基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法。本发明专利技术在结构上包含若干个模块运输单元，所述模块运输单元包括球形机器人组件及球壳支撑组件，球形机器人组件包括球壳及设于球壳内部的陀螺驱动单元，陀螺驱动单元包括方形支架及设于方形支架内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，球壳支撑组件由柱状支架、钢珠、弧形保持架及弧形支架组成，陀螺转子机构包括球形陀螺支架和陀螺转子，全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架布置的六个全向轮驱动组件，两两相对的单排全向轮为一组，三组单排全向轮分别处于正交于球形陀螺支架中心的三个相互垂直的平面上。基于陀螺的进动效应，本发明专利技术通过各模块运输单元的摩擦传动实现货物的分拣。

Modular Logistics Sorting Platform and Method Based on Gyro Precession Effect

The invention discloses a modular logistics sorting platform and method based on gyro precession effect. The invention comprises several module transportation units in structure, the module transportation unit includes spherical robot assembly and spherical shell support component, the spherical robot assembly includes spherical shell and gyro driving unit arranged inside the spherical shell, the gyro driving unit includes square bracket, gyro rotor mechanism and omnidirectional wheel driving unit arranged inside the square bracket, and the spherical shell support component is cylindrical. The gyro rotor mechanism consists of a spherical gyro bracket and a gyro rotor. The omni-directional wheel drive unit consists of six omni-directional wheel drive components arranged around the spherical gyro bracket. The two opposite single-row omni-directional wheels are in a group. The three groups of single-row omni-directional wheels are on three mutually perpendicular planes orthogonal to the center of the spherical gyro bracket. \u3002 Based on the progress effect of gyroscope, the invention realizes the sorting of goods by friction transmission of each module transport unit.

【技术实现步骤摘要】
基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法
本专利技术涉及物流分拣
，具体为一种基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法。
技术介绍
现阶段，随着互联网技术的普及，网上购物已经是人们日常生活的重要组成部分，与此同时，网上购物也带动了物流行业的发展，整个社会在物流运输行业有着极大的需求。目前，我国物流业的发展模式正由劳动力运输模式逐步转变为机器人智能化运输模式，传统的物流分拣设备目前还难以满足快速发展的物流业，随着社会不断的向前发展，迫切需要能够快速实现货物分拣的物流分拣机构被提出。现有物流分拣机构大多采用单一机构进行分拣，如公开号CN201810727921提出的《一种物流分拣机器人》，少有采用模块化思想设计的物流分拣机构。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提出了一种基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法。能够解决上述技术问题的模块化物流分拣平台，其技术方案包括若干个按照实际需求分布的模块运输单元，所不同的是所述模块运输单元包括球形机器人组件以及球壳支撑组件。所述球形机器人组件包括球壳以及设于球壳内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括方形支架以及设于方形支架内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，基于陀螺的进动效应，所述陀螺驱动单元能够产生使球壳全方位运动的全向陀螺力矩。所述球壳支撑组件由柱状支架、钢珠以及安装在柱状支架上的弧形保持架、弧形支架所组成，其主要作用是在不破坏球形机器人运动的基础上支撑球形机器人组件。所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架和设于球形陀螺支架内部的陀螺转子，所述陀螺转子由自带有增量式编码器的陀螺电机驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架布置并驱动球形陀螺支架万向转动的六个全向轮驱动组件，所述全向轮驱动组件能够对陀螺转子机构进行支撑并进行驱动，各全向轮驱动组件主要包括由全向轮电机驱动的单排全向轮以及检测单排全向轮转动角度的绝对式编码器，两两相对的单排全向轮为一组，三组单排全向轮分别处于正交于球形陀螺支架中心的三个相互垂直的平面上。进一步，所述模块运输单元通过柱状支架的底部边缘依次紧密排列，所述底部边缘可以是满足实际需求的任意形状。进一步，所述钢珠通过弧形保持架分别与弧形支架内壁以及球壳外壁保持纯滚动接触。进一步，所述球形陀螺支架与各单排全向轮之间存在纯滚动约束。进一步，所述全向轮电机自带有能够实时检测对应全向轮速度的增量式编码器。采用上述球形机器人组件的运动方法为：1、初始时刻，通过安装在全向轮架上的绝对式编码器可检测出对应单排全向轮的位置。2、当驱动设于方形支架内部的全向轮驱动单元运动时，通过安装在全向轮架上的绝对式编码器可检测出对应单排全向轮的转角，由于单排全向轮与球形陀螺支架之间的运动为纯滚动，进而求出球形陀螺支架的姿态矩阵。3、基于陀螺力矩的计算方法以及球形陀螺支架的姿态矩阵，通过事先设计的轨迹控制器计算出各全向轮驱动力矩和陀螺转子驱动力矩，球形机器人的六个全向轮及陀螺转子将按照控制器计算出的力矩进行驱动。4、基于陀螺的进动效应，当陀螺转子受到两个不同方向的力矩时，陀螺转子会产生作用在球形陀螺支架上的陀螺力矩；由于球形陀螺支架与全向轮之间存在滚动约束，同时经过一系列力的相互作用，陀螺转子会产生实现球壳自转以及全方位运动的陀螺力矩。采用上述模块化物流分拣平台的分拣方法为：1、针对不同的应用场景确定各模块运输单元的数目及分布方式。2、针对不同类别的货物分别对各模块运输单元的球壳规划不同的轨迹。3、当货物到达球壳上方时，按照事先对不同类别货物规划的轨迹驱动球壳运动，货物相对于各球壳进行摩擦传动，最终通过各模块运输单元的协同工作，快速实现货物的分拣。本专利技术的有益效果：1、本专利技术结构中，全向轮驱动组件、陀螺转子机构、球壳支撑组件均采用对称分布，这种对称分布的方式能够降低附加不平衡力矩的产生。2、本专利技术结构中，基于陀螺的进动效应，通过陀螺驱动单元产生的全向陀螺力矩可以使球形机器人实现自转及全方位运动，其在结构上较为简单，易于实现。3、本专利技术结构中，当陀螺转子发生自转时，驱动安装在正方体支架内部的一组三个旋转轴线两两垂直的全向轮驱动组件，可以实现球形机器人的全方位运动，而实际安装有两组三个旋转轴线两两垂直的全向轮驱动组件，这样就能达到冗余备份的效果，提高了系统的可靠性。4、本专利技术结构中，利用球壳全方位运动的特点，通过摩擦传动可以实现货物的全向分拣，这样就可以在不改变现有结构的基础上随时改变货物的运输方向。5、本专利技术结构中，采用模块化的设计思想，可依据货物的数量、货物的体积、货物的重量选择模块运输单元的数目及分布方式，其在结构上更加自由，能满足不同的需求，更能够提高物流分拣效率。6、本专利技术结构中，可以将其与图像识别、计算机视觉等技术相结合，成为一种新型无人化、智能化的物流分拣平台。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的立体结构分布示意图。图2为图1实施方式中模块运输单元的立体结构示意图。图3为图1实施方式中模块运输单元的主视图。图4为图3模块运输单元的A-A剖视图。图5为图1实施方式中全向轮驱动单元的结构示意图。图6为图1实施方式中全向轮的结构示意图。图7为图1实施方式中弧形保持架的结构示意图。图中：1、模块运输单元；2、柱状支架；2-1、底部边缘；3、球壳；4、弧形支架；5、弧形保持架；6、方形支架；7、球形陀螺支架；8、陀螺电机；9、陀螺转子；10、轴承；11、转接板；12、全向轮电机；13、全向轮；14、全向轮架；15、绝对式编码器；16、钢珠；17、小节轮；18、大节轮；19、轴套；20、轮毂；21、圆孔。具体实施方式下面结合附图所示的一种实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术模块化物流分拣平台包括若干个模块运输单元1，所述模块运输单元1的数目及分布方式根据不同的应用需求而定，所述模块运输单元1通过柱状支架2的底部边缘2-1依次紧密排列，如图1所示。所述模块运输单元1包括球形机器人组件以及球壳支撑组件，所述球形机器人组件包括球壳3以及设于球壳3内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括方形支架6以及设于方形支架6内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述方形支架6安装在球壳3上，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架7和设于球形陀螺支架7内部的陀螺转子9，所述陀螺转子9由自带有增量式编码器的陀螺电机8驱动并进行高速旋转，陀螺转子9通过轴承10安装在球形陀螺支架7上，陀螺电机8通过转接板11安装在球形陀螺支架7上；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架7布置并驱动球形陀螺支架7万向转动的六个全向轮驱动组件，所述全向轮驱动组件主要由单排全向轮13、全向轮架14、绝对式编码器15以及自带有增量式编码器的全向轮电机12所组成，各单排全向轮13通过对应全向轮架14安装且各轮架14上安装有检测对应单排全向轮13转动角度的绝对式编码器15，两两相对的单排全向轮13为一组，三组单排全向轮13分别处于正交于球形陀螺支架7中心的三个相互垂直的平面上，所述全向轮架14对称安装在方形支架6上，所述全向轮电机12与绝对式编码器15同轴安装在全向轮架14上，所述单排全向轮13主要由轮毂20、大节轮18、小节轮17、轴套19所组成，所述大节轮18、小节轮1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，包括若干个按照实际需求分布的模块运输单元(1)，其特征在于：所述模块运输单元(1)包括球形机器人组件以及球壳支撑组件，所述球形机器人组件包括球壳(3)以及设于球壳(3)内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括方形支架(6)以及设于方形支架(6)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(9)，所述陀螺转子(9)由自带有增量式编码器的陀螺电机(8)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件，各全向轮驱动组件包括由全向轮电机(12)驱动的单排全向轮(13)以及检测单排全向轮(13)转动角度的绝对式编码器(15)，所述全向轮电机(12)与绝对式编码器(15)同轴安装在全向轮架(14)上，两两相对的单排全向轮(13)为一组，三组单排全向轮(13)分别处于正交于球形陀螺支架(7)中心的三个相互垂直的平面上，所述球壳支撑组件由柱状支架(2)、钢珠(16)以及安装在柱状支架(2)上的弧形保持架(5)、弧形支架(4)所组成，所述钢珠(16)圆周均匀分布于弧形保持架(5)的圆孔(21)中并分别与弧形支架(4)内壁以及球壳(3)外壁保持纯滚动接触。...

【技术特征摘要】
1.基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，包括若干个按照实际需求分布的模块运输单元(1)，其特征在于：所述模块运输单元(1)包括球形机器人组件以及球壳支撑组件，所述球形机器人组件包括球壳(3)以及设于球壳(3)内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括方形支架(6)以及设于方形支架(6)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(9)，所述陀螺转子(9)由自带有增量式编码器的陀螺电机(8)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件，各全向轮驱动组件包括由全向轮电机(12)驱动的单排全向轮(13)以及检测单排全向轮(13)转动角度的绝对式编码器(15)，所述全向轮电机(12)与绝对式编码器(15)同轴安装在全向轮架(14)上，两两相对的单排全向轮(13)为一组，三组单排全向轮(13)分别处于正交于球形陀螺支架(7)中心的三个相互垂直的平面上，所述球壳支撑组件由柱状支架(2)、钢珠(16)以及安装在柱状支架(2)上的弧形保持架(5)、弧形支架(4)所组成，所述钢珠(16)圆周均匀分布于弧形保持架(5)的圆孔(21)中并分别与弧形支架(4)内壁以及球壳(3)外壁保持纯滚动接触。2.根据权利要求1所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其特征在于：所述模块运输单元(1)的数目及分布方式根据不同的应用需求而定。3.根据权利要求1所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其特征在于：所述模块运输单元(1)通过柱状支架(2)的底部边缘(2-1)依次紧密排列，所述底部边缘(2-1)可以是满足实际需求的任意形状。4.基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台方法，其特征在于采用了如权利要求1～3中任意一项所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其方案步骤为：①、针对不同的应...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世民，朱赣闽，王颖丽，刘博，申权，张英坤，杨政，李炳奇，喻洋，陈冠男，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11