[發明專利]基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀平臺及方法

有效

• 申請號: 201910259110.2
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109808792B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 魏世民;朱贛閩;王穎麗;劉博;申權;張英坤;楊政;李炳奇;喻洋;陳冠男
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B62D61/10
• 分類號: B62D61/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀平臺，包括若干個按照實際需求分布的模塊運輸單元(1)，其特征在于：所述模塊運輸單元(1)包括球形機器人組件以及球殼支撐組件，所述球形機器人組件包括球殼(3)以及設于球殼(3)內部的陀螺驅動單元，所述陀螺驅動單元包括方形支架(6)以及設于方形支架(6)內部的陀螺轉子機構和全向輪驅動單元，所述陀螺轉子機構包括球形陀螺支架(7)和設于球形陀螺支架(7)內部的陀螺轉子(9)，所述陀螺轉子(9)由自帶有增量式編碼器的陀螺電機(8)驅動并進行高速旋轉；所述全向輪驅動單元包括圍繞球形陀螺支架(7)布置并驅動球形陀螺支架(7)萬向轉動的六個全向輪驅動組件，各全向輪驅動組件包括由全向輪電機(12)驅動的單排全向輪(13)以及檢測單排全向輪(13)轉動角度的絕對式編碼器(15)，所述全向輪電機(12)與絕對式編碼器(15)同軸安裝在全向輪架(14)上，兩兩相對的單排全向輪(13)為一組，三組單排全向輪(13)分別處于正交于球形陀螺支架(7)中心的三個相互垂直的平面上，所述球殼支撐組件由柱狀支架(2)、鋼珠(16)以及安裝在柱狀支架(2)上的弧形保持架(5)、弧形支架(4)所組成，所述鋼珠(16)圓周均勻分布于弧形保持架(5)的圓孔(21)中并分別與弧形支架(4)內壁以及球殼(3)外壁保持純滾動接觸。

2.根據權利要求1所述的基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀平臺，其特征在于：所述模塊運輸單元(1)的數目及分布方式根據不同的應用需求而定。

3.根據權利要求1所述的基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀平臺，其特征在于：所述模塊運輸單元(1)通過柱狀支架(2)的底部邊緣(2-1)依次緊密排列，所述底部邊緣(2-1)滿足實際需求的任意形狀。

4.基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀方法，其特征在于采用了如權利要求1～3中任意一項所述的基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀平臺，其方法步驟為：

①、針對不同的應用場景確定各模塊運輸單元(1)的數目及分布方式；

②、針對不同類別的貨物分別對其規劃不同的軌跡；當運輸質量大、體積大的貨物時，為了充分發揮其慣性力作用，對該類別貨物規劃直線運動軌跡；當運輸質量小、體積小的貨物時，為了節約運輸時間，發揮其轉向靈活迅速的特點，對該類別貨物規劃圓弧形運動軌跡；

③、當貨物到達球殼(3)上方時，按照事先對不同類別貨物規劃的軌跡驅動各陀螺轉子(9)、各單排全向輪(13)轉動，基于陀螺轉子(9)的進動效應來帶動各球殼(3)運動，貨物相對于各球殼(3)進行摩擦傳動，最終通過各模塊運輸單元(1)的協同工作，快速實現貨物的分揀。

5.根據權利要求4所述的基于陀螺進動效應的模塊化物流分揀方法，其特征在于所述的球形機器人組件，其運動方案為：

①、初始時刻，通過安裝在全向輪架(14)上的絕對式編碼器(15)檢測出對應單排全向輪(13)的位置；

②、當驅動設于方形支架(6)內部的全向輪驅動單元運動時，通過安裝在全向輪架(14)上的絕對式編碼器(15)檢測出對應單排全向輪(13)的轉角，由于單排全向輪(13)與球形陀螺支架(7)之間的運動為純滾動，進而求出球形陀螺支架(7)的姿態矩陣；

③、基于陀螺力矩的計算方法以及球形陀螺支架(7)的姿態矩陣，通過事先設計的軌跡控制器計算出各單排全向輪(13)驅動力矩和陀螺轉子(9)驅動力矩，球形機器人組件的六個單排全向輪(13)及陀螺轉子(9)將按照控制器計算出的力矩進行驅動；

④、基于陀螺的進動效應，當陀螺轉子(9)受到兩個不同方向的力矩時，陀螺轉子(9)會產生作用在球形陀螺支架(7)上的陀螺力矩；由于球形陀螺支架(7)與單排全向輪(13)之間存在滾動約束，同時單排全向輪(13)安裝在全向輪架(14)上，全向輪架(14)安裝在方形支架(6)上，方形支架(6)安裝在球殼(3)上，經過一系列力的相互作用，陀螺轉子(9)會產生實現球殼(3)自轉以及全方位運動的陀螺力矩。