一种快速响应平衡的物流机器人及其调控方法技术

本发明专利技术公开了一种快速响应平衡的物流机器人及其调控方法，该物流机器人能快速响应、自动控制载物平衡与安全运输，其组成包括：车载装置、数据采集装置、中央处理装置和调节平衡装置；其中数据采集装置、中央处理装置和调节平衡装置均安装在车载装置上；车载装置负责承担物流机器人的载重负荷和实现自由移动的功能；数据采集装置则采集载荷分布情况数据及机器人运动状态与姿态数据反馈至中央处理装置，由中央处理装置处理并输出调节信号，平衡装置快速响应调节实现载物平稳；同时中央处理装置判断货物出现失稳状态的临界加速度并作为加速度限制条件对物流小车进行加速度约束，解决了物流小车载物失稳的问题，确保物流机器人所载货物安全。

A fast response and balance logistics robot and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应平衡的物流机器人及其调控方法
本专利技术涉及物流机器人
，具体涉及一种快速响应平衡的物流机器人及其调控方法。
技术介绍
由于物流机器人所载货物载荷不一定均匀分布，为保证工作效率，物流机器人必须具备一定的速度，且物流机器人所行走的路况如存在转弯、凹凸或需要爬坡时，所载货物很容易因为惯性以及中心的偏移而跌落造成事故，并容易影响整个范围的物流效率，增加了物流路况的维护费用。目前已有的方案是采用液压或电机控制伸缩支架来调节平衡，但液压技术存在费用高、响应慢的缺点而电机控制伸缩支架也会造成机器人结构的臃肿，因此需要保证物流机器人在运输过程中可以根据货物载荷分布以及路况自动快速调节载物平衡，避免发生物品跌落事故。本专利提出一种可在载物平台与轮系之间装上套筒弹簧柔性伸缩支撑结构，并在其内部安置两块电磁铁，通过控制电磁铁之间的引力和斥力的大小转换来调节套筒的升降，从而实现载物平台的快速平衡；同时实时计算货物失稳的运动加速度临界条件，作为加速度约束的依据，保证货物的安全运输。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述调节平台相应速度慢、机构复杂的不足，提供一种基于调节弹簧—电磁铁组合的快速响应调节平衡的物流机器人及其载货状态下运动平衡调控方法。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种快速响应平衡的物流机器人，所述的物流机器人包括车载装置和固定在车载装置上的数据采集装置、中央处理装置和调节平衡装置，所述的车载装置包括载物平台2、车架4、两个驱动轮和两个万向轮，所述的载物平台2固定于车架4上方，两个驱动轮和两个万向轮分别通过调节平衡装置固定于车架底部；所述的数据采集装置包括至少2个压力传感器3和一个惯性测量单元8，每个压力传感器3均置于载物平台2和车架4之间，采用螺钉连接固定，用于检测载物平台2压力载荷变化；所述的惯性测量单元8安装在车架4上部的正中央，采用螺栓连接固定，用于检测车架4的倾斜情况；所述的中央处理装置7包括电源和集成控制电路，集成控制电路上的输入端与数据采集装置电连接，输出端分别与调节平衡装置和电机电连接，实现信号的传递；所述的调节平衡装置包括套筒5、调节弹簧6、电磁铁9和升降活塞轮杆10，其中，所述的套筒5与车架4采用螺栓连接固连；所述的升降活塞轮杆10上端活塞与套筒5间隙配合，可上下滑动；所述的升降活塞轮杆10下端与相应的驱动轮或万向轮采用螺纹连接；所述的电磁铁9包括套筒电磁铁和活塞电磁铁，分别采用嵌合、铆合的方式分别安装于套筒5与升降活塞轮杆10上端活塞；所述的调节弹簧6采用焊接的方式一端与套筒电磁铁固定，另一端与活塞电磁铁固定；所述的中央处理装置7采集压力传感器3的实时压力信息和惯性测量单元8的实时平台倾角信息，然后调节电磁铁9的磁场方向与大小，使套筒电磁铁与活塞电磁铁间产生吸引力或排斥力，进而调节升降活塞轮杆10的升降，实现平台倾角的调整，从而实现载物平衡。进一步地，所述的载物平台2和车架4都是矩形的承载板，两个驱动轮和两个万向轮固定于车架底部的四个顶角。进一步地，每个驱动轮包括驱动轮架11、轮子12和电机13，所述的电机13通过螺钉紧固于驱动轮架11上，与轮子12相连，用于驱动轮子12转动。进一步地，所述的压力传感器3共有4个，对称布置于矩形的载物平台2的四个顶角上。进一步地，所述的升降活塞轮杆10上端活塞与套筒5间隙配合，所述的升降活塞轮杆10下端与驱动轮架11采用螺纹连接，可上下滑动调节轮子12的高度。本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种快速响应平衡的物流机器人的调控方法，所述的调控方法包括载物平台实时快速水平调节和运动加速度调节，其中，所述的载物平台实时快速水平调节包括以下步骤：S1、物流机器人的中央处理装置7根据惯性测量单元8检测平台倾角，并依据压力传感器3的压力数据，在物流机器人载货上坡时，调节车架4前端两个电磁铁9磁力，使载物平台2前端降低，同时调节车架4后端两个电磁铁9磁力，使载物平台2后端上升，载物平台在四组电磁铁与调节弹簧共同作用下，始终保持水平；当上坡到平台顶部时，倾角减小，中央处理装置7调节载物平台2前端升高，后端降低，继续保持载物平台2水平；S2、物流机器人的中央处理装置7根据惯性测量单元8检测平台倾角，并依据压力传感器3的压力数据，在物流机器人载货下坡时，调节车架4前端两个电磁铁9磁力，使载物平台2前端升高，同时调节车架4后端两个电磁铁9磁力，使载物平台2后端下降，整个载物平台在四组电磁铁与调节弹簧的作用下，始终保持水平；当下坡到底部水平路面时，倾角减小，中央处理装置7调节载物平台2前端降低，后端升高，继续保持载物平台2水平；S3、对于质量不均匀的货物，惯性测量单元8检测到载物平台2有一定倾角，物流机器人的中央处理装置7调节四组电磁铁和调节弹簧的伸缩高度，维持载货平台的平衡，调节平衡后再起步运行；其中，所述的载物平台实时快速运动加速度调节包括以下步骤：T1、根据装载情况，确定物流机器人尺寸，并作为原始数据参数输入中央处理装置7；T2、依据惯性测量单元8测量信息，由中央处理装置7判断物流机器人的直行、转弯、旋转在内的运动状态；T3、中央处理装置7准确计算直行、自转和转弯状态下不发生货物失稳的临界倾覆加速度值和临界滑移加速度值，在此货物装载情况下，直行时临界滑移加速度值为a1，直行时临界倾覆加速度值为a2；自转时临界滑移加速度值为ω1，自转时临界倾倒加速度值为ω2，转弯时临界滑移加速度值为ω3，转弯时临界倾倒加速度值为ω4；T4、依据货物装载参数信息，判断货物临界倾覆加速度与货物临界滑移加速度的大小，中央处理装置7选取最小的加速度值作为运动平衡的货物临界加速度，以保证货物运输的安全性；T5、继续回到步骤T2，继续判断物流机器人的运动状态与各状态下货物失稳货物临界条件，直至物流机器人到达目的地运行停止。进一步地，所述的直行时货物临界滑移加速度值a1的计算式为：a1＝μg，式中，μ为货物与载货平台摩擦系数，g为重力加速度；所述的直行时货物临界倾覆加速度值a2的计算式为：a2＝g(l1-a0)/h，式中，a0为重心偏离载货平台的长度距离，h为货物重心距载货平台高度，l1为货物宽度；所述的自转时临界滑移加速度值ω1计算式为：ω1＝(μg)1/2/((l1-a0)2+(w1-b0)2)1/4，式中，a0为货物重心偏离载货平台在长度方向的距离，h为货物重心距载货平台高度，b0货物重心偏离载货平台在宽度方向的距离；w1为货物长度；所述的自转时临界倾倒加速度值ω2计算式为：所述的转弯时临界滑移加速度值ω3计算式为：式中，OO2为载物平台中心到旋转中心的距离；所述的转弯时临界倾倒加速度值ω4计算式为：本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术依据倾角传感器角度信息，运用电磁铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，所述的物流机器人包括车载装置和固定在车载装置上的数据采集装置、中央处理装置和调节平衡装置，/n所述的车载装置包括载物平台(2)、车架(4)、两个驱动轮和两个万向轮，所述的载物平台(2)固定于车架(4)上方，两个驱动轮和两个万向轮分别通过调节平衡装置固定于车架底部；所述的数据采集装置包括不少于4个压力传感器(3)和一个惯性测量单元(8)，每个压力传感器(3)均置于载物平台(2)和车架(4)之间，采用螺钉连接固定，用于检测载物平台(2)压力载荷变化；所述的惯性测量单元(8)安装在车架(4)上部的正中央，采用螺栓连接固定，用于检测车架(4)的倾斜情况；/n所述的中央处理装置(7)包括电源和集成控制电路，集成控制电路上的输入端与数据采集装置电连接，输出端分别与调节平衡装置和电机电连接，实现信号的传递；/n所述的调节平衡装置包括套筒(5)、调节弹簧(6)、电磁铁(9)和升降活塞轮杆(10)，其中，所述的套筒(5)与车架(4)采用螺栓连接固连；所述的升降活塞轮杆(10)上端活塞与套筒(5)间隙配合，可上下滑动；所述的升降活塞轮杆(10)下端与相应的驱动轮或万向轮采用螺纹连接；所述的电磁铁(9)包括套筒电磁铁和活塞电磁铁，分别采用嵌合、铆合的方式分别安装于套筒(5)与升降活塞轮杆(10)上端活塞；所述的调节弹簧(6)采用焊接的方式一端与套筒电磁铁固定，另一端与活塞电磁铁固定；/n所述的中央处理装置(7)采集压力传感器(3)的实时压力信息和惯性测量单元(8)的实时平台倾角信息，然后调节电磁铁(9)的磁场方向与大小，使套筒电磁铁与活塞电磁铁间产生吸引力或排斥力，进而调节升降活塞轮杆(10)的升降，实现平台倾角的调整，从而实现载物平衡。/n...

【技术特征摘要】
1.一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，所述的物流机器人包括车载装置和固定在车载装置上的数据采集装置、中央处理装置和调节平衡装置，
所述的车载装置包括载物平台(2)、车架(4)、两个驱动轮和两个万向轮，所述的载物平台(2)固定于车架(4)上方，两个驱动轮和两个万向轮分别通过调节平衡装置固定于车架底部；所述的数据采集装置包括不少于4个压力传感器(3)和一个惯性测量单元(8)，每个压力传感器(3)均置于载物平台(2)和车架(4)之间，采用螺钉连接固定，用于检测载物平台(2)压力载荷变化；所述的惯性测量单元(8)安装在车架(4)上部的正中央，采用螺栓连接固定，用于检测车架(4)的倾斜情况；
所述的中央处理装置(7)包括电源和集成控制电路，集成控制电路上的输入端与数据采集装置电连接，输出端分别与调节平衡装置和电机电连接，实现信号的传递；
所述的调节平衡装置包括套筒(5)、调节弹簧(6)、电磁铁(9)和升降活塞轮杆(10)，其中，所述的套筒(5)与车架(4)采用螺栓连接固连；所述的升降活塞轮杆(10)上端活塞与套筒(5)间隙配合，可上下滑动；所述的升降活塞轮杆(10)下端与相应的驱动轮或万向轮采用螺纹连接；所述的电磁铁(9)包括套筒电磁铁和活塞电磁铁，分别采用嵌合、铆合的方式分别安装于套筒(5)与升降活塞轮杆(10)上端活塞；所述的调节弹簧(6)采用焊接的方式一端与套筒电磁铁固定，另一端与活塞电磁铁固定；
所述的中央处理装置(7)采集压力传感器(3)的实时压力信息和惯性测量单元(8)的实时平台倾角信息，然后调节电磁铁(9)的磁场方向与大小，使套筒电磁铁与活塞电磁铁间产生吸引力或排斥力，进而调节升降活塞轮杆(10)的升降，实现平台倾角的调整，从而实现载物平衡。


2.根据权利要求1所述的一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，所述的载物平台(2)和车架(4)都是矩形的承载板，两个驱动轮和两个万向轮固定于车架底部的四个顶角。


3.根据权利要求1所述的一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，每个驱动轮包括驱动轮架(11)、轮子(12)和电机(13)，所述的电机(13)通过螺钉紧固于驱动轮架(11)上，与轮子(12)相连，用于驱动轮子(12)转动。


4.根据权利要求2所述的一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，所述的压力传感器(3)的数量为4个，每个压力传感器(3)均置于载物平台(2)和车架(4)之间。


5.根据权利要求1所述的一种快速响应平衡的物流机器人，其特征在于，所述的升降活塞轮杆(10)上端活塞与套筒(5)间隙配合，所述的升降活塞轮杆(10)下端与驱动轮架(11)采用螺纹连接，可上下滑动调节轮子(12)的高度。


6.一种快速响应平衡的物流机器人的调控方法，其特征在于，所述的调控方法包括载物平台实时快速水平调节和运动加速度调节，
其中，所述的载物平台实时快速水平调节包括以下步骤：
S1、物流机器人的中央处理装置(7)根据惯性测量单元(8)检测平台倾角，并依据压力传感器(3)的压力数据，在物流机器人载货上坡时，调节车架(4)前端两个电磁铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：全燕鸣，马磊，何一明，全思博，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44