CN209395576U - 一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车，包括底板，底板相对的两侧各自连接有两个电机支架，带测速编码器的电机固定于电机支架上，电机的转轴末端连接有麦克纳姆轮；多个红外传感器阵列均匀分散地安装于底板的四周；底板的顶部连接有具有多个自由度的机械臂夹具，机械臂夹具上安装有摄像头；底板内还设有陀螺仪、主控板、用于控制电机动作的电机驱动模块、用于控制机械臂夹具动作的舵机控制板。本实用新型基于麦克纳姆轮设计，可以全向移动，节省了转向所需时间；通过摄像头、红外传感器阵列与主控板等部件之间的协调合作进行物料运输，使得其具有较高的鲁棒性与自适应性，进而减少人工参与，提高仓储物流的运输效率。

Description

一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车

技术领域

本实用新型涉及一种仓储物流工具，具体涉及到一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车。

背景技术

在智能制造的发展趋势下，工厂/物流仓储等场景逐步智能化，自动化需求迫在眉睫。现目前大部分工厂/仓库仍使用运输带及人工分拣码垛的方式进行工作，工作效率低下且错误率高；部分工厂采用较为昂贵的多自由度固定机械臂或RGV(Rail Guided Vehicle，有轨制导车辆又叫有轨穿梭小车)实现分拣，成本过高，难以普及，且具有极大局限性，限制了柔性生产的发展。现阶段工厂或仓库中针对小型物料搬运的解决方法比较单一，相关产品少，现有产品昂贵而适应性不强，RGV和AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)的研制与调度问题是智能工厂、智能仓储的一大研究热点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车，用于提高仓储物流的运输效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车，包括底板，底板相对的两侧各自连接有两个电机支架，带测速编码器的直流减速电机固定于电机支架上，直流减速电机的转轴末端连接有麦克纳姆轮；

多个红外传感器阵列均匀分散地安装于底板的四周；底板的顶部连接有具有多个自由度的机械臂夹具，机械臂夹具上安装有摄像头；

底板内还设有陀螺仪、主控板、用于控制直流减速电机动作的电机驱动模块、用于控制机械臂夹具动作的舵机控制板；

测速编码器、红外传感器阵列、摄像头、陀螺仪、电机驱动模块和舵机控制板均与主控板电连接，电机驱动模块同时还与直流减速电机电连接。

根据上述方案，所述机械臂夹具包括底盘，底盘通过底盘控制舵机连接于底板的顶部，底盘控制舵机与舵机控制板电连接；底盘顶部从下到上依次连接有第四关节机械臂、第三关节机械臂、第二关节机械臂和第一关节机械臂；第四关节机械臂、第三关节机械臂、第二关节机械臂和第一关节机械臂均自带舵机且均与舵机控制板电连接；第一夹具和第二夹具通过夹具控制舵机连接于第一关节机械臂的顶部并由夹具控制舵机控制开合，控制舵机与舵机控制板电连接；所述摄像头安装于夹具控制舵机上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：兼具成本低、体积小、灵活、可全向移动、易于调度优化等优点；基于麦克纳姆轮设计，可以全向移动，节省了转向所需时间，避免了转向带来的误差，提高了效率与精度；通过摄像头、红外传感器阵列与主控板等部件之间的协调合作进行物料运输，使得其具有较高的鲁棒性与自适应性，进而减少人工参与，提高仓储物流的运输效率。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型的控制逻辑流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：第一夹具1，第二夹具2，摄像头3，夹具控制舵机4，第一关节机械臂5，第二关节机械臂6，第三关节机械臂7，第四关节机械臂8，底盘9，底盘控制舵机10，上底板11，麦克纳姆轮12，电机支架13，直流减速电机14，红外传感器阵列15，主控板16，电机驱动模块17，舵机控制板18，铜柱19。

本实用新型属于一种AGV，主要包括车体部分和机械臂夹具部分。

车体部分包括上底板11和下底板，上底板11和下底板通过四角的铜柱19连接成具有内部空间的车架。下底板相对的两侧分别连接有两个电机支架13，带测速编码器的直流减速电机14固定于电机支架上，直流减速电机14的转轴末端连接有麦克纳姆轮12。下底板的四周分别安装有一个红外传感器阵列15。主控板16、电机驱动模块17、舵机控制板18和陀螺仪均安装于下底板上。

机械臂夹具部分包括底盘9，底盘9通过底盘控制舵机10连接于上底板11顶部。底盘9顶部从下到上依次连接有第四关节机械臂8、第三关节机械臂7、第二关节机械臂6和第一关节机械臂5，第四关节机械臂8、第三关节机械臂7、第二关节机械臂6和第一关节机械臂5均自带舵机且均与舵机控制板18电连接。第一夹具1和第二夹具2通过夹具控制舵机4连接于第一关节机械臂5的顶部并由夹具控制舵机4控制开合，第一夹具1和第二夹具2均为通用自定心夹具，可以夹起大部分形状的物体，并能够确保物体与小车相对位置符合一确定的数学关系。夹具控制舵机4上安装有摄像头3，该摄像头3为OpenMv摄像头，自带控制计算单元，可以实现二维码、条形码、颜色、形状识别。第四关节机械臂8、第三关节机械臂7、第二关节机械臂6和第一关节机械臂5可实现第一夹具1和第二夹具2在一个平面内任意角度的转动；具体的，第一关节机械臂5控制夹具的旋转，用于调整夹持物所处空间角度，实现翻转等动作；第四关节机械臂8、第三关节机械臂7和第二关节机械臂6用于机械臂伸展。再配合旋转的底盘9，即可实现一球形空间内任意位置物体的夹取。

测速编码器、红外传感器阵列15、摄像头3、电机驱动模块17、舵机控制板18和陀螺仪均与主控板16电连接，电机驱动模块17同时还与直流减速电机14电连接，底盘控制舵机10和夹具控制舵机4均与舵机控制板18电连接。

由摄像头3读取包含目标位置的命令或预存入相应命令，工作时依照该命令将位置信息发送给主控板16，由直流减速电机14的测速编码器测算速度信息并输入到主控板16，解算出小车的位置，并确定小车应如何运动到对应位置。由陀螺仪测算车体角度信息并输入到主控板16，主控板16和电机驱动模块17联动控制直流减速电机14驱动麦克纳姆轮12转动以确保车体端正。陀螺仪和测速编码器将数据输送给主控板16，由此保证小车在车身端正的情况下行进到指定位置，红外传感器阵列15探测地面上的定位黑线，并由此修正陀螺仪和编码器误差。把陀螺仪的初始化角度作为参考值，之后一直检测车体实际角度与初始化角度的差值，并返回给主控板16，主控板16根据这个差值控制直流减速电机14，把车体调回到正确位置。由摄像头3识别待夹取物的信息并输入到主控板16，主控板16和舵机控制板18联动控制机械臂夹具的动作。

本实用新型由摄像头3识别二维码并与主控板16通信确定工作内容，确定小车移动距离。本实用新型四面均安装有每组十六个的红外传感器阵列15，使得小车在到达大致方位后，可以由红外传感器阵列15修正位置与角度偏差，精确定位工位，具有极高的鲁棒性与自适应性，仅需要工位的坐标与地面定位黑线的简单布置即可。本实用新型通过对六自由度机械臂的编程，可以实现一球形空间中任意位置物体的夹取，自定心夹具的设计可以确保每次夹取的物料与车体都具有确定的位置关系，便于精确放置。本实用新型的摄像头3采用OpenMv，这是一款带有主控的摄像头，陀螺仪与红外传感器阵列15均采用串口通信的方式回传给主控板16信息，机械臂的六自由度控制由舵机控制板18完成，直流减速电机14由电机驱动模块17完成控制，测速编码器数据由串口通信回传给主控板16，主控板16与摄像头3、主控板16与舵机控制板18之间均采用串口的方式通信。

本实用新型可直接根据给定坐标与工位处的定位黑线，即可实现精确定位工位，在实际调度中多AGV互相协作，具有良好的现实意义，由于无需布置地面引导线，只需工位处的定位线，各AGV运动轨迹可交叉而不会引起误导，可靠性高。智能小车带有摄像头3，可以识别命令二维码、物料条码、物料形状、物料颜色，提高了产品的智能性，在实际物料分拣中具有较好的实用性。智能小车基于麦克纳姆轮设计，可以全向移动，节省了转向所需时间，避免了转向带来的误差，提高了效率与精度。成本较低，整机成本可控制在1200元以内，具有良好的市场适应性。

小车的装配方法：

1.底板上设计有对应定位孔，由防松螺母与M3平头螺钉将四个电机支架13与底板相连，用对应螺钉将直流减速电机14固定在带有定位孔的电机支架13上，将麦克纳姆轮12用联轴器与电机轴相连。

2.主控板16、舵机控制板18、电机模块17均固定于对应定位孔。

3.四组红外传感器阵列15利用定位孔，使用M2螺钉固定在底板靠近地面的一侧。

4.将四根M3单通铜柱19的母头使用M3平头螺钉固定在底板对应定位孔处。

5.将上底板11对应定位孔固定于M3单通铜柱19的公头上，用M3螺母固定。

6.将机械臂的底盘控制舵机10对准上底板11定位孔穿过，并将底盘控制舵机10的定位孔与上底板定位孔对应，采用M4螺钉连接。

7.机械臂末端夹具带有不完全齿轮，利用垫片与M3螺钉与夹具控制舵机4连接，间隙配合便于旋转。

小车控制逻辑：

开启阶段：进行小车位置标定；将小车放在指定出发区域内，车的两边对齐出发区域外框；按下启动键，进入第一阶段；

第一阶段：小车经过载物台时摄像头3拍下载物台上的物块以识别物块摆放颜色顺序，然后继续直行，到达显示屏对应位置，小车停下识别二维码读取信息，进入第二阶段；

第二阶段：到达载物台对应地点，按照二维码读出的信息顺序夹取物块，然后小车驶向该颜色对应的放置物块区，到达后放置物块；然后继续重头开始执行第二阶段，直到所有物体都放置到放置区；进入第三阶段；

第三阶段：从放置物块区回到出发区。

本实用新型中所述的机械臂夹具可采用品牌为“威舞”、生产企业为“深圳市幻尔科技有限公司”的LeArm开源机械手臂，参考资料可见：

https://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.4.11e67d89dNmyDl&id＝565266028652&ns＝1&abbucket＝11。

麦克纳姆轮12的运动解算算法参考地址可见：

https://blog.csdn.net/banzhuan133/article/details/69229922。

含陀螺仪的PID控制算法参考地址可见：

https://blog.csdn.net/luckpl/article/details/50906089

OpenMV二维码识别解码方法可参考地址可见：

https://blog.csdn.net/nick123chao/article/details/77573675。

OpenMV颜色识别方法可参考地址可见：

https://blog.csdn.net/chen134225/article/details/80812591。

Claims (2)

1.一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车，其特征在于：包括底板，底板相对的两侧各自连接有两个电机支架(13)，带测速编码器的直流减速电机(14)固定于电机支架上，直流减速电机(14)的转轴末端连接有麦克纳姆轮(12)；

多个红外传感器阵列(15)均匀分散地安装于底板的四周；底板的顶部连接有具有多个自由度的机械臂夹具，机械臂夹具上安装有摄像头(3)；

底板内还设有陀螺仪、主控板(16)、用于控制直流减速电机(14)动作的电机驱动模块(17)、用于控制机械臂夹具动作的舵机控制板(18)；

测速编码器、红外传感器阵列(15)、摄像头(3)、陀螺仪、电机驱动模块(17)和舵机控制板(18)均与主控板(16)电连接，电机驱动模块(17)同时还与直流减速电机(14)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的智能物流小车，其特征在于：所述机械臂夹具包括底盘(9)，底盘(9)通过底盘控制舵机(10)连接于底板的顶部，底盘控制舵机(10)与舵机控制板(18)电连接；底盘(9)顶部从下到上依次连接有第四关节机械臂(8)、第三关节机械臂(7)、第二关节机械臂(6)和第一关节机械臂(5)；第四关节机械臂(8)、第三关节机械臂(7)、第二关节机械臂(6)和第一关节机械臂(5)均自带舵机且均与舵机控制板(18)电连接；第一夹具(1)和第二夹具(2)通过夹具控制舵机(4)连接于第一关节机械臂(5)的顶部并由夹具控制舵机(4)控制开合，夹具控制舵机(4)与舵机控制板(18)电连接；所述摄像头(3)安装于夹具控制舵机(4)上。