[發明專利]基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人及其運行方式

有效

• 申請號: 201811338040.1
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109263756B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 楊鵬;王拓;孫昊;韓雪晶;孫建軍
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B62D63/02
• 分類號: B62D63/02;B62D63/04;G05D1/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人，其特征在于：由車架、輪組和電子控制系統構成，其中，車架包括車架本體和四個萬向從動輪，輪組包括D型軸、四齒耙形支架和兩個直流無刷輪轂電機，電子控制系統包括控制核心模塊、電磁離合器、角度傳感器、直流無刷電機控制器和電池組，其中控制核心模塊上集成有控制芯片、電子羅盤和繼電器；上述部件的連接方式是：車架部分的車架本體設置為上、中、下三層，車架本體的上層和中層的架體中間各設置有一個軸承座，四個萬向從動輪作為左右前輪和左右后輪分別固定安置在車架本體下層下面的四角，輪組部分的上部為D型軸，下部為四齒耙形支架，輪組的上部的D型軸部分穿過車架本體的上層和中層的軸承座安裝在車架本體上，兩個直流無刷輪轂電機分別固定安置在D型軸的下部的四齒耙形支架的兩邊的耙齒中，輪組能夠相對于車架本體做自由旋轉，控制核心模塊安置在車架本體的中層，電磁離合器中的外部定子固定安裝在車架本體的架體中層設置的一個軸承座的上方處，角度傳感器中的外部定子固定安裝在車架本體的架體上層設置的一個軸承座的上方處，電磁離合器通過自身上的D型缺口固定在D型軸中部，同時使電磁離合器的轉子與定子的工作部接觸，角度傳感器中的內部轉子固定安裝在輪組的上部的D型軸頂部，電磁離合器中的轉子和角度傳感器中的內部轉子均能夠隨D型軸自由旋轉，直流無刷電機控制器安置在輪組四齒耙形支架的中間的耙齒中，電池組安置在車架本體的控制核心模塊旁邊，電子控制系統中的控制核心模塊、電磁離合器、角度傳感器、直流無刷電機控制器與電池組之間通過控制電路連接，直流無刷電機控制器與直流無刷輪轂電機通過導線連接。

2.根據權利要求1所述基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人，其特征在于：所述控制核心模塊中選用的控制芯片為意法半導體公司推出的STM32F407ZET6單片機。

3.根據權利要求1所述基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人，其特征在于：所述控制核心模塊中選用的電子羅盤的型號為霍尼韋爾HMC5883L。

4.根據權利要求1所述基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人，其特征在于：所述電磁離合器為24V電磁離合器，為磁粉式電磁離合器。

5.根據權利要求1所述基于兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人的運行方式，其特征在于其程序流程如下：

兩個輪轂電機的全向輪式AGV機器人中的控制核心模塊通過上位機指令和系統初始化，進入選擇運行模式如下：

全向平移模式：斷開電磁離合器供電，輪組中的D型軸與車架本體分離，此時控制芯片讀取角度傳感器電壓，判斷輪組與車身相對角度，之后通過雙輪同速反向轉動控制輪組相對于車身角度，達到控制目標后接通電磁離合器供電，輪組D型軸與車架接合，讀取電子羅盤讀數，記為A，此時為傳統輪式AGV結構，輪組帶動車身前進、后退、左轉、右轉或原地轉向，運行時AGV機器人航向由車載的電子羅盤測得，控制核心模塊每10ms讀取一次電子羅盤傳感器讀數，并與A比較，通過PI算法控制兩個直流無刷輪轂電機轉速對車輛航向進行一次修正，輪組帶動車身前進、后退、左轉、右轉、原地轉向或全向平移；

正常運行模式：接通電磁離合器供電，輪組中的D型軸與車架本體接合，讀取電子羅盤讀數，記為A，運行時AGV機器人航向由車載的電子羅盤測得，控制核心模塊每10ms讀取一次電子羅盤讀數，并與A比較，通過PI算法控制兩個直流無刷輪轂電機轉速對車輛航向進行一次修正，輪組帶動車身前進、后退、左轉、右轉、原地轉向或全向平移；

當電磁離合器鎖定D型軸時，左中輪正轉右中輪反轉且二輪轉速相同,平臺原地轉向；當電磁離合器鎖定D型軸時，左中輪正轉右中輪正轉且二輪轉速相同,平臺正向向前運動；當電磁離合器鎖定D型軸時，左中輪正轉右中輪反轉且二輪轉速不同,平臺會向左或向右轉向；當電磁離合器解鎖D型軸時，左中輪正轉右中輪反轉且二輪轉速相同,輪組原地轉向，車架本體保持靜止，即改變輪組相對于車架本體的位置；當角度傳感器角度達到要求后鎖定D型軸，同時左右中輪同向同速轉動，從而實現任意方向的平移；當不滿足上述幾種控制方式時,AGV機器人移動平臺通過輪組產生的其他方向的合力和扭矩,使AGV機器人平臺能夠實現沿其他方向運動或轉彎運動。