CN114084563A - 双驱轨道车辆及其差速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双驱轨道车辆及差速控制方法，所述双驱轨道车辆包括底座、设置于底座下方的传动机构及设置于所述传动机构一侧的动力机构，所述传动机构分别置于所述底座的两端，所述传动机构下方设置有导向机构，所述底座上方设置有角度传感器，所述动力机构上设置有用于实时监测动力机构转速的旋转编码器，所述角度传感器与所述旋转编码器均于控制器电性连接。本发明的有益效果体现在：通过相应的角度传感器，实时检测主动轮与底座之间的角度，计算进入弯道时两个主动轮之间的速度比，准确的控制两个主动轮以匹配的速度平稳过弯，解决了实际应用场景中出现的主动轮打滑、主动轮和轨道磨损等问题，提高了设备稳定性。
Description
技术领域
本发明属于机械传输技术领域，具体涉及一种双驱轨道车辆及其差速控制方法。
背景技术
目前在智能仓储及物流自动化行业，有轨设备承担着主力军的角色，包括有轨巷道堆垛机、有轨穿梭车等。为了更好的提高现场空间的利用率，使得路线更加合理，轨道的形式也由最初的直轨转变为具有弯轨的形式，于是，出现了适用于弯轨的“一拖二”设备，其主要通过前后轮双驱控制方式，通过一台变频器同时拖动两台同型号的电机即“一拖二”、前主动轮驱动电机变频器与后主动轮驱动电机变频器之间通过硬件接线或者通讯的方式实现力矩同步控制及速度同步控制、增加变频驱动器同步卡配件实现两台电机的同步运行。部分国外品牌的自动化设备制造商在设计轨道设备弯道双驱时，将前主动轮和后主动轮分开单独控制，当设备入弯时检测设备当前所在的位置计算前主动轮和后主动轮的速度比例关系，按照此比例给两侧主动轮分别设定速度值，使其在弯道中实现差速运行。但以上设备仍存在很多问题：在运行时前后驱动轮与地轨之间存在滑动摩擦，运行时会轮子打滑，且随着使用周期的增长，磨损情况会越来越严重，导致驱动轮和地轨损坏；运行时噪音巨大，驱动电机机器固定支架抖动严重，严重时会出现变频器频繁报警。同时，在“一拖二”的设备中，两台电机由一个变频器同时控制，由于制造工艺、材料特性等问题，两台电机的电阻、电抗等参数不完全相等，容易导致两台电机的机械性能产生绝对差异，在运行时不存在理想情况中的绝对同步。虽然前、后主动轮采用硬件接线或通讯方式同步，能一定程度上解决“一拖二”引起的硬件缺陷问题，但在经弯道过程中，实际两主动轮旋转速度不一致，采用同步控制方案时，依旧会导致设备在弯道中轮子打滑，出现磨损情况，影响设备的正常运行。
在前后两侧主动轮单独控制的系统中，需要根据设备当前在弯道中的位置、弯道半径、设备前后两侧主动轮间距实时计算前后两侧主动轮速度比例，再根据比例关系控制两轮差速运行，此方法需要依靠准确的数据来源，且数据较多，需要根据现场运行情况获得准确的数据，才能保证计算结果的准确性，对设备的施工安装提出了更高的要求。此外该算法中设备的当前位置也是重要的数据信息，在运行过程中该数据会随着设备的移动而变化。如采用外部编码器或者位置测量设备检测设备当前位置，则需要考虑弯道/岔道中检测设备的安装，特别是岔道应用环境中，往往需要换轨器配合，检测设备的设计安装难度较大；如果采用旋转编码器安装于主动轮旋转轴上或者电机尾轴上的方法测量设备的当前位置，当轮子打滑，就会出现当前位置数据错误，速度匹配算法的结果则会出错，加剧轮子打滑问题，严重威胁到设备的稳定运行。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种双驱轨道车辆及其差速控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
双驱轨道车辆，包括底座、设置于底座下方的传动机构及设置于所述传动机构一侧的动力机构，所述传动机构分别置于所述底座的两端，所述传动机构下方设置有导向机构，所述底座上方设置有角度传感器，所述动力机构上设置有用于实时监测动力机构转速的旋转编码器，所述角度传感器与所述旋转编码器均于控制器电性连接。
优选地，所述传动机构包括一主动轮及置于所述主动轮外的安装支架，所述安装支架通过圆轴枢轴连接于所述底座下方。
优选地，所述动力机构包括电机及与所述电机输出轴连接的减速机，所述减速机的输出轴与所述主动轮连接。
优选地，所述旋转编码器设置于所述电机的尾轴。
优选地，所述安装支架截面呈门形设置。
优选地，所述角度传感器置于所述圆轴的孔内，且与所述圆轴同心设置。
优选地，所述导向机构为设置于所述安装支架底部的导向轮。
优选地，所述导向轮设置有四个，所述导向轮轴线与所述主动轮轴线垂直。
优选地，以上任意一所述的双驱轨道车辆的差速控制方法，包括如下步骤：
S1、在直轨运行时，电机工作，带动减速机驱动两端的主动轮转动，此时主动轮滚动方向与底座前后方向一致；
S2、在车辆进入弯道至完全驶出弯道时，通过控制器控制电机的速度使其满足V1=n×V2，以控制车辆平稳的过弯道；
其中， V1为前端主动轮的行驶速度，V2为后端主动轮的行驶速度；n=,α为前端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角；θ为后端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角；
S3、在车辆驶出弯道后，即进入直轨，通过控制器直接控制电机的速度控制车辆行进。
本发明的有益效果体现在：通过相应的角度传感器，实时检测主动轮与底座之间的角度，计算进入弯道时两个主动轮之间的速度比，准确的控制两个主动轮以匹配的速度平稳过弯，解决了实际应用场景中出现的主动轮打滑、主动轮和轨道磨损等问题，提高了设备稳定性。
附图说明
图1：本发明的立体结构示意图。
图2：本发明图1的主视图。
图3：本发明图2中A-A剖面结构示意图。
图4：本发明机座运行时的速度矢量图。
其中，1底座，2安装支架，3主动轮，31连接轴，5导向轮，6电机，7减速机。
具体实施方式
本发明揭示了一种双驱轨道车辆及其差速控制方法，结合图1-图3所示，所述双驱轨道车辆包括底座1、设置于底座1下方的传动机构及设置于所述传动机构一侧的动力机构，所述传动机构分别置于所述底座的两端。所述传动机构包括一主动轮3及置于所述主动轮3外的安装支架2，所述安装支架2通过圆轴枢轴连接于所述底座1下方。本实施例中，所述安装支架2截面呈门形设置，所述主动轮3置于所述门形内。所述安装支架2可以以圆轴为中心进行转动。所述动力机构包括电机6及与所述电机6输出轴连接的减速机7，所述减速机7的输出轴与所述主动轮3通过连接轴31连接。所述传动机构下方设置有用于改变所述主动轮3方向的导向机构。所述电机6上还设置有用于实时监测电机转速的旋转编码器。所述角度传感器与所述旋转编码器均于控制器电性连接。
为更好的检测到主动轮3的转动角度，所述底座1上方设置有角度传感器4，所述角度传感器4置于所述圆轴的孔内，且与所述圆轴同心设置。所述导向机构为设置于所述安装支架底部的导向轮5。为了更好的实现角度转动的稳定性，所述导向轮5设置有四个，分别置于安装支架2的四个端部。所述导向轮5轴线与所述主动轮轴线垂直。
本发明还揭示了以上所述车辆的差速控制方法，具体包括如下步骤，
S1、在直轨运行时，电机工作，带动减速机驱动两端的主动轮转动，此时主动轮滚动方向与底座前后方向一致；
S2、在车辆进入弯道至完全驶出弯道时，通过控制器接受角度传感器的检测到的角度信号后，通过控制电机的速度使其满足V1=n×V2，以控制车辆平稳的过弯道；
其中， V1为前端主动轮的行驶速度，V2为后端主动轮的行驶速度；n=
,α为前端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角；θ为后端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角。
本发明中差速控制的方法应用原理为：
由于车辆在直轨上运行时，主动轮滚动方向和底座前后方向一致，此时认为主动轮与底座之间的夹角为0°，此时前后主动轮的速度比例为1，速度相同。当车辆其中一个主动轮开始进入弯轨、另一主动轮还在直轨时，两个主动轮的滚动方向与底座前后方向会分别形成一个大于零的角度，分别记作∠α和∠θ，此时两个主动轮的速度会出现差异，方向和大小均不同；当车辆完全进入弯道，即两个主动轮均在弯道时，∠α始终等于∠θ，此时两个主动轮的速度方向不同，大小相等；当车辆某一主动轮出弯道，另一主动轮还在弯道时，类似进入弯道的阶段，∠α和∠θ均大于0，两个主动轮速度方向和大小均不相等。当上述过程发生时，主动轮通过借助导轮发生角度偏转，使滚动方向在弯道中始终与轨道切线方向一致，在直道上始终与轨道直线方向一致。综上，经过弯道的过程可分为：阶段一：两个主动轮均在直道；阶段二：某一个主动轮开始进入弯道，另一个主动轮仍在直道；阶段三：两个主动轮均在弯道上行驶；阶段四：先进入弯道的主动轮开始驶出弯道，另一个主动轮仍在弯道行驶；阶段五：两个主动轮均已驶出弯道。其中，阶段三视实际弯道半径以及设备底座长度确定是否存在。在阶段二和阶段四过程中，两个主动轮滚动速度方向和大小均不相等，但主动轮具备转向功能，故在实际控制过程中无需对速度方向做考虑。两个主动轮速度的大小关系借助∠α和∠θ进行计算，通过计算的结果分别控制两个主动轮的速度值，使两个行走轮始终以匹配的速度进行旋转，避免出现轮子打滑等问题的出现。
具体的，结合图4的速度矢量图所示，以底座两个主动轮支架安装的圆轴圆心，分别为A和B，A、B连成直线与底座平行。设备在弯道运行时，前端主动轮滚动方向与线段AB的夹角为∠α，后端主动轮滚动方向与线段AB的夹角为∠θ。由物理特性可知，下横梁长度不变且运行过程中可视为无形变刚体，以线段AB代替下横梁。在AB开始运行进入弯道至完全驶出弯道时期内，AB作平移运动和定轴转动，为复合运动，作速度矢量分解分析可得：
V1 = V11+ V12 …………………①;
V2 = V21+ V22 …………………②;
由于AB长度不变且为刚体，则：
V11= V21 ………………③;
V11=V1 ×cosα1 ……………… ④;
V21=V2×cosθ …………………⑤;
α1 = α …………………⑥;其中，V11、V12、V21、V22为对应的速度分量。
联立等式③④⑤⑥得：
由上分析可得，当设备进入弯道后，以B点的速度V2作为参考速度，根据速度比例n= 
的结果控制A点的运行速度为：V1=n×V2，则能使设备平稳地过弯。
S3、在车辆驶出弯道后，即进入直轨，通过控制器直接控制电机的速度控制车辆行进。
本发明通过在主动轮上分别结合相应的角度传感器，实时检测主动轮与底座之间的角度，计算进入弯道时两个主动轮之间的速度比，准确的控制两个主动轮以匹配的速度平稳过弯，解决了实际应用场景中出现的主动轮打滑、主动轮和轨道磨损等问题，提高了设备稳定性。
最后应说明的是：术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
且以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.双驱轨道车辆，其特征在于：包括底座、设置于底座下方的传动机构及设置于所述传动机构一侧的动力机构，所述传动机构分别置于所述底座的两端，所述传动机构下方设置有导向机构，所述底座上方设置有角度传感器，所述动力机构上设置有用于实时监测动力机构转速的旋转编码器，所述角度传感器与所述旋转编码器均于控制器电性连接。
2.如权利要求1所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述传动机构包括一主动轮及置于所述主动轮外的安装支架，所述安装支架通过圆轴枢轴连接于所述底座下方。
3.如权利要求1所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述动力机构包括电机及与所述电机输出轴连接的减速机，所述减速机的输出轴与所述主动轮连接。
4.如权利要求3所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述旋转编码器设置于所述电机的尾轴。
5.如权利要求1所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述安装支架截面呈门形设置。
6.如权利要求2所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述角度传感器置于所述圆轴的孔内，且与所述圆轴同心设置。
7.如权利要求2所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述导向机构为设置于所述安装支架底部的导向轮。
8.如权利要求7所述的双驱轨道车辆，其特征在于：所述导向轮设置有四个，所述导向轮轴线与所述主动轮轴线垂直。
9.如权利要求1-8中任意一所述的双驱轨道车辆的差速控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在直轨运行时，电机工作，带动减速机驱动两端的主动轮转动，此时主动轮滚动方向与底座前后方向一致；
S2、在车辆进入弯道至完全驶出弯道时，通过控制器控制电机的速度使其满足V1=n×V2，以控制车辆平稳的过弯道；
其中， V1为前端主动轮的行驶速度，V2为后端主动轮的行驶速度；n=
,α为前端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角；θ为后端主动轮与前、后圆轴圆心连线之间的夹角；S3、在车辆驶出弯道后，即进入直轨，通过控制器直接控制电机的速度控制车辆行进。
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