CN114770602B - 一种agv型移动机器人加工地面环境自适应减振系统 - Google Patents

Abstract

一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，包括固定座，固定座顶面固定安装有AGV型移动工业机器人，固定座底面均匀分布有多个车轮；固定座底面还固定安装有加速度振动测量传感器、DSP控制器和减振支撑装置；加速度振动测量传感器通过导线与DSP控制器电性连接，DSP控制器通过导线与减振支撑装置电性连接。本申请通过以上技术方案，可以在实现升降支撑功能的同时达到减振的效果；此外还可以根据不同地面环境情况改变机器人系统刚度，从而改变系统固有频率，实现不同地面状况下的自适应减振。

Description

一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统

技术领域

本发明涉及机器人加工作业减振技术领域，特别涉及一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统。

背景技术

第一台工业机器人自问世以来得到了迅速发展，在众多制造业中备受青睐。工业机器人应用最广泛的领域是汽车及其零部件制造业，并且正在不断地向诸如机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域拓展。近年来，因其柔性化程度高、工作范围广、易于实现自动化与智能化加工，且较于机床有着更好的加工适应性，AGV型移动工业机器人已越来越多地被应用于航空航天等高端制造领域。然而，在机器人加工作业过程中会产生振动，极大地影响了产品的加工精度与表面质量。因此，现在的大多AGV型移动工业机器人都在AGV下方安装支撑装置，当机器人到达指定的工作位置时，通过降落支撑装置与地面接触，可以一定程度上减小机器人加工系统的振动。但是多次实践发现，同一台AGV型移动工业机器人在不同的地面工作环境下执行相同的加工任务时，产品的加工精度会产生明显的不同，导致产品加工质量一致性差。此外，加工车间里不可避免地会存在多台机械加工装备，这些加工装备运转时势必会引起地面振动，进而诱发当前AGV型移动工业机器人的振动，最终导致产品加工精度降低。因此，亟需一种能适应于机器人地面工作环境的自适应减振系统，降低不同地面环境带来的振动，提高AGV型移动工业机器人的加工精度。

现有技术，如专利“一种用于移动机器人的减振悬挂装置及移动机器人CN208760368U”公开了一种用于移动机器人的减振悬挂系统，包括悬架固定座、悬架支撑块、弹簧阻尼器和轴承座。在运行过程中，弹簧阻尼器能够吸收地面不平和速度不均匀所带来的振动和冲击，从而避免脱离地面或打滑现象，保证机器人运行的平稳可靠。再如，专利“一种轮式移动机器人的万向随动缓冲减振装置CN105235464A”公开了一种移动机器人的万向随动缓冲减振装置，该发明通过外接板带动内接板，内接板沿导轨上下移动，并带动弹簧沿弹簧柱伸缩，从而利用弹簧的储能效应达到缓冲减振的目的，并增强了移动机器人对不平整路面的通过能力。

现有技术存在的不足之处是：只适合于固定地面环境工况的生产加工，无法根据地面环境自适应调整与地面的接触刚度，以达到较好的减振效果。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统；以解决上述背景技术中提出的实际问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，包括固定座，固定座顶面固定安装有AGV型移动工业机器人，固定座底面均匀分布有多个车轮；其特征在于：所述固定座底面还固定安装有加速度振动测量传感器、DSP控制器和减振支撑装置；加速度振动测量传感器通过导线与DSP控制器电性连接，DSP控制器通过导线与减振支撑装置电性连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述减振支撑装置包括环形龙骨架、励磁线圈、筒状导磁体、电动伸缩杆、磁流变弹性体、底座；

环形龙骨架上缠绕连接有励磁线圈，筒状导磁体上设置有环形凹槽，使得缠绕有励磁线圈的环形龙骨架与环形凹槽相匹配，进而使得环形龙骨架与筒状导磁体相匹配连接形成封闭结构，且筒状导磁体上设有通孔，用于将DSP控制器的导线穿过通孔与励磁线圈相连接；

电动伸缩杆一端固定安装在固定座底面，电动伸缩杆另一端安装在辅助杆顶端，辅助杆底端依次贯穿环形龙骨架、筒状导磁体内部与底座相连接；其中，辅助杆与穿过的筒状导磁体内部相互固定；

筒状导磁体底部与底座之间通过胶粘剂粘接有磁流变弹性体。

进一步地，所述励磁线圈位于辅助杆四周；所述磁流变弹性体为多个均匀分布状态，且均与励磁线圈位于同一垂直面。

进一步地，所述环形龙骨架、筒状导磁体、底座、辅助杆均采用具有高磁导率、高磁饱和强度及低矫顽力的电磁纯铁。

进一步地，所述磁流变弹性体是通过微米级铁磁性颗粒和高分子橡胶材料固化而成。

进一步地，所述微米级铁磁性颗粒包含有羰基铁粉，高分子橡胶材料包含有硅油和硅橡胶，且羰基铁粉、硅油和硅橡胶的质量比为 7：1：2。

本发明的有益效果是：

1、本申请中的减振支撑装置可实现在不同工作环境下的自适应减振，通过改变减振支撑装置的刚度从而调整AGV型移动机器人系统频率，使其随工作场合的地面状况的变化而变化，从而对机器人加工达到自适应减振效果。

2、本申请采用的减振支撑装置结构简单、操作方便，可以在实现升降支撑功能的同时达到减振的效果。

3、本申请将励磁线圈设置在辅助杆四周，分布的范围更广；将磁流变弹性体设置为多个均匀分布状态，且均与励磁线圈位于同一垂直面，使得整体的磁流变弹性体与励磁线圈的搭配合理，在通过励磁线圈改变磁流变弹性体的刚度时效果更好。同时将磁流变弹性体中的羰基铁粉、硅油和硅橡胶的质量比进行合理配置，同样也是使得磁流变弹性体的性能最佳。

附图说明

图1是本发明一种AGV型移动机器人加工作业用地面环境自适应减振系统安装及原理示意图。

图2是本发明一种AGV型移动机器人加工作业用地面环境自适应减振系统减振支撑装置示意图。

图3是本发明一种AGV型移动机器人加工作业用地面环境自适应减振系统减振支撑装置剖面图。

图中：1、固定座，11、AGV型移动工业机器人，12、车轮，2、加速度振动测量传感器，3、DSP控制器，4、减振支撑装置，41、环形龙骨架，42、励磁线圈，43、筒状导磁体，431、环形凹槽，432、通孔，44、电动伸缩杆，45、磁流变弹性体，46、底座，47、辅助杆。

具体实施方式

下面以一个具体的实施介绍本申请整体技术方案：

参考图1。一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，包括AGV型移动工业机器人11、加速度振动测量传感器2、减振支撑装置4、DSP控制器3。AGV型移动工业机器人11通过4个减振支撑装置4与地面连接。加速度振动测量传感器2安装在AGV型移动工业机器人11的AGV车体底部，便于实时监测机器人加工作业过程中由地面环境激励诱发的车体振动特性。4个减振支撑装置4安装在AGV型移动工业机器人11的下方靠近4个车轮12的位置，在机器人不工作的情况下减振支撑装置4与地面不接触，机器人通过AGV小车移动。当机器人移动到固定工作位置时，可以通过减振支撑装置4中的电动伸缩杆44伸长，使整体下落与地面相接触，将机器人固定于此。

参考图2-图3。减振支撑装置4由底座46、筒状导磁体43、Π形龙骨（环形龙骨架41）、电动伸缩杆44、一号磁流变弹性体、二号磁流变弹性体、三号磁流变弹性体、四号磁流变弹性体和励磁线圈42组成。整个减振支撑装置4通过电动液压杆与辅助杆47相连接，以实现该整体装置的升降功能，四片磁流变弹性体45呈环形分布在底座46和筒状导磁体43中间，磁流变弹性体45通过胶粘剂分别与底座46、筒状导磁体43相连。

参考图2-图3。减振支撑装置4中的Π形龙骨是薄壁空壳外形，在龙骨上绕上线圈，从筒状导磁体43的上方插入到环形凹槽431中。线圈由筒状导磁体43上的通孔432引出通过数据线与DSP控制器3相连。

参考图2-图3。减振支撑装置4中的电动液压杆一端固定连接固定座1底面，另一端连接辅助杆47顶端，辅助杆47底端依次穿过Π形龙骨、筒状导磁体43与底部的底座46相连接（也可以不与底座46相连接，即辅助杆47底端直接穿过Π形龙骨进入筒状导磁体43内部与筒状导磁体43内部相固定）。

减振支撑装置4中的一号磁流变弹性体、二号磁流变弹性体、三号磁流变弹性体、四号磁流变弹性体是将微米级铁磁性颗粒混合到高分子橡胶类材料中固化而成，其中羰基铁粉、硅油和硅橡胶的质量比为 7：1：2；且减振支撑装置4中的底座46、筒状导磁体43、Π形龙骨、辅助杆47均选用具有高磁导率、高磁饱和强度及低矫顽力的电磁纯铁（电动伸缩杆44也可以采用相同性质的电磁纯铁）。

加速度振动测量传感器2监测到机器人加工作业过程中由地面环境激励诱发的车体振动特性后通过数据线将振动信号传递给DSP控制器3，控制器将振动信号滤波后通过FFT傅里叶变换将加速度信号转换为振动频率信号。为有效减小振动，一般要求被减振系统的固有频率与外界振动频率f₁之间有较大差距，这里我们设置机器人系统的目标频率f₀=1/3 f₁。DSP控制器3根据预先设定的控制算法，实时解算获得对应的目标电流I。DSP控制器3将该信号通过数据线传递给减振支撑装置4中的励磁线圈42。通过改变线圈中通入的电流大小，控制各个磁流变弹性体45外界磁感应强度，改变其弹性模量，达到减振支撑装置4的刚度自适应变化，从而实时改变整个系统的固有频率，实现不同地面状况下的减振。

关于预定的控制算法介绍，机器人系统的频率f与励磁线圈42中所通入的电流I之间的对应关系是通过BP神经网络经过大量的训练案例得出的。控制算法的输入参数为外界振动频率f₁，然后确定机器人系统的目标频率f₀=1/3 f₁，进而根据BP神经网络训练得出的函数关系模型确定对应的目标电流I并将其输出。

具体实施过程如下：参考图1-图3。工作时，当机器人移动到指定的工作位置时，减振支撑装置4也已下落至与地面相接触，加速度振动测量传感器2监测到机器人加工作业过程中由地面环境激励诱发的车体振动特性后通过数据线将振动信号传递给DSP控制器3，控制器将振动信号滤波后根据预先设定的现有控制算法，实时解算获得机器人所需的目标频率，并计算出对应的目标电流。DSP控制器3将该信号通过数据线传递给减振支撑装置4中的励磁线圈42。当励磁线圈42中通入相应的电流后，底座46、筒状导磁体43和磁流变弹性体45内部形成闭合磁路。通过改变线圈中通入的电流大小，控制磁流变弹性体45外界磁感应强度，改变其弹性模量，达到减振支撑装置4的刚度自适应变化，从而实时改变整个系统的固有频率，实现AGV型机器人加工作业用地面环境的自适应减振。

需注意的是，在另外一种实施例中，可以不通过电动伸缩杆44进行电动调节；可以直接在辅助杆47的端部设置螺纹，将其螺旋连接在固定座1底部的螺旋孔中；需要时通过辅助杆47的螺纹将整体的减振支撑装置4旋转向下与底面支撑；不需要时通过螺纹旋转收缩。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上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，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，包括固定座（1），固定座（1）顶面固定安装有AGV型移动工业机器人（11），固定座（1）底面均匀分布有多个车轮（12）；其特征在于：所述固定座（1）底面还固定安装有加速度振动测量传感器（2）、DSP控制器（3）和减振支撑装置（4）；加速度振动测量传感器（2）通过导线与DSP控制器（3）电性连接，DSP控制器（3）通过导线与减振支撑装置（4）电性连接；所述减振支撑装置（4）包括环形龙骨架（41）、励磁线圈（42）、筒状导磁体（43）、电动伸缩杆（44）、磁流变弹性体（45）、底座（46）和辅助杆（47）；

环形龙骨架（41）上缠绕连接有励磁线圈（42），筒状导磁体（43）上设置有环形凹槽（431），使得缠绕有励磁线圈（42）的环形龙骨架（41）与环形凹槽（431）相匹配，进而使得环形龙骨架（41）与筒状导磁体（43）相匹配连接形成封闭结构，且筒状导磁体（43）上设有通孔（432），用于将DSP控制器（3）的导线穿过通孔（432）与励磁线圈（42）相连接；

电动伸缩杆（44）一端固定安装在固定座（1）底面，电动伸缩杆（44）另一端安装在辅助杆（47）顶端，辅助杆（47）底端依次贯穿环形龙骨架（41）、筒状导磁体（43）内部与底座（46）相连接；

筒状导磁体（43）底部与底座（46）之间通过胶粘剂粘接有磁流变弹性体（45）；

所述励磁线圈（42）位于辅助杆（47）四周；所述磁流变弹性体（45）的数量为多个，磁流变弹性体（45）的布局呈均匀分布，且均与励磁线圈（42）位于同一垂直面；

所述AGV型移动工业机器人（11）移动至工作位置，通过电动伸缩杆（44）的伸长使得减振支撑装置（4）下落至与地面相接触，加速度振动测量传感器（2）监测车体振动特性并将振动信号传递给DSP控制器（3），DSP控制器（3）将振动信号滤波后解算获得AGV型移动工业机器人（11）所需的目标频率，并计算出对应的目标电流，DSP控制器（3）将目标电流传递给减振支撑装置（4）中的励磁线圈（42），励磁线圈（42）通入目标电流后，底座（46）、筒状导磁体（43）和磁流变弹性体（45）内部形成闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，其特征在于，所述环形龙骨架（41）、筒状导磁体（43）、底座（46）、辅助杆（37）均采用具有高磁导率、高磁饱和强度及低矫顽力的电磁纯铁。

3.根据权利要求1所述的一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，其特征在于，所述磁流变弹性体（45）是通过微米级铁磁性颗粒和高分子橡胶材料固化而成。

4.根据权利要求3所述的一种AGV型移动机器人加工地面环境自适应减振系统，其特征在于，所述微米级铁磁性颗粒包含有羰基铁粉，高分子橡胶材料包含有硅油和硅橡胶，且羰基铁粉、硅油和硅橡胶的质量比为 7：1：2。