CN115028118B - 一种伺服模组式全方位驱动机构、方法及自动引导车 - Google Patents

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CN115028118B CN202210958107.1A CN202210958107A CN115028118B CN 115028118 B CN115028118 B CN 115028118B CN 202210958107 A CN202210958107 A CN 202210958107A CN 115028118 B CN115028118 B CN 115028118B
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Abstract

本发明涉及一种伺服模组式全方位驱动机构、方法及自动引导车。所述伺服模组式全方位驱动机构包括：伺服模组、回转套、驱动轮，所述伺服模组和所述驱动轮能够在所述回转套的圆柱形空腔内，以所述圆柱形空腔的竖直中轴线为转轴转动。本发明通过伺服模组式全方位驱动机构，在较低较窄、离地间隙较高负载较大、空间紧凑的要求下，实现了自动引导车的全方位行走，让自动引导车更加灵活实用，自动引导车的速度可以实现自动安全控制，无需自动引导车的控制器发出调速命令，并能减少由于电机力矩脉动导致的振动。即使在自动引导车控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，自动引导车同样可以保证安全的运行速度。

Description

一种伺服模组式全方位驱动机构、方法及自动引导车
技术领域
本发明属于自动引导车（AGV）技术领域，具体涉及一种伺服模组式全方位驱动机构、方法及自动引导车。
背景技术
自动引导车AGV（Automated Guided Vehicle），是一种采用地面寻迹或GPS定位等非接触导向方式，自动控制导向，可连续作业的无人驾驶自动运输车，能够根据预先设定的程序，沿着设定的路线及位置自动行驶并停靠，从而完成一系列的搬运作业任务。
在物流配送领域中，由于AGV具有无人化运输，大大降低劳动力和运营成本的优点，所以备受各行业青睐。而叉车式AGV由于其较为灵活且具备高举升、大负载的能力，所以其在工厂仓库码垛、托盘类货物堆栈等方面表现得非常出色，不仅能够使得仓储规范有序，而且极大地提高了空间的利用率以及运输效率，因此叉车式AGV又是AGV领域中极其广泛使用的一种。
现有叉车式AGV，按功能结构功能可划分托盘叉车式AGV，宽脚堆高式叉车AGV，无脚堆高式叉车AGV。这几种叉车AGV的驱动机构样式，参见附图8所示，基本都是靠单舵轮驱动，前面布置两个万向轮保证方便转弯，后面布置两个定向轮来实现更好得直线行走。这种驱动的结构方式，虽说能满足叉车的正常前进、后退和转弯功能，但由于叉车AGV结构紧凑，局限性较大，所以只能安装一个舵轮，加之定向轮不具备独立转向的功能，因此目前的叉车AGV并不能整体平移和原地旋转，即无法做到全方位行走功能。
现有技术CN209159801U公开了一种差速控制舵轮机构及AGV小车，通过调整各个差速控制舵轮机构的上差速驱动装置的功率，即可改变AGV小车的行驶方向。然而该现有技术中齿轮传动装置包括可转动地设置在外壳的底板上的一级轮组、二级轮组、三级轮组和四级轮组，所述一级轮组与驱动电机的转轴连接，将转轴转速降级传递给二级轮组，所述二级轮组将转速降级传递给三级轮组，所述三级轮组将转速降级传递给四级轮组，所述驱动轮固定在四级轮组上，由四级轮组带动转动，其驱动机构占用空间大，导致AGV体积比较大且笨重，较多的轮组也增加了故障概率。现有技术CN212174381U公开了一种驱动模组和包括其的车辆，所述驱动模组包括：浮动板，具有第一端和第二端；第一车轮和第二车轮，分别安装在所述浮动板的第一端和第二端；和编码器系统，所述编码器系统可活动地设置在所述浮动板上，位于所述第一端和第二端之间，从而当所述浮动板随所述第一车轮和/或第二车轮而上下摆动时，所述编码器系统不随所述浮动板摆动。该现有技术虽然通过编码器可以获取驱动模组的运行状态，但是其无法实现自动速度控制，在自动引导车的控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，无法保证安全的运行速度。
如何克服现有技术在较低的叉臂高度要求下，做不到原地旋转和平移功能，无法全方位行走；使用舵轮，成本价格高；舵轮驱动机构占用空间大，因此叉车AGV体积比较大且笨重等缺陷，在较低较窄、离地间隙较高和负载较大、空间紧凑的要求下，实现叉车式AGV的全方位行走，在自动引导车的控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，保证安全的运行速度，让叉车式AGV更加灵活实用，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，针对上述技术问题，本发明提出了一种伺服模组式全方位驱动机构、方法及自动引导车。具体采用如下技术方案：
一种伺服模组式全方位驱动机构，包括：编码器安装架、转轴编码器、连接轴架、线槽、伺服模组、回转套、驱动轮、驱动轮编码器，所述伺服模组包括模组电机、电机连接板；所述模组电机数量为两个；
所述伺服模组包括两个彼此独立的动力输出轴，两个动力输出轴彼此之间为共轴线、反向设置，并且两个动力输出轴的轴线水平设置；
所述驱动轮数量为两个，两个所述驱动轮分别固定连接于所述动力输出轴，所述伺服模组能够控制两个所述驱动轮中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮彼此相反方向旋转；
所述回转套包括回转套上部、回转套下部；
所述回转套上部内部形成圆柱形空腔，所述回转套上部的上表面具有圆形开口，所述圆形开口与所述圆柱形空腔形成圆环状台阶；
所述回转套下部具有圆形镂空部，所述圆形镂空部的直径与所述回转套上部的圆形开口的直径相等；
所述回转套上部固定安装在所述回转套下部的上表面，所述圆柱形空腔与所述圆形镂空部对齐设置；
所述伺服模组安装在所述圆柱形空腔中，两个所述驱动轮的下部能够向下凸出于所述回转套下部的下表面；
所述伺服模组和两个所述驱动轮能够在所述圆柱形空腔内，以所述圆柱形空腔的竖直中轴线为转轴转动；
所述伺服模组还包括调速模块，用于对所述模组电机进行速度控制；所述调速模块包括模数单元、控制单元、转换单元、隔离单元;
所述模数单元接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述控制单元；
所述控制单元接收来自所述模数单元发送的数字速度信号，并将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号，所述控制单元输出所述PWM控制速度信号到所述转换单元；所述转换单元对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的PWM速度调制信号给所述隔离单元；所述隔离单元为光电耦合隔离电路或者磁电耦合隔离电路，用于将所述转换单元输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机，用于控制所述模组电机的转动速度;
所述两个所述模组电机并列设置，均为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机的电机驱动器，用于将所述模组电机的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
可知，所述模组电机各相电流变化率分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为了满足
Figure DEST_PATH_IMAGE016
从而抑制所述模组电机的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 671258DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D=4E/V；
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure DEST_PATH_IMAGE022
分别为a、b、c相的反电动势，E=
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为电机中性点的电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
分别表示每相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 951280DEST_PATH_IMAGE002
为所述电机逆变电路两端电压，DV=
Figure 817605DEST_PATH_IMAGE002
；
两个动力输出轴位于两个所述模组电机之间的位置；
两个所述模组电机的电机输出轴各自通过一个动力传递机构与所述动力输出轴动力连接；
所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮以及与所述齿轮啮合的传动齿带，或者，所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮和与所述齿轮彼此啮合的齿轮组。
进一步，所述速度阈值信号通过预先写入的方式存储在所述控制单元的内部存储器中。
进一步，由自动引导车的控制器将所述速度阈值信号通过有线或无线的方式发送到所述控制单元，所述控制单元接收到来自所述自动引导车的控制器发来的速度阈值信号，将其首次写入或更新到所述控制单元的内部存储器中。
进一步，两个所述模组电机的电机输出轴彼此反向设置，并且分别动力连接于两个动力输出轴；
所述电机连接板数量为两个，两个所述模组电机的一侧均固定于一个电机连接板上，两个所述模组电机的另外相对一侧均固定于另一个电机连接板上。
进一步，所述驱动机构还包括：支撑滚轮；
所述支撑滚轮数量为两个，两个所述支撑滚轮分别安装在两个所述电机连接板外侧；
两个所述支撑滚轮的轮轴的轴线彼此重合；
两个所述支撑滚轮的外侧与所述回转套下部的上表面和所述回转套上部的圆环状台阶的下表面相切，两个所述支撑滚轮能够在所述回转套下部的上表面和所述圆环状台阶的下表面之间滚动。
进一步，所述驱动机构还包括：限位轮支架、限位滚轮；
所述限位轮支架的数量为四个，四个所述限位轮支架水平共面安装在所述伺服模组的定位安装槽中，且分别位于两个所述驱动轮所在侧面的两端；
所述限位滚轮的数量为四个，分别安装在四个所述限位轮支架上，四个所述限位滚轮的轮轴均竖直设置，并且每个所述限位滚轮的外侧均与所述回转套下部的所述圆形镂空部内壁相切，四个所述限位滚轮能够在所述圆形镂空部内壁滚动。
进一步，所述编码器安装架大体上为一字型，其两端固定安装在所述回转套上部的上表面的凹槽中；
所述转轴编码器安装在所述编码器安装架的中心位置上，所述转轴编码器上的弹簧片支架与编码器安装架固定连接；
所述连接轴架的轴端插入到所述转轴编码器的中心孔中，所述连接轴架的末端安装到所述伺服模组上表面的安装孔中，所述连接轴架与所述伺服模组固定连接；
所述线槽大体上成空心圆环状，其围绕所述连接轴架设置，用于容纳所述伺服模组的线束。
本发明还涉及一种伺服模组式全方位驱动方法，所述伺服模组式全方位驱动方法使用若干个如上所述的伺服模组式全方位驱动机构，所述方法用于控制自动引导车的行驶，具体包括：
自动引导车的控制器发出控制指令；
每一个所述伺服模组式全方位驱动机构的伺服模组根据所述控制指令，控制两个所述驱动轮中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮彼此相反方向旋转，从而实现自动引导车的平移、转向、旋转；
当所述伺服模组在所述回转套内转动时，所述连接轴架随之转动，所述转轴编码器采集所述连接轴架的旋转数据，并将数据反馈到自动引导车的控制器；
所述调速模块的模数单元接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述调速模块的控制单元；
所述控制单元将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号，输出所述PWM控制速度信号到所述调速模块的转换单元；
所述转换单元对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的PWM速度调制信号给所述隔离单元。
所述调速模块的隔离单元为光电耦合隔离电路或者磁电耦合隔离电路，用于将所述转换单元输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机的电机驱动器，用于控制所述模组电机的转动速度；
所述模组电机为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机的电机驱动器，用于将所述模组电机的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 343264DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
可知，所述模组电机各相电流变化率分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
为了满足
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
从而抑制所述模组电机的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 576406DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D=4E/V；
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure 339962DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 439505DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 170570DEST_PATH_IMAGE022
分别为a、b、c相的反电动势，E=
Figure 584234DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 467876DEST_PATH_IMAGE026
为电机中性点的电压；
Figure 223474DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 926987DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 878763DEST_PATH_IMAGE032
分别表示每相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 931426DEST_PATH_IMAGE002
为所述电机逆变电路两端电压，DV=
Figure 310455DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明还涉及一种自动引导车，所述自动引导车包括如上所述的伺服模组式全方位驱动机构，所述自动引导车进一步包括：自动引导车主体、控制器；
所述控制器与所述伺服模组和所述转轴编码器之间数据通信连接；
所述自动引导车主体的底部安装若干个所述伺服模组式全方位驱动机构；
若干个所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。
进一步，所述自动引导车主体的底部安装四个所述伺服模组式全方位驱动机构；或者，所述自动引导车主体的底部安装两个所述伺服模组式全方位驱动机构和一个舵轮，所述舵轮的旋转中心与两个所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。
本发明的技术方案获得了下列有益效果：本发明通过伺服模组式全方位驱动机构，在较低（105mm）较窄（宽度220mm）、离地间隙较高（20mm）和负载较大（1-2吨）、空间紧凑的要求下，实现了自动引导车的全方位行走，让自动引导车更加灵活实用。自动引导车的速度可以实现自动安全控制，无需自动引导车的控制器发出调速命令，即使在自动引导车控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，自动引导车同样可以保证安全的运行速度。
附图说明
图1为本发明伺服模组式全方位驱动机构结构示意图。
图2a为本发明伺服模组式全方位驱动机构的正视图。
图2b为本发明伺服模组式全方位驱动机构的侧视图。
图2c为本发明伺服模组式全方位驱动机构的俯视图。
图3a为本发明的回转套的下侧结构示意图。
图3b为本发明的回转套的上侧结构示意图。
图4a为本发明的回转套的安装结构示意图。
图4b为本发明的编码器安装架的结构示意图。
图5为本发明具体实施例3的自动引导车示意图。
图6为本发明具体实施例4的自动引导车示意图。
图7为本发明调速模块的结构框图。
图8是现有技术的叉车AGV的驱动机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。
除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
本发明具体实施例1涉及一种伺服模组式全方位驱动机构,包括：伺服模组、回转套、驱动轮。
参见附图1，所述伺服模组包括两个彼此独立的动力输出轴，两个动力输出轴彼此之间为共轴线、反向设置，并且两个动力输出轴的轴线水平设置。
所述驱动轮9的数量为两个，两个所述驱动轮9分别固定连接于所述动力输出轴。驱动轮9的内槽孔与模组电机7的圆柱面紧密配合后，再用螺钉将两者固定在一起。
所述伺服模组能够控制两个所述驱动轮9中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮9正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮9彼此相反方向旋转，从而可以实现伺服模组的直线平移、曲线平移或旋转。
参见附图1、附图3a、附图3b所示，所述回转套包括回转套上部5、回转套下部6，所述回转套上部5内部形成圆柱形空腔，所述回转套上部5的上表面具有圆形开口，所述圆形开口与所述圆柱形空腔形成圆环状台阶。
所述回转套下部6具有圆形镂空部，所述圆形镂空部的直径与所述回转套上部5的圆形开口的直径相等。所述回转套上部5固定安装在所述回转套下部6的上表面，所述圆柱形空腔与所述圆形镂空部对齐设置。
所述回转套在水平面上大致为圆形，并在圆形的相对两侧切除一部分形成两平行侧边，从而便于安装。
所述伺服模组安装在所述圆柱形空腔中，参见附图2a、附图2b、附图2c所示，两个所述驱动轮9的下部能够向下凸出于所述回转套下部6的下表面。
所述伺服模组和两个所述驱动轮9能够在所述圆柱形空腔内，以所述圆柱形空腔的竖直中轴线为转轴转动。
参见附图1，所述伺服模组包括模组电机7、电机连接板8。所述模组电机7数量为两个，两个所述模组电机7的电机输出轴彼此反向设置，并且分别动力连接于两个动力输出轴。
所述伺服模组还包括调速模块20，用于对所述模组电机7进行速度控制。
所述模组电机7可以是直流无刷电机。
所述电机连接板8数量为两个，两个所述模组电机7的一侧均固定于一个电机连接板8上，两个所述模组电机7的另外相对一侧均固定于另一个电机连接板8上。
参见附图1、附图4a，所述两个所述模组电机7并列设置，两个动力输出轴位于两个所述模组电机之间的位置，两个所述模组电机7的电机输出轴各自通过一个动力传递机构与所述动力输出轴动力连接。
所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮以及与所述齿轮啮合的传动齿带，或者，所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮和与所述齿轮彼此啮合的齿轮组。
参见附图1，所述驱动机构还包括：支撑滚轮11，所述支撑滚轮11数量为两个，两个所述支撑滚轮11分别安装在两个所述电机连接板8外侧，两个所述支撑滚轮的轮轴的轴线彼此重合。
参见附图3a、附图3b所示，所述回转套上部5的圆环状台阶的下表面记为平面A,所述回转套下部6的圆形镂空部的内壁表面记为曲面B。两个所述支撑滚轮的外侧与所述回转套下部6的上表面和所述回转套上部5的圆环状台阶的下表面A相切，两个所述支撑滚轮能够在所述回转套下部6的上表面和所述圆环状台阶的下表面A之间滚动。
所述驱动机构还包括：限位轮支架10、限位滚轮12，所述限位轮支架10的数量为四个，四个所述限位轮支架10水平共面安装在所述伺服模组的定位安装槽中，且分别位于两个所述驱动轮所在侧面的两端，所述限位滚轮12的数量为四个，分别安装在四个所述限位轮支架10上，四个所述限位滚轮12的轮轴均竖直设置。
参见附图4a所示，四个所述限位滚轮12外周形成的圆记为圆0，所述圆0的直径与所述圆形镂空部的内圆直径相等，每个所述限位滚轮12的外侧均与所述回转套下部6的所述圆形镂空部内壁B相切，四个所述限位滚轮12能够在所述圆形镂空部内壁B滚动。
参见附图1、附图4b所示，所述驱动机构还包括：编码器安装架1、转轴编码器2、连接轴架3、线槽4。所述编码器安装架1大体上为一字型，其两端固定安装在所述回转套上部5的上表面的凹槽中。所述转轴编码器2安装在所述编码器安装架1的中心位置上，所述转轴编码器2上的弹簧片支架与编码器安装架1固定连接。
所述连接轴架3的轴端插入到所述转轴编码器2的中心孔中，所述连接轴架3的末端安装到所述伺服模组上表面的安装孔中，所述连接轴架3与所述伺服模组固定连接。
参见附图1，所述线槽4大体上成空心圆环状，其围绕所述连接轴架3设置，用于容纳所述伺服模组的线束。
所述驱动机构还包括驱动轮编码器，所述驱动轮编码器可以是光电编码器，所述驱动轮编码器输出模拟量信号给所述调速模块20，所述调速模块20发送控制信号给所述模组电机7。
参见附图8，所述调速模块20包括模数单元21、控制单元22、转换单元23、隔离单元24。
所述模数单元21接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述控制单元22。
所述控制单元22接收来自所述模数单元21发送的数字速度信号，并将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号。所述速度阈值信号通过预先写入的方式存储在所述控制单元22的内部存储器中，或者，由自动引导车的控制器将所述速度阈值信号通过有线或无线的方式发送到所述控制单元22，所述控制单元22接收到来自所述自动引导车的控制器发来的速度阈值信号，将其写入或更新到内部存储器中。
所述速度阈值信号用于限制所述模组电机7的行驶速度，所述阈值速度可以是速度上限值，从而使自动引导车的行驶速度低于速度上限，或者，是速度控制区间，从而使自动引导车的行驶速度始终处于速度控制区间之中。
所述控制单元22输出所述PWM控制速度信号到所述转换单元23，所述PWM控制速度信号为脉宽调制信号，所述转换单元23对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机7的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的PWM速度调制信号给所述隔离单元24。
所述隔离单元24为光电耦合电路或者磁电耦合隔离电路，所述隔离单元24将所述转换单元23输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机7的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机7的电机驱动器，用于控制所述模组电机7的转动速度。由于自动引导车的控制器同样发出控制指令给所述模组电机7，所述隔离单元24能够通过防止自动引导车的控制器发出的控制指令对调速模块20造成干扰，避免由于干扰使速度控制错误所导致的安全隐患。
根据所述调速模块20，自动引导车的速度可以实现自动安全控制，无需自动引导车的控制器发出调速命令。即使在自动引导车控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，自动引导车同样可以保证安全的运行速度。
所述模组电机为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机7绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机7的电机驱动器，用于将所述模组电机7的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 563582DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
可知，所述模组电机7各相电流变化率分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
Figure DEST_PATH_IMAGE012AA
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
为了满足
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
从而抑制所述模组电机7的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 893282DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D=4E/V，减少由于电机力矩脉动导致的振动。
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure 735205DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 550714DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 25558DEST_PATH_IMAGE022
分别为a、b、c相的反电动势，E=
Figure 132185DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 579347DEST_PATH_IMAGE026
为电机中性点的电压；
Figure 300178DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 780095DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 877364DEST_PATH_IMAGE032
分别表示每相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 710190DEST_PATH_IMAGE002
为所述电机逆变电路两端电压，DV=
Figure 87076DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明的具体实施例2涉及一种伺服模组式全方位驱动方法，所述方法使用如具体实施例1所述的伺服模组式全方位驱动机构，所述方法用于控制自动引导车的行驶，具体包括：
自动引导车的控制器发出控制指令。
所述自动引导车的控制器可以位于自动引导车上，通过有线方式发出控制指令。或者，所述自动引导车的控制器可以位于自动引导车以外，通过无线方式发出控制指令。在这种无线控制方式下，可以通过一个控制器实现对多个自动引导车的控制，从而减小自动引导车的自身重量、尺寸，减少自动引导车的能源消耗。
每一个所述伺服模组式全方位驱动机构的伺服模组根据所述控制指令，控制两个所述驱动轮9中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮9正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮9彼此相反方向旋转，从而实现自动引导车的平移、转向、旋转。
当所述伺服模组在所述回转套内转动时，所述连接轴架3随之转动，所述转轴编码器2采集所述连接轴架3的旋转数据，并将数据反馈到自动引导车的控制器。
当伺服模组工作时候，支撑滚轮11的圆柱面就和平面A相切并起滚动支撑作用，而限位滚轮12形成的圆O也与曲面B的内径相等，因此限位滚轮12可以在曲面B上滚动的同时，曲面B也对限位滚轮12起到径向限位的作用，因此伺服模组可以平顺地在回转套中转动。线槽4可以保护伺服模组在转动过程中线束不会被折断。伺服模组工作时候，连接轴架3也随之转动，然后就可以将伺服模组的运行数据通过编码器反馈到AGV的控制器和调速模块20中，这样就可以精确控制整个驱动机构实现全方位运行。
所述调速模块20的模数单元21接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述调速模块20的控制单元22；
所述控制单元22将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号，输出所述PWM控制速度信号到所述调速模块20的转换单元23；
所述转换单元23对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机7的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的PWM速度调制信号给所述隔离单元24。
所述调速模块20的隔离单元24为光电耦合隔离电路或者磁电耦合隔离电路，用于将所述转换单元23输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机7的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机7的电机驱动器，用于控制所述模组电机7的转动速度。
根据所述调速模块20，自动引导车的速度可以实现自动安全控制，无需自动引导车的控制器发出调速命令。即使在自动引导车控制器发生故障，或者自动引导车控制器与伺服模组的通信发生故障的情况下，自动引导车同样可以保证安全的运行速度。
所述模组电机为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机7绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机7的电机驱动器，用于将所述模组电机7的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 802091DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
可知，所述模组电机7各相电流变化率分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAA
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAA
为了满足
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
从而抑制所述模组电机7的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 894198DEST_PATH_IMAGE002
的调节系数D=4E/V，从而减少由于电机力矩脉动导致的振动。
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure 315952DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 909745DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 299007DEST_PATH_IMAGE022
分别为a、b、c相的反电动势，E=
Figure 3657DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 748759DEST_PATH_IMAGE026
为电机中性点的电压；
Figure 247874DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 875164DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 868659DEST_PATH_IMAGE032
分别表示每相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 530585DEST_PATH_IMAGE002
为所述电机逆变电路两端电压，DV=
Figure 200601DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明的具体实施例3涉及一种自动引导车，所述自动引导车（Automated GuidedVehicle，AGV）包括如具体实施例1所述的伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，所述自动引导车进一步包括：自动引导车主体、控制器。所述控制器与所述伺服模组和所述转轴编码器2之间数据通信连接，所述自动引导车主体的底部安装若干个所述伺服模组式全方位驱动机构。参见附图5所示，所述自动引导车主体的底部安装四个所述伺服模组式全方位驱动机构，所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。当关于圆心对称的两两伺服模组转向一致且转角为45°时，就可实现AGV原地旋转，当四个伺服模组转向一致且转角相同时，即可实现平移功能。
本发明的具体实施例4涉及一种自动引导车，其与具体实施例3的自动引导车大体相同，所不同之处在于所述自动引导车主体的底部安装两个所述伺服模组式全方位驱动机构和一个舵轮，所述舵轮的旋转中心与两个所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。
本发明通过设计一种伺服式模组驱动机构，可以实现前进、后退、平移和原地转弯的功能，让叉车式AGV可以在工厂中更加灵活地全方位运行。
本发明在较低的叉臂高度（叉臂上平面离地约105mm）要求下，可以实现原地旋转和平移功能，即叉车式AGV可以全方位行走。本发明在较低的叉臂高度（叉臂上平面离地约105mm）前提下，AGV叉臂的离地间隙可以做到20mm以内，比传统叉车AGV的离地间隙大很多。本发明结构紧凑，可以使得叉车式AGV结构做得比传统的小，这样就可以让叉车式AGV在很小的空间上运行；另外这个驱动机构装在叉臂上之后，叉臂宽度也可以做到220mm以内，可以叉取标准的栈板托盘，并且负载能做到1-2吨。
如上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，所述驱动机构包括：编码器安装架（1）、转轴编码器（2）、连接轴架（3）、线槽（4）、伺服模组、回转套、驱动轮（9）、驱动轮编码器，所述伺服模组包括模组电机（7）、电机连接板（8）；所述模组电机（7）数量为两个；
所述伺服模组包括两个彼此独立的动力输出轴，两个动力输出轴彼此之间为共轴线、反向设置，并且两个动力输出轴的轴线水平设置；
所述驱动轮（9）数量为两个，两个所述驱动轮（9）分别固定连接于所述动力输出轴，所述伺服模组能够控制两个所述驱动轮（9）中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮（9）正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮（9）彼此相反方向旋转；
所述回转套包括回转套上部（5）、回转套下部（6）；
所述回转套上部（5）内部形成圆柱形空腔，所述回转套上部（5）的上表面具有圆形开口，所述圆形开口与所述圆柱形空腔形成圆环状台阶；
所述回转套下部（6）具有圆形镂空部，所述圆形镂空部的直径与所述回转套上部（5）的圆形开口的直径相等；
所述回转套上部（5）固定安装在所述回转套下部（6）的上表面，所述圆柱形空腔与所述圆形镂空部对齐设置；
所述伺服模组安装在所述圆柱形空腔中，两个所述驱动轮（9）的下部能够向下凸出于所述回转套下部（6）的下表面；
所述伺服模组和两个所述驱动轮（9）能够在所述圆柱形空腔内，以所述圆柱形空腔的竖直中轴线为转轴转动；
两个所述模组电机（7）的电机输出轴彼此反向设置，并且分别动力连接于两个动力输出轴；
所述电机连接板（8）数量为两个，两个所述模组电机（7）的一侧均固定于一个电机连接板（8）上，两个所述模组电机（7）的另外相对一侧均固定于另一个电机连接板（8）上；
所述驱动机构还包括：支撑滚轮（11）；
所述支撑滚轮（11）数量为两个，两个所述支撑滚轮（11）分别安装在两个所述电机连接板（8）外侧；
两个所述支撑滚轮的轮轴的轴线彼此重合；
两个所述支撑滚轮的外侧与所述回转套下部（6）的上表面和所述回转套上部（5）的圆环状台阶的下表面相切，两个所述支撑滚轮能够在所述回转套下部（6）的上表面和所述圆环状台阶的下表面之间滚动；
所述驱动机构还包括：限位轮支架（10）、限位滚轮（12）；
所述限位轮支架（10）的数量为四个，四个所述限位轮支架（10）水平共面安装在所述伺服模组的定位安装槽中，且分别位于两个所述驱动轮所在侧面的两端；
所述限位滚轮（12）的数量为四个，分别安装在四个所述限位轮支架（10）上，四个所述限位滚轮（12）的轮轴均竖直设置，并且每个所述限位滚轮（12）的外侧均与所述回转套下部（6）的所述圆形镂空部内壁相切，四个所述限位滚轮（12）能够在所述圆形镂空部内壁滚动；
所述编码器安装架（1）大体上为一字型，其两端固定安装在所述回转套上部（5）的上表面的凹槽中；
所述转轴编码器（2）安装在所述编码器安装架（1）的中心位置上，所述转轴编码器（2）上的弹簧片支架与编码器安装架（1）固定连接；
所述连接轴架（3）的轴端插入到所述转轴编码器（2）的中心孔中，所述连接轴架（3）的末端安装到所述伺服模组上表面的安装孔中，所述连接轴架（3）与所述伺服模组固定连接；
所述线槽（4）大体上成空心圆环状，其围绕所述连接轴架（3）设置，用于容纳所述伺服模组的线束；
所述伺服模组还包括调速模块（20），用于对所述模组电机（7）进行速度控制；
所述调速模块（20）包括模数单元(21)、控制单元(22)、转换单元(23)、隔离单元(24);
所述模数单元（21）接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述控制单元（22）；
所述控制单元（22）接收来自所述模数单元（21）发送的数字速度信号，并将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号，所述控制单元（22）输出所述PWM控制速度信号到所述转换单元（23）；
所述转换单元（23）对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机（7）的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的PWM速度调制信号给所述隔离单元（24）；
所述隔离单元（24）为光电耦合隔离电路或者磁电耦合隔离电路，用于将所述转换单元（23）输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机（7）的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机（7）的电机驱动器，用于控制所述模组电机（7）的转动速度;
所述两个所述模组电机（7）并列设置，均为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机（7）绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机（7）的电机驱动器，用于将所述模组电机（7）的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 481396DEST_PATH_IMAGE001
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure 929695DEST_PATH_IMAGE002
Figure 240590DEST_PATH_IMAGE003
Figure 432537DEST_PATH_IMAGE004
可知，所述模组电机（7）各相电流变化率分别为
Figure 778068DEST_PATH_IMAGE005
Figure 367575DEST_PATH_IMAGE006
Figure 165766DEST_PATH_IMAGE007
为了满足
Figure 895825DEST_PATH_IMAGE008
从而抑制所述模组电机（7）的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两 端电压
Figure 830283DEST_PATH_IMAGE009
的调节系数D=4E/V；
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure 354805DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 640293DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 908463DEST_PATH_IMAGE012
分别 为a、b、c相的反电动势，
Figure 963007DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 924010DEST_PATH_IMAGE014
为电机中性点的电压；
Figure 929750DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 736032DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 910661DEST_PATH_IMAGE017
分别表示每 相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 776986DEST_PATH_IMAGE009
为所述电机逆变电路两端电 压，
Figure 37066DEST_PATH_IMAGE018
；
两个动力输出轴位于两个所述模组电机之间的位置；
两个所述模组电机（7）的电机输出轴各自通过一个动力传递机构与所述动力输出轴动力连接；
所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮以及与所述齿轮啮合的传动齿带，或者，所述动力传递机构包括安装在电机输出轴和动力输出轴的齿轮和与所述齿轮彼此啮合的齿轮组。
2.根据权利要求1所述的伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，所述速度阈值信号通过预先写入的方式存储在所述控制单元（22）的内部存储器中。
3.根据权利要求1所述的伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，由自动引导车的控制器将所述速度阈值信号通过有线或无线的方式发送到所述控制单元（22），所述控制单元（22）接收到来自所述自动引导车的控制器发来的速度阈值信号，将其首次写入或更新到所述控制单元（22）的内部存储器中。
4.一种伺服模组式全方位驱动方法，所述伺服模组式全方位驱动方法使用若干个如权利要求1-3任一项所述的伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，所述方法用于控制自动引导车的行驶，具体包括：
自动引导车的控制器发出控制指令；
每一个所述伺服模组式全方位驱动机构的伺服模组根据所述控制指令，控制两个所述驱动轮（9）中的任意一个正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮（9）正向或反向旋转，或者，同时控制两个所述驱动轮（9）彼此相反方向旋转，从而实现自动引导车的平移、转向、旋转；
当所述伺服模组在所述回转套内转动时，所述连接轴架（3）随之转动，所述转轴编码器（2）采集所述连接轴架（3）的旋转数据，并将数据反馈到自动引导车的控制器；
所述调速模块（20）的模数单元（21）接收来自所述驱动轮编码器的模拟脉冲速度信号，将其转为数字速度信号发送给所述调速模块（20）的控制单元（22）；
所述控制单元（22）将该数字速度信号转换为自动引导车的实时行驶速度，再将所述实时行驶速度与速度阈值信号进行比较运算，得到可变频率和占空比的PWM控制速度信号，输出所述PWM控制速度信号到所述调速模块（20）的转换单元（23）；
所述转换单元（23）对所述PWM控制速度信号进行变压调节，将所述PWM控制速度信号的电压值适配为模组电机（7）的电机驱动器所匹配的信号电压值，并输出适配后的速度调制信号给所述隔离单元（24）；
所述调速模块（20）的隔离单元（24）为光电耦合隔离电路或者磁电耦合隔离电路，用于将所述转换单元（23）输出的所述PWM速度调制信号进行光电隔离或磁电隔离，隔离来自模组电机（7）的电机驱动器的信号干扰，并输出隔离后的PWM速度调制信号，再将所述隔离后的PWM速度调制信号发送给所述模组电机（7）的电机驱动器，用于控制所述模组电机（7）的转动速度；
所述模组电机（7）为无中线三相星接无刷伺服电机，包括逆变电路以及a、b、c共三相绕组，还设置有电流检测装置和电机电压调节装置；
所述电流检测装置输出检测电压，所述检测电压正比于流入所述模组电机（7）绕线同名端的电流之和，所述检测电压输出给所述模组电机（7）的电机驱动器，用于将所述模组电机（7）的转矩反馈给所述电机驱动器；
所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两端电压
Figure 381459DEST_PATH_IMAGE009
的调节系数D，具体过程为：
由下列方程
Figure 410595DEST_PATH_IMAGE019
Figure 713401DEST_PATH_IMAGE020
Figure 195198DEST_PATH_IMAGE021
可知，所述模组电机（7）各相电流变化率分别为
Figure 110326DEST_PATH_IMAGE022
Figure 993969DEST_PATH_IMAGE023
Figure 202096DEST_PATH_IMAGE024
为了满足
Figure 436768DEST_PATH_IMAGE025
从而抑制所述模组电机（7）的力矩脉动，所述电机电压调节装置控制电机逆变电路两 端电压
Figure 388544DEST_PATH_IMAGE009
的调节系数D=4E/V；
各公式中，L、M 分别为每个绕组的自感和互感；R为每个绕组的电阻；
Figure 392272DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 771301DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 227690DEST_PATH_IMAGE012
分别 为a、b、c相的反电动势，
Figure 481691DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 74347DEST_PATH_IMAGE027
为电机中性点的电压；
Figure 889856DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 833541DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 392699DEST_PATH_IMAGE017
分别表示每 相绕组的电流；V表示电机输入直流电压，D表示调节系数，
Figure 839860DEST_PATH_IMAGE009
为所述电机逆变电路两端电 压，
Figure 560692DEST_PATH_IMAGE018
。
5.一种自动引导车，所述自动引导车包括如权利要求1-3任一项所述的伺服模组式全方位驱动机构，其特征在于，所述自动引导车进一步包括：自动引导车主体、控制器；
所述控制器与所述伺服模组和所述转轴编码器（2）之间数据通信连接；
所述自动引导车主体的底部安装若干个所述伺服模组式全方位驱动机构；
若干个所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。
6.根据权利要求5所述的自动引导车，其特征在于，所述自动引导车主体的底部安装四个所述伺服模组式全方位驱动机构；
或者，
所述自动引导车主体的底部安装两个所述伺服模组式全方位驱动机构和一个舵轮，所述舵轮的旋转中心与两个所述伺服模组式全方位驱动机构的水平面中心，在水平面上共圆设置。
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