉车读取自身直行伺服驱动器3的位移、速度信息，读取转向伺服驱动器2的角度信息进行比对确定是否需要调整。若不需要调整跳转至第一步。若需要调整跳转至第六步。

第六步，跟随者叉车通过头部的激光测距传感器持续采集两车之间的头部间距、叉车尾部的激光测距传感器持续采集两车之间的尾部间距，先通过两车之间的CAN总线传输两车的间距信息，再以偏移角为输入，计算偏移角变化差值、累计偏移角，再利用根据现场情况确定的PID控制器计算跟随者叉车的期望实时角度。

第七步，跟随者叉车将计算后的速度发送给跟随者叉车的转向伺服电机驱动，转向伺服电机驱动控制转向伺服电机动作。随后跳转至第五步。

上述基本同步运动方法、纵向运动偏差调整方法、横向运动偏差调整方法三者结合就可以使双叉车同步系统实现高精度的同步运动。

双叉车同步控制装置在实际生产场景中需要使用同步作业功能，因此还需要提供一种作业高度偏差调整方法来解决同步作业时两叉车平台不同步的问题。

如图16为一种并联型电动托盘叉车的水平高度偏差示意图，当两叉车同步作业时跟随者叉车头部的激光测距传感器将发出一束线槽型激光43。由于激光测距传感器将照射在领导者叉车的侧面，如图16所示领导者叉车的侧面为斜面，所以当两车发生高度偏移时激光测距传感器检测到的间距也发生偏移44。本系统领导者叉车的斜面斜率固定，两车的高度偏差与两车的间距变化呈线性关系。在实际生产场景中，叉车同步系统在同步作业时两叉车相对静止，由于两叉车相对静止两车之间的头部间距保持不变，只存在相对高度偏差对于叉车头部间距的影响。所以使用激光测距传感器即可检测两车之间的相对高度偏差。

如图17，叉车的高度偏差调整方法包括以下步骤：

第一步，双叉车同步控制装置停止运动开始同步作业，跟随者叉车测量两车水平时的基准相对高度。

第二步，用户的遥控器按动抬升、下降按钮，遥控器发出433M无线信号，领导者叉车上的遥控信号接收模块6接收到无线信号转化成抬升、下降的数字信号传给领导者叉车主控制器31，主控制器31通过IO口采集获取用户需要的数据。

第三步，领导者叉车发送抬升、下降指令控制抬升、下降继电器动作。同时领导者叉车通过CAN总线将抬升、下降指令发送给跟随者叉车。

第四步，领导者叉车抬升继电器动作液压电机充油叉车平台抬升，下降继电器动作使放油闸打开叉车平台下降。

第五步，跟随者叉车接收到领导者叉车发送的抬升、下降信号，抬升继电器动作液压电机充油叉车平台抬升，下降继电器动作使放油闸打开叉车平台下降。

第六步，跟随者叉车通过叉车头部的激光测距传感器每间隔0.2s采集一次两车之间的相对高度。

第七步，判断相对高度与基准相对高度比较。若有偏差跳转至第八步，若无偏差跳转至第五步。

第八步，跟随者叉车利用相对高度计算相对高度差值、累计高度差，再利用根据现场情况确定的PID控制器计算跟随者叉车抬升、下降继电器的动作时间。

第九步，跟随者叉车通过控制抬升、下降继电器的动作时间调整跟随者叉车平台高度，随后跳转至第七步。

Claims (3)

1.一种并联型双叉车同步控制装置，其特征在于，包括机械结构与控制结构两个部分，所述机械结构包括电动托盘叉车车架(1)和货叉(18)两个部分，车架包括通过与车头固定结构连接的承载桥(7)、通过液压缸(4)连接在承载桥(7)之上的叉车顶盖、承载桥(7)之下刚性连接的太阳齿轮(16)、啮合在太阳齿轮(16)周围的转向传动齿轮(8)和旋转编码器传动齿轮(9)、驱动轮(14)、驱动轮两侧的传动抬升连杆(17)，所述货叉(18)与叉车头部固定连接，货叉(18)上安装从动轮(19)；

所述控制结构包括领导者叉车控制系统(24)、跟随者叉车控制系统(25)、电驱动装置、升降液压系统和无线信号遥控器，所述领导者叉车控制系统(24)和跟随者叉车控制系统(25)都包括有主控制板、限位开关、绝对值旋转编码器，领导者叉车控制系统(24)还包括有遥控信号接收器，跟随者叉车控制系统(25)还包括有副控制板，副控制板连接线槽型激光传感器和激光测距传感器(28)；

所述线槽型激光传感器包括线型激光发生器(29)与槽型激光接收器(27)，线型激光发生器(29)固定在一辆叉车上，用以发射激光，槽型激光接收器(27)固定在另一辆叉车上，根据不同孔位接收到的激光产生相对位置的电信号；

主控制板连接直行伺服系统和转向伺服系统；主控制板上设置主控制器，所述电驱动装置即固定在叉车顶盖之下内部的电源，电源为整个叉车同步控制装置供电；

所述升降液压系统包括液压电机(5)、液压缸(4)、液压缸底部的油箱三个部分；抬升方式为用户发送遥控信号给液压电机(5)，液压电机(5)将油箱中的油经过进油口充入液压缸(4)，液压缸(4)抬升使叉车平台抬升，下降方式为用户发送遥控信号使液压缸(4)底部出油口阀门打开，叉车平台下降；

所述直行伺服系统包括直行伺服电机驱动器(3)、直行伺服电机(15)两个部分，用户通过遥控器的无线信号发送直行给遥控器信号接收器(6)，遥控器信号接收器(6)将无线信号转化为直行模拟量传送给主控制器(31)，主控制器(31)通过AD采集获得用户的速度信息意图，前进功能由主控制器(31)发送指令给直行伺服驱动器(3)，再由直行伺服驱动器(3)控制直行伺服电机(15)实现驱动轮(14)的直行运动，从动轮(19)随着驱动轮(14)的运动而运动；

所述转向伺服系统包括转向伺服电机驱动器(2)、转向伺服电机(11)两部分，用户通过遥控器的无线信号发送转向给遥控器信号接收器(6)，遥控器信号接收器(6)将无线信号转化为转向模拟量传送给主控制器(31)，主控制器(31)通过AD采集获得用户的角度信息意图，转向功能由主控制器(31)发送指令给转向伺服驱动器(2)，再由转向伺服驱动器(2)控制转向伺服电机(11)，转向伺服电机(11)连接行星减速机(10)增大输出转矩，通过与太阳齿轮(16)啮合的转向传动齿轮(8)实现驱动轮(14)的转向运动。

2.根据权利要求1所述的一种并联型双叉车同步控制装置，其特征在于，所述主控制器连接有AD采集电路，AD采集电路包括电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电容C1，电容C2，电容C3，瞬态抑制二极管DR1，采集电路输入端InputSignal与遥控信号接收器的直行模拟量输出相连接，串联在输入端的电阻R2另一端与运算放大器LM358的同相输入端INA+连接，同时电阻R2同时与瞬态抑制二极管DR1、电阻R1、电阻R3、电容C1连接，瞬态抑制二极管DR1与电阻R2连接后另一端与GND连接，电阻R1与R2连接后另一端与GND连接，电阻R3与电容C1同时和电阻R2连接后另一端与GND连接，运算放大器LM358的电源正连接5V，同时连接电容C2，电容C2的另一端连接GND，运算放大器LM358的电源负连接GND，运算放大器LM358的反相输入端INA-连接运算放大器LM358的输出端，同时运算放大器LM358的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端分别连接电阻R5与电阻R6，电阻R5的另一端分别连接GND与电容C3，电阻R6的另一端分别连接C3的另一端与信号输出端OutputSignal，输出端OutputSignal连接主控制器的ADC引脚。

3.根据权利要求1所述的一种并联型双叉车同步控制装置，其特征在于，所述主控制器通过TTL转485通讯电路连接直行伺服电机驱动、转向伺服驱动、旋转编码器、副控制器，TTL转485通讯电路包括电阻R1，R2，R7，电阻R9，R10，电阻R13，R14，电阻R17，电容C3，瞬态抑制二极管DR1、DZ1、DZ2，热敏电阻PTC2，热敏电阻PTC3，输入端MODBUS-RDE与主控制器的IO引脚连接用于控制RS485电路的接收、发送选择，输入端MODBUS-RX与主控制器的串口接收引脚连接，输入端MODBUS-TX与主控制器的串口发送引脚连接，串联在输入端MODBUS-RDE的电阻R2另一端同时与SP485芯片的接收器输出使能口RE、驱动器输出使能DE口连接，串联在输入端MODBUS-RX的电阻R1另一端同时与SP485芯片的接收器输出口RO连接，串联在输入端MODBUS-TX的电阻R2另一端同时与SP485芯片的驱动器输入口DI连接，SP485芯片的A相同时与R13、R9连接，R9的另一端同时与5V、C3、SP485芯片的电源口VCC连接，R13的另一端同时与C5、瞬态抑制二极管DZ1、瞬态抑制二极管DR1、电阻R17、热敏电阻PTC2连接，电容C3的另一端同时与C5的另一端、瞬态抑制二极管DZ1的另一端、GND连接，SP485芯片的B相同时与电阻R14、R10连接，R10的另一端同时与SP485芯片的GND口、电容C6、瞬态抑制二极管DZ2、GND连接，电阻R14的另一端同时与电容C6的另一端、瞬态抑制二极管DZ2的另一端、瞬态抑制二极管DR1的另一端、电阻R17的另一端、热敏电阻PTC3连接，热敏电阻PTC2的另一端与MODBUS-B连接，热敏电阻PTC3的另一端与MODBUS-A连接，MODBUS-A连接直行电机伺服驱动RS485A相，MODBUS-B连接直行电机伺服驱动RS485B相。

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