CN107487739B - 一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于该小车结构包括四轮驱动系统、直流减速电机升降动力机构、升降机构、Mecanum轮、直流电源和底板，所述底板下表面通过四轮驱动系统对称安装四个Mecanum轮，在底板上表面沿小车结构的前后运动方向平行对称布置两个升降机构，两个升降机构之间安装直流减速电机升降动力机构；所述直流电源固定安装在两个升降机构之间的底板一侧，直流电源为整个小车结构供电；所述直流减速电机升降动力机构包括两个滚子链条、直流减速电机安装支架、直流减速电机和双排链轮；所述直流减速电机通过直流减速电机安装支架固定在底板的中轴线上，且直流减速电机的输出轴方向与两个升降机构平行。

Description

一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构

技术领域

本发明涉及AGV小车技术领域，具体为一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构。

背景技术

随着科学技术水平的不断提高，对自动化的要求越来越高，无人化工厂正在从构想走向现实。从仓储物流到自动化生产线再到服务行业，AGV扮演着越来越重要的角色。而Mecanum轮以其优越的结构和控制特性得到了广泛的重视。

基于Mecanum轮的四轮移动平台具有全向移动特性，不需要独立的转向驱动机构即可实现平面内任意方向的运动，配合伺服电机驱动可以达到较高的精度。非常适合回转空间有限，作业通道有局限性的工作环境。

在自动化生产线或者仓储物流等行业，通过机器人分拣码垛完成的货架往往需要整体搬运。传统方式是以叉车或者天车搬运，目前也出现了一些普通的轮式自导航搬运叉车，但是这些搬运方式都需要较大的工作空间。也有一些具有顶升机构的AGV，大多采用螺旋千斤顶结构，如公布号为CN105883322A的中国专利公开了一种AGV升举机构，这种结构对电机的要求比较高，且顶升力作用到点，使得结构的刚性和防倾翻能力差，要使其达到足够的刚性和防倾翻能力需要加其他结构补偿。又如公告号为CN205930988U的专利公开的一种带升降梳齿的全方位移动搬运小车中所述的升降支撑架由6个电动推杆组成，这种结构由于每一个电动推杆都有自己的驱动电机，很难满足所有推杆运动的一致，升降的平稳性不好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构。该小车结构可以在平面内以任意姿态实现全向移动，具有更加可靠的升降系统，该升降系统具有更好的力学性能和更好的结构刚度，增加了升降的稳定性。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于该小车结构包括四轮驱动系统、直流减速电机升降动力机构、升降机构、Mecanum轮、直流电源和底板，

所述底板下表面通过四轮驱动系统对称安装四个Mecanum轮，在底板上表面沿小车结构的前后运动方向平行对称布置两个升降机构，两个升降机构之间安装直流减速电机升降动力机构；所述直流电源固定安装在两个升降机构之间的底板一侧，直流电源为整个小车结构供电；

所述直流减速电机升降动力机构包括两个滚子链条、直流减速电机安装支架、直流减速电机和双排链轮；所述直流减速电机通过直流减速电机安装支架固定在底板的中轴线上，且直流减速电机的输出轴方向与两个升降机构平行；所述直流减速电机的输出端连接双排链轮，两个滚子链条的一端按照前后顺序固定在双排链轮上；

每个升降机构均包括托架、轴承端盖、轴承座、左旋梯形丝杠、右旋梯形丝杠、单排链轮、方铜螺母上回转轴、连杆、托架下回转轴、托架安装块、方铜螺母上回转轴支架、方铜螺母、导轨、滑块、方铜螺母滑块连接块和平键；

左旋梯形丝杠和右旋梯形丝杠为两个导程相同、螺纹旋向不同的梯形丝杠，两个梯形丝杠的两端均通过轴承端盖、轴承座配合圆锥滚子轴承固定安装在底板上；两个梯形丝杠相互靠近的一端上均开有规格相同的键槽，通过键槽、平键和带有顶丝孔的单排链轮将两根梯形丝杠连为一体；所述单排链轮与相邻侧的滚子链条另一端连接；每个梯形丝杠正下方的底板上固定有导轨，每个梯形丝杠上均安装有方铜螺母，方铜螺母的底部通过方铜螺母滑块连接块与导轨上的滑块固定连接；方铜螺母的上部固定连接方铜螺母上回转轴支架，方铜螺母上回转轴支架与连杆之间通过方铜螺母上回转轴连接；方铜螺母上回转轴上开有卡簧槽，通过卡簧将方铜螺母上回转轴与连杆固定；所述连杆另一端通过托架下回转轴与托架安装块连接，方铜螺母上回转轴和托架下回转轴上均加装有铜套；托架下回转轴的端面直接卡在托架的内表面；所述托架的两端对称开有长条孔，相应位置的长条孔与相应位置的托架安装块通过螺栓连接；上述的升降机构、直流减速电机升降动力机构构成升降系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明突出的实质性特点是：本发明的升降系统主要依据曲柄滑块和螺旋千斤顶的工作原理，由不同旋向(左旋、右旋)的梯形丝杠及方铜螺母以丝杠螺母形式进行力传导。每个升降机构中的两个梯形丝杠在相互靠近的一端开键槽，使用有轮毂带顶丝孔的链轮与键加顶丝将两个梯形丝杠连为一体，链传动的主动链轮为双排链轮，同时驱动两个丝杠螺母，保证其一致性，且保证螺母同时相向或者背向运动。四个丝杠螺母将负载力均分为四份，相比较螺旋千斤顶式一点支撑具有更好的力学性能。如此，梯形丝杠将同时承受一个轴向力和一个径向力，轴向力可以用圆锥滚子轴承加轴承座抵消；径向力通过方铜螺母滑块连接块传递至滑块及导轨，再作用于底板上，使导轨滑块起到抵消梯形丝杠径向承力作用。梯形丝杆带动方铜螺母作直线运动，方铜螺母通过方铜螺母滑块连接块与回转轴带动连杆绕轴摆动，两根连杆同时摆动使连接在连杆另一端的托架做竖直方向的升降。

本发明的显著进步是：

本发明中升降系统包括两个相同的升降机构，在底板两侧对称布置，相比较螺旋千斤顶式的一点支撑升降结构具有更高的刚性和稳定性，提高了防倾覆能力；同时升降力的作用点有四点，将承载力均分为四份，相比较一点支撑更加省力；共用一个驱动电机，通过巧妙的链传动设计，同时带动四根梯形丝杆，保证其一致性，使升降更加平稳有效；通过导轨滑块进行径向力补偿，通过使用导轨滑块实现对梯形丝杠上方铜螺母的随动支撑，使作用于丝杠的径向力经由支撑结构和导轨滑块传递至车体底板。

本发明通过整体布局安排，使小车结构更加小型化，能更好地适应空间有限的工作环境和潜入式的要求。

附图说明

图1为本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构一种实施例的立体结构示意图；

图2为本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构的仰视结构示意图；

图3为本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构的俯视结构示意图；

图4为本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构一种实施例的升降机构的升起时的立体结构示意图；

图5为本发明的方铜螺母两端连接结构示意图；

图6为本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构一种实施例的连接法兰35的立体结构示意图；

图7为图6的连接法兰35反面的结构示意图；

图8为本发明中所述的升降系统的未升起时的状态图；

图中：1-直流电源，2-底板，3-四轮驱动系统、4-直流减速电机升降动力机构、5-升降机构、6-Mecanum轮，31-伺服电机驱动器、32-伺服电机减速器支架、33-直流伺服电机、34-法兰输出直角减速器、35-连接法兰，41-滚子链条、42-直流减速电机安装支架、43-直流减速电机、44-双排链轮，501-托架、502-轴承端盖、503-轴承座、504-左旋梯形丝杠、505-右旋梯形丝杠、506-单排链轮、507-方铜螺母上回转轴、508-连杆、509-托架下回转轴、510-托架安装块、511-方铜螺母上回转轴支架、512-方铜螺母、513-导轨、514-滑块、515-方铜螺母滑块连接块、516-平键，351-轮凸台、352-减速器凸台、353-连接法兰沉头孔、354-连接法兰定位孔、355-连接法兰螺纹孔。

具体实施方式

下面结合实例及附图进一步叙述本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构(简称小车结构，参见图1)包括四轮驱动系统3、直流减速电机升降动力机构4、升降机构5、Mecanum轮6、直流电源1和底板2，

所述底板2下表面通过四轮驱动系统3对称安装四个Mecanum轮6，在底板2上表面沿小车结构的前后运动方向平行对称布置两个升降机构5，两个升降机构5之间安装直流减速电机升降动力机构4；所述直流电源1固定安装在两个升降机构5之间的底板2一侧，直流电源1为整个小车结构供电；

所述直流减速电机升降动力机构4包括两个滚子链条41、直流减速电机安装支架42、直流减速电机43和双排链轮44；所述直流减速电机43通过直流减速电机安装支架42固定在底板2的中轴线上，且直流减速电机43的输出轴方向与两个升降机构5平行；所述直流减速电机安装支架42上开有长条孔，通过螺栓穿过长条孔将直流减速电机安装支架42与底板2固定，便于直流减速电机43前后微调；所述直流减速电机43的输出端连接双排链轮44，两个滚子链条41的一端按照前后顺序固定在双排链轮44上；

每个升降机构5均包括托架501、轴承端盖502、轴承座503、左旋梯形丝杠504、右旋梯形丝杠505、单排链轮506、方铜螺母上回转轴507、连杆508、托架下回转轴509、托架安装块510、方铜螺母上回转轴支架511、方铜螺母512、导轨513、滑块514、方铜螺母滑块连接块515和平键516；

左旋梯形丝杠504和右旋梯形丝杠505为两个导程相同、螺纹旋向不同的梯形丝杠，两个梯形丝杠的两端均通过轴承端盖502、轴承座503配合圆锥滚子轴承固定安装在底板2上，采用圆锥滚子轴承以抵抗梯形丝杠上的轴向力；两个梯形丝杠相互靠近的一端上均开有规格相同的键槽，通过键槽、平键516和带有顶丝孔的单排链轮506将两根梯形丝杠连为一体，使其能够同时转动；所述单排链轮506与相邻侧的滚子链条41另一端连接；每个梯形丝杠正下方的底板2上固定有导轨513，每个梯形丝杠上均安装有方铜螺母512，方铜螺母512的底部通过方铜螺母滑块连接块515与导轨513上的滑块514固定连接；方铜螺母512的上部固定连接方铜螺母上回转轴支架511，方铜螺母上回转轴支架511与连杆508之间通过方铜螺母上回转轴507连接；方铜螺母上回转轴507上开有卡簧槽，通过卡簧将方铜螺母上回转轴507与连杆508固定，防止方铜螺母上回转轴507脱落，且方铜螺母上回转轴支架511与方铜螺母上回转轴507连接处加装铜套，增加润滑性和耐磨性；所述连杆508另一端通过托架下回转轴509与托架安装块510连接，连杆508、托架下回转轴509与托架安装块510三者连接处加装铜套，以增加润滑性和耐磨性；托架下回转轴509的端面直接卡在托架501的内表面，使托架下回转轴509不会脱落；所述托架501的两端对称开有长条孔，相应位置的长条孔与相应位置的托架安装块510通过螺栓连接，托架501在两个长条孔的长度范围内进行整体调整至水平；所述导轨滑块起到力补偿的作用，用以抵消梯形丝杠上的径向力，导轨513通过螺栓安装于底板2的上表面与丝杠相对应的位置，滑块514安装于导轨513上，且能沿着导轨513滑动；上述的升降机构5、直流减速电机升降动力机构4构成升降系统。

所述四轮驱动系统3包括结构相同的四部分，四部分以底板2中心轴线对称分布，每一部分均包括伺服电机驱动器31、伺服电机减速器支架32、直流伺服电机33、法兰输出直角减速器34和连接法兰35；所述伺服电机驱动器31固定安装在双排链轮44和直流电源1之间的底板2上表面，所述直流伺服电机33固定安装在底板2的下表面，伺服电机驱动器31与直流伺服电机33电连接，直流伺服电机33的输出端与法兰输出直角减速器34一端连接，法兰输出直角减速器34的另一端通过连接法兰35与一个Mecanum轮6连接；所述法兰输出直角减速器34靠近Mecanum轮6一侧通过伺服电机减速器支架32固定在底板2下表面；伺服电机减速器支架32上开有螺纹孔，在底板2相对应的位置开沉头孔，二者采用内六角螺栓连接；底板2开沉头孔，可以使其上表面安置其他零部件不受影响；采用的法兰输出直角减速器34配合连接法兰35可以缩小体积；

所述连接法兰35一侧设有与Mecanum轮6中心孔相配合的轮凸台351，另一侧设有与法兰输出直角减速器34的安装法兰中心孔相配合的减速器凸台352，两个凸台用以提高安装精度，以使小车达到更高的控制精度。连接法兰35在与法兰输出直角减速器34安装孔相对应的圆周上开有连接法兰定位孔354和连接法兰沉头孔353，连接法兰定位孔用以定位，连接法兰沉头孔用以使法兰输出直角减速器34通过六角螺栓与连接法兰35连接；连接法兰35在与Mecanum轮6的安装孔相对应的圆周上开有连接法兰螺纹孔355，以便Mecanum轮6安装于连接法兰35上。

本发明小车结构可以潜入货架下侧由升降系统顶起货架，再按规定的路线进行自动搬运。所述直流电源1为24V直流电源，为小车结构中的电气设备整体供电。

本发明小车结构的工作原理及过程是：

四轮驱动系统3通过伺服电机驱动器31控制直流伺服电机33输出转速来控制Mecanum轮6的转速大小及方向，通过四轮转速配合实现对AGV小车结构的姿态和行进形式的控制，达到控制小车结构姿态和速度的目的。通过合理选择直流伺服电机33和法兰输出直角减速器34及其布置方式，使小车底盘体积最小，满足小型化要求。

升降系统由直流减速电机43提供驱动力，其输出端安装一个双排链轮44，通过滚子链条41拖动左右两个单排链轮506。一个直流减速电机同时拖动左右两个升降机构，可以保证其升降的一致性。当直流减速电机43通过链传动拖动单排链轮506转动时，左旋梯形丝杠504和右旋梯形丝杠505同时运动，由于两个梯形丝杠旋向不同，两个梯形丝杠上的方铜螺母512的运动方不同。升降系统的初始状态如图8所示，当直流减速电机43拖动梯形丝杠使托架501上升时，左旋梯形丝杠504上的方铜螺母512将会向左运动，同时右旋梯形丝杠505上的方铜螺母512将会向右运动。方铜螺母512通过安装于其上的方铜螺母上回转轴支架511带动相应的连杆508绕方铜螺母上回转轴507摆动；而连杆508的另一端通过托架下回转轴509安装于托架安装块510，托架安装块510固定于托架501上。在图8所示状态的左右方向上托架501的受力被抵消，所以托架501不会在左右方向上运动，其所受的合力方向向上，因此托架501将会向上运动。相对应的如果直流减速电机43反向转动，托架501就可以向下运动，如此便实现了升降。两个升降机构四点出力，相互平行对称的两侧同时运动，使升降更加平稳有效。考虑到梯形丝杠不宜承受径向力，通过导轨和滑块对其进行力补偿，将作用于梯形丝杠的径向力传递至车体，即在方铜螺母512下加一个可以跟随其运动的支撑。通过方铜螺母滑块连接块515的连接，作用于梯形丝杠的轴向力经由滑块514和导轨513作用于底板2，并且该结构可以跟随方铜螺母512移动。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于该小车结构包括四轮驱动系统、直流减速电机升降动力机构、升降机构、Mecanum轮、直流电源和底板，

所述底板下表面通过四轮驱动系统对称安装四个Mecanum轮，在底板上表面沿小车结构的前后运动方向平行对称布置两个升降机构，两个升降机构之间安装直流减速电机升降动力机构；所述直流电源固定安装在两个升降机构之间的底板一侧，直流电源为整个小车结构供电；

所述直流减速电机升降动力机构包括两个滚子链条、直流减速电机安装支架、直流减速电机和双排链轮；所述直流减速电机通过直流减速电机安装支架固定在底板的中轴线上，且直流减速电机的输出轴方向与两个升降机构平行；所述直流减速电机的输出端连接双排链轮，两个滚子链条的一端按照前后顺序固定在双排链轮上；

每个升降机构均包括托架、轴承端盖、轴承座、左旋梯形丝杠、右旋梯形丝杠、单排链轮、方铜螺母上回转轴、连杆、托架下回转轴、托架安装块、方铜螺母上回转轴支架、方铜螺母、导轨、滑块、方铜螺母滑块连接块和平键；

左旋梯形丝杠和右旋梯形丝杠为两个导程相同、螺纹旋向不同的梯形丝杠，两个梯形丝杠的两端均通过轴承端盖、轴承座配合圆锥滚子轴承固定安装在底板上；两个梯形丝杠相互靠近的一端上均开有规格相同的键槽，通过键槽、平键和有轮毂带顶丝孔的单排链轮将两根梯形丝杠连为一体；所述单排链轮与相邻侧的滚子链条另一端连接；每个梯形丝杠正下方的底板上固定有导轨，每个梯形丝杠上均安装有方铜螺母，方铜螺母的底部通过方铜螺母滑块连接块与导轨上的滑块固定连接；方铜螺母的上部固定连接方铜螺母上回转轴支架，方铜螺母上回转轴支架与连杆之间通过方铜螺母上回转轴连接；方铜螺母上回转轴上开有卡簧槽，通过卡簧将方铜螺母上回转轴与连杆固定；所述连杆另一端通过托架下回转轴与托架安装块连接，方铜螺母上回转轴和托架下回转轴上均加装有铜套；托架下回转轴的端面直接卡在托架的内表面；所述托架的两端对称开有长条孔，相应位置的长条孔与相应位置的托架安装块通过螺栓连接；所述的升降机构、直流减速电机升降动力机构构成升降系统。

2.根据权利要求1所述的基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于所述四轮驱动系统包括结构相同的四部分，四部分以底板中心轴线对称分布，每一部分均包括伺服电机驱动器、伺服电机减速器支架、直流伺服电机、法兰输出直角减速器和连接法兰；所述伺服电机驱动器固定安装在双排链轮和直流电源之间的底板上表面，所述直流伺服电机固定安装在底板的下表面，伺服电机驱动器与直流伺服电机电连接，直流伺服电机的输出端与法兰输出直角减速器一端连接，法兰输出直角减速器的另一端通过连接法兰与一个Mecanum轮连接；所述法兰输出直角减速器靠近Mecanum轮一侧通过伺服电机减速器支架固定在底板下表面。

3.根据权利要求2所述的基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于所述连接法兰一侧设有与Mecanum轮中心孔相配合的轮凸台，另一侧设有与法兰输出直角减速器的安装法兰中心孔相配合的减速器凸台，连接法兰在与法兰输出直角减速器的安装孔相对应的圆周上开有连接法兰定位孔和连接法兰沉头孔，通过六角螺栓穿入连接法兰沉头孔将法兰输出直角减速器与连接法兰连接；连接法兰在与Mecanum轮的安装孔相对应的圆周上开有连接法兰螺纹孔，将Mecanum轮安装于连接法兰上。

4.根据权利要求1所述的基于Mecanum轮的具有升降系统的AGV小车结构，其特征在于所述直流减速电机安装支架上开有长条孔，通过螺栓穿过长条孔将直流减速电机安装支架与底板固定。