CN115723840A - 一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统及转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统及转向方法，包括转向车轮机构、方向盘、集成手柄、主控制器和驱动设备，本发明通过方向盘和集成手柄组合控制叉车转向，配合能够自由转动的转向车轮机构，可以非常直观的控制整个叉车的行驶方式，调整集成手柄即可切换转向的模式，不用停车进行切换，大大降低了驾驶员的操作难度，提高了安全性和全向叉车的驾驶灵活性以及转运的效率，而且转向轮的行驶速度由加速器单独控制，可以分别在各模式下分别控制各个转向轮的速度，实现各模式下转向速度完全一致，提升驾驶舒适性及安全性。

Description

一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统及转向方法

技术领域

本发明涉及叉车控制技术领域，具体为一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统及转向方法。

背景技术

叉车，是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆，因其使用方便，操作简单，被广泛应用在各个运输领域中，目前，传统叉车在搬运货物的时候，如果叉车对不准货物的摆放位置，需要将叉车先倒出一段距离，调整好方向后，再将叉车开进去进行货物的摆放，这样不能横向移动或斜向移动，对于叉车来说，存在转向不灵活、转动局限性大的问题，为了解决传统的叉车转向不灵活的问题，于是出现了全向叉车，全向叉车能够实现整体的侧行、斜行等多向的运行方式。

现有的全向叉车现有行驶模式主要分为直行模式、侧行模式、斜行模式、原地回转模式，在各模式之间切换时由于转向瞬心变化轨迹不同，各转向轮在各模式下角度及速度变化关系不同，切换模式时需要停车进行切换，现有的控制方式后退方向行驶，即直行向左和侧行向右时,方向盘控制和前进方向相反，容易引起驾驶员对行驶方向和车身姿态的混乱，对驾驶员熟练度要求较高，驾驶感和安全性均较差，

因此，苛待对当前的全向叉车的转向方式进行改进，本发明的目的在于设计一种能够便于操作和不停车实现全向叉车连续切换的转向控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统及转向方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，包括：

转向车轮机构，所述转向车轮机构可独立控制转动，且至少设置有三组，所述转向车轮机构上设置有转向轮和用于驱动转向轮转动的加速器；

方向盘，所述方向盘内部设置有编码器，编码器和主控制器电性连接，用于收集方向盘的转动信号，并发送至主控制器；

集成手柄，所述集成手柄和主控制器电性连接，用于给主控制器提供开关信号，控制整车的行走模式，包括直行模式、侧行模式、原地回转模式和斜行模式；

主控制器，所述主控制器和驱动设备电性连接，主控制器收集集成手柄和编码器提供的信号，控制驱动设备；

驱动设备，所述驱动设备和转向车轮机构电性连接，且单一设备驱动单一转向车轮机构，分别控制各个转向车轮机构转向。

在其中一个实施例中，所述转向车轮机构还包括有传动链条和转向电机，所述转向电机通过传动链条向转动轮施加转向扭矩，所述驱动设备采用转向电机控制器。

在其中一个实施例中，所述集成手柄上包括有前、后、左、右和中间四个按钮，所述前、后按钮启动时，控制整车为直行模式或原地回转模式，左、右按钮启动时，控制整车为侧行模式或原地回转模式，中间按钮启动时，控制整车为斜行模式。

在其中一个实施例中，所述集成手柄采用具有上、下、左、右的四向复位操纵杆，所述操纵杆向前、后推动时，控制整车为直行模式或原地回转模式，操纵杆向左、右推动时时，控制整车为侧行模式或原地回转模式，操纵杆为中部空档位时，控制整车为斜行模式。

在其中一个实施例中，所述转向车轮机构还包括有角度传感器，所述角度传感器安装在转动轮上，所述角度传感器和主控制器电性连接，用于测量转动轮的旋转角度。

本发明另外还提供一种可实现全向叉车连续切换的转向方法，所述转向方法适用于上述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，所述转向方法将叉车的运动分解为围绕叉车旋转中心点进行平动的平移向量和围绕叉车旋转中心点转动的转动向量，通过集成手柄不停车切换整车的模式，所述转向方法的模式包括：

直行模式：平移向量主方向自动变更为平行于叉车朝向的X轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制旋转向量大小及方向；

侧行模式：平移向量主方向变更为垂直于叉车朝向的Y轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制旋转向量大小及方向。

原地回转模式：持续操作方向盘不断增大旋转向量，让转弯瞬心进入车体投影面内，直至靠近旋转中心，自动进入原地回转模式；

斜行模式：平移向量保持原有模式的方向、大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制转动向量方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用方向盘和集成手柄组合控制叉车转向，配合能够自由转动的转向车轮机构，可以非常直观的控制整个叉车的行驶方式，调整集成手柄即可切换转向的模式，不用停车进行切换，大大降低了驾驶员的操作难度，提高了安全性和全向叉车的驾驶灵活性以及转运的效率，而且转向轮的行驶速度由加速器单独控制，可以分别在各模式下分别控制各个转向轮的速度，实现各模式下转向速度完全一致，提升驾驶舒适性及安全性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明中转向车轮机构的安装示意图；

图3为本发明中侧行模式的向量合成示意图；

图4为本发明中直行模式的向量合成示意图；

图5为本发明中斜行模式中旋转向量为零的向量合成示意图；

图6为本发明中斜行模式中旋转向量不为零的向量合成示意图。

图中：1转向车轮机构、2方向盘、3集成手柄、4主控制器、5驱动设备、6转向轮、7编码器、8传动链条、9转向电机、10角度传感器、11叉车。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：

一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，包括转向车轮机构1、方向盘2、集成手柄3、主控制器4和驱动设备5，其中：

所述转向车轮机构1可独立控制转动，且至少设置有三组，所述转向车轮机构上设置有转向轮6和用于驱动转向轮6转动的加速器，所述转向轮机构1可独立控制转动所指的是转向轮6的朝向可独立的控制，所述转向车轮机构1设置在叉车11的底部，转向轮6的行驶速度由加速器单独控制，可以分别在各模式下分别控制各个转向轮6的速度，实现各模式下转向速度完全一致，提升驾驶舒适性及安全性。

所述驱动设备5和转向车轮机构1电性连接，且单一设备驱动转向车轮机构1，分别控制各个转向车轮机构1转向，即每个转向车轮机构1均由一个独立的驱动设备5进行驱动。

进一步的，所述转向车轮机构1还包括有传动链条8和转向电机9，所述转向电机9通过传动链条8向转动轮6施加转向扭矩，从而让转向轮6的朝向发生转动，所述驱动设备5采用转向电机控制器，转向电机控制器起到驱动转向电机9工作的作用。

可选的，所述转动轮6的转向机构也可采用液压气缸的方式进行推动，从而改变转动轮6的朝向，相应的驱动设备5采用采用对应的液压气缸驱动设备。

进一步的，所述转向车轮机构1还包括有角度传感器10，所述角度传感器10安装在转动轮6上，所述角度传感器10和主控制器4电性连接，用于测量转动轮6的旋转角度，便与更加准确的控制。

所述方向盘2安装在叉车11上，方向盘2内部设置有编码器7，方向盘2转动时同时带动编码器7转动，编码器7和主控制器4电性连接，用于收集方向盘2的转动信号，并发送至主控制器4，编码器7把方向盘2的角位移转换成电信号发送至主控制器4。

所述集成手柄3和主控制器4电性连接，用于给主控制器4提供开关信号，控制整车的行走模式，包括直行模式、侧行模式、原地回转模式和斜行模式，所述集成手柄3安装在叉车11上。

进一步的，所述集成手柄3上包括有前、后、左、右和中间四个按钮，所述前、后按钮启动时，控制叉车11为直行模式或原地回转模式，左、右按钮启动时，控制叉车为侧行模式或原地回转模式，中间按钮启动时，控制整车为斜行模式。

可选的，所述集成手柄3采用具有上、下、左、右的四向复位操纵杆，所述操纵杆向前、后推动时，控制叉车11为直行模式或原地回转模式，操纵杆向左、右推动时时，控制叉车为侧行模式或原地回转模式，操纵杆为中部空档位时，控制叉车11为斜行模式。

所述主控制器4基于嵌入式芯片STM32构成，所述主控制器4和驱动设备5电性连接，主控制器4收集集成手柄3和编码器7提供的信号，控制驱动设备5，驱动设备5控制相应的转向车轮机构1进行转向，采用方向盘2和集成手柄3组合控制叉车11转向，配合能够自由转动的转向车轮机构1，可以非常直观的控制整个叉车11的行驶方式，调整集成手柄3即可切换转向的模式，不用停车进行切换，大大降低了驾驶员的操作难度，提高了安全性和全向叉车的驾驶灵活性以及转运的效率。

请参阅图3至图6，本发明另外还提供一种可实现全向叉车连续切换的转向方法，所述转向方法适用于上述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，本实施例以叉车11具有四个转向车轮机构1为例，图中，a1指的为平移向量，a2表示旋转向量，a1n指的是第n个转向车轮机构1的转向轮6的平移向量a1，a2n指的是第n个转向车轮机构1的转向轮6的转动向量a2，An指的是第n个转向轮6的合成向量，O为旋转中心，C指的是转弯瞬心。

所述转向方法将叉车11的运动分解为围绕叉车11旋转中心点进行平动的平移向量和围绕叉车11旋转中心点转动的转动向量，通过集成手柄3不停车切换整车的模式，所述转向方法的模式包括：

直行模式：平移向量主方向自动变更为平行于叉车11朝向的X轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘2控制旋转向量大小及方向。

其中，各转向轮6的合成向量的方向即为转向轮6方向，合成向量的大小可视为转向轮6速度比例关系，随着旋转向量大小变化，转弯瞬心沿Y轴移动，此时为直行模式。

侧行模式：平移向量主方向变更为垂直于叉车11朝向的Y轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘2控制旋转向量大小及方向。

其中，各转向轮6的合成向量的方向为转向轮6方向，合成向量大小可视为转向轮6速度比例关系，随着旋转向量大小变化，转弯瞬心沿轴移动，此时为侧行模式。

原地回转模式：持续操作方向盘2不断增大旋转向量，让转弯瞬心进入车体投影面内，直至靠近旋转中心，自动进入原地回转模式。

斜行模式：平移向量保持原有模式的方向、大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘2控制平移向量方向。

本实施例将叉车11的运动分成平移向量和旋转向量，通过向量合成法统一了叉车11在各模式下运行时转向方法，实现了全向的叉车11不停车连续切换行驶模式，提高了全向的叉车11的驾驶灵活性以及转运的效率。

其中平移向量可以看作叉车11向预定货物位置的平移运动，旋转向量看做车身姿态的调整，以方便叉车11的货叉正对货物托盘，叉车11取放货物的过程就是这两种运动的合成。

本实施例的操作方式通过集成手柄3中间档位非常直观的控制全向的叉车11的行驶方向，向前拨向前行驶，向左拨向左行驶，大大降低了驾驶员的操作难度，提高了安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，其特征在于，包括：

转向车轮机构，所述转向车轮机构可独立控制转动，且至少设置有三组，所述转向车轮机构上设置有转向轮和用于驱动转向轮机转动的加速器；

方向盘，所述方向盘内部设置有编码器，编码器和主控制器电性连接，用于收集方向盘的转动信号，并发送至主控制器；

集成手柄，所述集成手柄和主控制器电性连接，用于给主控制器提供开关信号，控制整车的行走模式，包括直行模式、侧行模式、原地回转模式和斜行模式；

主控制器，所述主控制器和驱动设备电性连接，主控制器收集集成手柄和编码器提供的信号，控制驱动设备；

驱动设备，所述驱动设备和转向车轮机构电性连接，且单一设备驱动单一转向车轮机构，分别控制各个转向车轮机构转向。

2.根据权利要求1所述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，其特征在于：所述转向车轮机构还包括有传动链条和转向电机，所述转向电机通过传动链条向转动轮施加转向扭矩，所述驱动设备采用转向电机控制器。

3.根据权利要求2所述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，其特征在于：所述集成手柄上包括有前、后、左、右和中间四个按钮，所述前、后按钮启动时，控制整车为直行模式或原地回转模式，左、右按钮启动时，控制整车为侧行模式或原地回转模式，中间按钮启动时，控制整车为斜行模式。

4.根据权利要求2所述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，其特征在于：所述集成手柄采用具有上、下、左、右的四向复位操纵杆，所述操纵杆向前、后推动时，控制整车为直行模式或原地回转模式，操纵杆向左、右推动时时，控制整车为侧行模式或原地回转模式，操纵杆为中部空档位时，控制整车为斜行模式。

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种可实现全向叉车连续切换的转向控制系统，其特征在于：所述转向车轮机构还包括有角度传感器，所述角度传感器安装在转动轮上，所述角度传感器和主控制器电性连接，用于测量转动轮的旋转角度。

6.一种可实现全向叉车连续切换的转向方法，其特征在于：所述转向方法适用于权利要求5所述的一种可实现叉车连续切换的转向控制系统，所述转向方法将叉车的运动分解为围绕叉车旋转中心点进行平动的平移向量和围绕叉车旋转中心点转动的转动向量，通过集成手柄不停车切换整车的模式，所述转向方法的模式包括：

直行模式：平移向量主方向自动变更为平行于叉车朝向的X轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制旋转向量大小及方向；

侧行模式：平移向量主方向变更为垂直于叉车朝向的Y轴方向，方向固定，大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制旋转向量大小及方向。

原地回转模式：持续操作方向盘，让转弯瞬心进入车体投影面内，直至靠近旋转中心，自动进入原地回转模式；

斜行模式：平移向量保持原有模式的方向、大小不变，旋转向量首先自动归零，然后通过方向盘控制平移向量方向。

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