CN206552144U - 基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，包括车架，所述车架的两侧分别设有两个驱动组件，所述驱动组件包括驱动单元，所述驱动单元包括设置在外壳内的电机、编码器、减速机，以及通过同步带与所述减速机连接的麦克纳姆轮，所述外壳内设有支撑所述电机和编码器的第一支架以及位于第一支架侧边的第二支架，所述第二支架上设有调节所述第一支架靠近或远离第二支架的螺栓，所述螺栓穿过所述第二支架上的通孔与所述第一支架螺纹连接，还包括用于接收信号、规划路径的工控机和对各所述电机进行控制的底层控制板，所述工控机与底层控制板之间通信连接，本设计结构简单，操作方便，安全性能高，节省成本提高效率。

Description

基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车

技术领域

本实用新型涉及智能物流仓储领域，尤其涉及一种基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车。

背景技术

目前，工厂或者加工车间的运输工作多由手动液压车、叉车等通过人工操作的设备进行操作，这种工作方式也是现今工厂和加工车采用最多的方式。另外，在一些自动化程度比较高的自动化车间会使用自动引导运输车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)进行搬运工作，AGV通过牵引货物拖车进行货物的搬运工作，大大的提高了工厂的货物搬运效率和货物的流通性。同时，随着激光导航技术的发展，现在也有采用激光传感器的自主导航搬运平台的出现，工作路线更加灵活，同时安全性也大大提高。

目前现有的搬运设备比如传统的搬运设备液压搬运车和叉车，需要工人师傅有一定的学习过程和操作经验，甚至叉车操作师傅还需要考证才能驾驶叉车进行工作，让工厂增加了人工的用工成本。同时，由于是人工操作，在搬运的过程中，安全性也全依赖于操作师傅的认真程度。在搬运的卸货过程中，定位的精确度也无法保证，精确与否也十分考验操作师傅的经验。

自动引导运输车采用自动运行、磁条等引导的方式，节省了人工成本。在遇到障碍物时，具有停车等待的功能。但自动引导运输车一般是采用牵引的形式实现货物的搬运，我们在使用自动引导车时需要对牵引车进行设计或者对现有设备进行改装：加装牵引车时必要的卡扣用以进行拖车和自动引导车相连接。所以在自动引导运输车的搬运过程中，特别是在转弯的过程中工作空间要求比较大。另外，由于是牵引的结构，自动引导搬运车只能前进和转弯，无法实现后退。再来自动引导车搬运路径固定，在搬运工位需要修改时，只能将原有磁条等引导标志去掉，再重新铺设引导标志，十分不便。

自主导航搬运平台是在自动引导运输车的基础上的发展起来的一种智能搬运车。它摒弃了工作依靠引导标志的方法，代之以激光传感器进行自主导航，实现了自主导航的功能，使得搬运工作中，线路更加灵活，避障时不同于自动引导车一样的停止，而是可以自主避开障碍物、重新规划路线，绕开后继续进行搬运工作。但自主导航搬运平台一般配备单个270°的激光进行导航，所以其可以进行小范围的后退，为了安全考虑，不可以进行大的后退距离。另外由于它的矩形或者类圆形的外形，在搬运平台进行原地旋转时，旋转半径超过了搬运平台的宽度，在狭小空间内也仅仅只能进行单向的运动，运动灵活性大大降低。同时，自主导航搬运平台的体积高度也都较大，搬运工作时，货物和车体重心也比较高，在遇到紧急状况或者急停时，安全性也是大打折扣。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单，操作方便，安全性能高，节省成本提高效率的基于麦克纳姆轮的全自动导航搬运车。

本实用新型基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，包括车架，所述车架的两侧分别设有两个驱动组件，所述驱动组件包括驱动单元，其特征在于：所述驱动单元包括外壳，设置在外壳内的电机、编码器、减速机，以及通过同步带与所述减速机连接的麦克纳姆轮，所述外壳内设有支撑所述电机和编码器的第一支架以及位于第一支架侧边的第二支架，所述第二支架上设有调节所述第一支架靠近或远离第二支架的螺栓，所述螺栓穿过所述第二支架上的通孔与所述第一支架螺纹连接，所述第一支架上设有供所述螺栓穿过的压卯螺母。

进一步的，还包括用于接收信号、规划路径的工控机和对各所述电机进行控制的底层控制板，所述工控机与底层控制板之间通信连接。

进一步的，所述驱动组件还包括减震单元，所述减震单元包括设置在驱动单元两侧且两端分别与所述外壳的上下端连接的导杆，所述导杆穿过所述外壳内的内壳，所述导杆与所述内壳的上下面的接触处均连接有关节球轴承，位于所述内壳上端与外壳上端之间的导杆上套设有弹簧。

进一步的，所述导杆的下端通过设置在所述外壳下端上的固定片固定，所述固定片上设有与所述导杆套接的弹性垫圈。

进一步的，所述关节球轴承与所述导杆之间连接有滑动轴承套。

进一步的，所述车架内还横设有隔离板，所述工控机与底层控制板设置在隔离板上侧，所述驱动组件设置在隔离板下侧。

进一步的，还包括设置在车架顶部对角位置的激光扫描器、车架侧边的交互界面和车架四周的多个声纳传感器，所述激光扫描器、交互界面及各声纳传感器均与所述工控机通信连接。

进一步的，所述交互界面包括多个控制开关键和用于显示运行状态的显示屏。

进一步的，所述激光扫描器组合使用后的扫描范围覆盖0°～360°。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

a)采用工控机与底层控制板相结合的设计，能够减少工控机的计算量，同时将功能模块化，使调试、维护更加方便；

b)底层控制板在接收到信息后，直接发送指令，并同时将信息反馈给工控机，避免将信息反馈给工控机，然后工控机在处理后控制驱动器的时差，该设计更加快捷、安全；

c)在控制单元与动力单元之间安装隔离板的设计，使电池在充放电时能够进行有效散热，提高了安全性能及使用寿命；

e)减速器与轮轴之间通过同步带相连，保证电机与减速机的安全；

f)采用关节球轴承内搭配滑动轴承套的方式进行润滑和减震，从而保证移动后减震导杆不会倾斜，一定程度上也减少摩擦；

g)本实用新型结构简单，操作方便，安全性能高，节省成本提高效率。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的全自主单行搬运车的右视图；

图3是本实用新型驱动组件结构示意图；

图4是本实用新型的驱动单元结构示意图；

图5是本实用新型的防爆设计示意图；

图6是本实用新型底层控制板基本模块图；

图7是本实用新型控制系统模块图；

图8是本实用新型底层控制板的主程序流程图；

图9是本实用新型底层控制板的串口接收中断流程图；

图10是本实用新型底层控制板的串口发送流程图；

图11是本实用新型底层控制板的定时器中断流程图。

其中：1是车架、2是外壳、3是电机、4是编码器、5是减速器、6是同步带、7是麦克纳姆轮、8是第一支架、9是第二支架、10是工控机、11是底层控制板、1101是串口、1102是控制单元、1103是供电接口、1104是电源芯片、12是导杆、13是内壳、14是关节球轴承、15是弹簧、16是固定片、17是弹性垫圈、18是滑动轴承套、19是隔离板、20是激光扫描器、21是交互界面、2101是显示屏、2102是控制开关键、22是声纳传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1至图11，本实用新型一较佳实施例所述的基于麦克纳姆轮的全自动导航搬运车，包括车架1，所述车架1的两侧分别设有两个驱动组件，所述驱动组件包括驱动单元，所述驱动单元包括将其收纳在内的外壳2，设置在外壳2内的电机3、编码器4、减速机5和麦克纳姆轮7，因避免刚性连接件之间出现损坏，在所述减速机与所述麦克纳姆轮之间通过同步带6进行连接，所述外壳2内设有支撑所述电机3和编码器4的第一支架8以及位于第一支架8侧边的第二支架9，为保证同步带6有效工作，所述第二支架9上设有调节所述第一支架8靠近或远离第二支架9的螺栓，所述螺栓穿过所述第二支架9上的通孔与所述第一支架8螺纹连接，所述第一支架8上设有供所述螺栓穿过的压卯螺母，通过此结构实现对同步带的预紧。

为实现自主接收信号、规划行驶路径，并能够自主避障，所述的全自主导航搬运车还包括用于接收信号、规划路径的工控机10，为减少工控机10的计算量，且保证在接收到障碍物信息后实现急停，所述全自主导航搬运车还包括对各所述电机进行控制的底层控制板11，所述工控机10与底层控制板11之间通信连接。

为减小车体在移动工作时的震动，所述驱动组件还包括减震单元，所述减震单元包括设置在驱动单元两侧且两端分别与所述外壳的上下端连接的导杆12，所述导杆穿过所述外壳2内的内壳13，位于所述内壳13上端与外壳2上端之间的导杆12上套设有弹簧15，为保证减震弹簧在工作时上下移动保持定心，在所述导杆与所述内壳的上下面的接触处均连接有关节球轴承14，为保证关节球轴承在减震弹簧工作时不会和减震导杆卡住，在所述关节球轴承与所述导杆之间连接有滑动轴承套18。所述导杆的下端通过设置在所述外壳下端上的固定片16固定，所述固定片上设有与所述导杆套接的弹性垫圈17。

为电池在充放电时的散热和安全考虑，本设计还做了散热防爆处理，在所述车架内还横设有隔离板19，所述工控机10与底层控制板11设置在隔离板19上侧，所述驱动组件设置在隔离板下侧。

为收集搬运车周围的障碍物信息，通过对搬运车周围信息的处理分析从而实现避障、导航的功能，本实施例选用在车架顶部对角位置的激光扫描器20，每个激光扫描器的扫描范围是270°，两个激光扫描器组合使用后扫描范围覆盖0°～360°。因激光扫描的缺陷，在所述车架的四周还设置有多个声纳传感器22，使其与激光扫描器配合使用，实现全面检测。

为了方便操作和调试，在所述车架的侧边还设有交互界面21，所述交互界面上包括电源总开关、急停开关、两个预留键及用于实时显示连接信息、电量、运行状态的显示屏2101。

所述激光扫描器20、交互界面21及各声纳传感器22均与所述工控机10之间通过串口进行通信连接。

因麦克纳姆轮辊子数量受小辊子的安装角度和宽度的限制，所以本实施例优选8个小辊子的麦克纳姆轮来实现操作，为保证安全和更好的控制，本实施例优选采用O型安装方式进行安装。

本实用新型的工作原理如下：

在使用时，按下交互界面上的电源键，全自主导航搬运车开始启动，在交互界面上操作选择系统时钟，进行必要的参数初始化，同时开启定时器中断，然后进入循环等待功能；

在等待过程中，底层控制板按时间周期给电机驱动器发送编码器位置查询和编码器速度查询指令实现定时器中断，接收电机编码器返回的码盘信息，并对编码器的码盘信息进行分析处理，进而得到搬运车的里程计信息和速度信息，然后将信息发送给工控机，以便工控机可以根据实时的搬运车位置和运动状态，结合激光扫描器接收到的周围信息和目标点信息，进行上层的路径规划和局部路径规划、障碍躲避等；

串口接收中断主要处理来自工控机发出的控制信息和超声波传感器接收到的障碍物信息。底层控制板在接收到工控机发出的控制信息后，对包含速度信息的控制信息进行处理，将速度信息分解为各个电机的转速信息，将信息发送给电机驱动器相对应的驱动电机的控制指令，实现每个轮子按照工控机发出的速度进行工作。声纳接收到障碍物信息后，底层控制板发出急停指令，同时返回障碍物信息给工控机；

在控制指令发送时，底层控制板触发发送中断，实现数据的发送，主要发送的是里程计返回给上层工控机、电机驱动器返回位置信息和速度信息给底层控制板；

本实用新型除去4个电机驱动器和工控机占用的1个串口资源，底层控制板剩下的3个串口资源连接着车身周围的超声波传感器，在接收到障碍物信息的时候进行串口接收中断，底层控制板处理后，发送急停指令给电机驱动器，同时发送反馈信息给上层工控机障碍物信息，实现急停，保证搬运车的安全。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，包括车架，所述车架的两侧分别设有两个驱动组件，所述驱动组件包括驱动单元，其特征在于：所述驱动单元包括外壳，设置在外壳内的电机、编码器、减速机，以及通过同步带与所述减速机连接的麦克纳姆轮，所述外壳内设有支撑所述电机和编码器的第一支架以及位于第一支架侧边的第二支架，所述第二支架上设有调节所述第一支架靠近或远离第二支架的螺栓，所述螺栓穿过所述第二支架上的通孔与所述第一支架螺纹连接，所述第一支架上设有供所述螺栓穿过的压卯螺母。

2.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：还包括用于接收信号、规划路径的工控机和对各所述电机进行控制的底层控制板，所述工控机与底层控制板之间通信连接。

3.根据权利要求2所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述驱动组件还包括减震单元，所述减震单元包括设置在驱动单元两侧且两端分别与所述外壳的上下端连接的导杆，所述导杆穿过所述外壳内的内壳，所述导杆与所述内壳的上下面的接触处均连接有关节球轴承，位于所述内壳上端与外壳上端之间的导杆上套设有弹簧。

4.根据权利要求3所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述导杆的下端通过设置在所述外壳下端上的固定片固定，所述固定片上设有与所述导杆套接的弹性垫圈。

5.根据权利要求3所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述关节球轴承与所述导杆之间连接有滑动轴承套。

6.根据权利要求2所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述车架内还横设有隔离板，所述工控机与底层控制板设置在隔离板上侧，所述驱动组件设置在隔离板下侧。

7.根据权利要求2所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：还包括设置在车架顶部对角位置的激光扫描器、车架侧边的交互界面和车架四周的多个声纳传感器，所述激光扫描器、交互界面及各声纳传感器均与所述工控机通信连接。

8.根据权利要求7所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述交互界面包括多个控制开关键和用于显示运行状态的显示屏。

9.根据权利要求7所述的基于麦克纳姆轮的全自主导航搬运车，其特征在于：所述激光扫描器组合使用后的扫描范围覆盖0°～360°。