[發(fā)明專(zhuān)利]一種快速響應(yīng)平衡的物流機(jī)器人及其調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010004733.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111085446B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 全燕鳴;馬磊;何一明;全思博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B07C3/02
• 分類(lèi)號(hào): B07C3/02;B60K7/00;B62D61/12
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔣劍明

1.一種快速響應(yīng)平衡的物流機(jī)器人的調(diào)控方法，其特征在于，所述的物流機(jī)器人包括車(chē)載裝置和固定在車(chē)載裝置上的數(shù)據(jù)采集裝置、中央處理裝置和調(diào)節(jié)平衡裝置，

所述的車(chē)載裝置包括載物平臺(tái)(2)、車(chē)架(4)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向輪，所述的載物平臺(tái)(2)固定于車(chē)架(4)上方，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向輪分別通過(guò)調(diào)節(jié)平衡裝置固定于車(chē)架底部；所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括不少于4個(gè)壓力傳感器(3)和一個(gè)慣性測(cè)量單元(8)，每個(gè)壓力傳感器(3)均置于載物平臺(tái)(2)和車(chē)架(4)之間，采用螺釘連接固定，用于檢測(cè)載物平臺(tái)(2)壓力載荷變化；所述的慣性測(cè)量單元(8)安裝在車(chē)架(4)上部的正中央，采用螺栓連接固定，用于檢測(cè)車(chē)架(4)的傾斜情況；

所述的中央處理裝置(7)包括電源和集成控制電路，集成控制電路上的輸入端與數(shù)據(jù)采集裝置電連接，輸出端分別與調(diào)節(jié)平衡裝置和電機(jī)電連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞；

所述的調(diào)節(jié)平衡裝置包括套筒(5)、調(diào)節(jié)彈簧(6)、電磁鐵(9)和升降活塞輪桿(10)，其中，所述的套筒(5)與車(chē)架(4)采用螺栓連接固連；所述的升降活塞輪桿(10)上端活塞與套筒(5)間隙配合，可上下滑動(dòng)；所述的升降活塞輪桿(10)下端與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪或萬(wàn)向輪采用螺紋連接；所述的電磁鐵(9)包括套筒電磁鐵和活塞電磁鐵，分別采用嵌合、鉚合的方式分別安裝于套筒(5)與升降活塞輪桿(10)上端活塞；所述的調(diào)節(jié)彈簧(6)采用焊接的方式一端與套筒電磁鐵固定，另一端與活塞電磁鐵固定；

所述的中央處理裝置(7)采集壓力傳感器(3)的實(shí)時(shí)壓力信息和慣性測(cè)量單元(8)的實(shí)時(shí)平臺(tái)傾角信息，然后調(diào)節(jié)電磁鐵(9)的磁場(chǎng)方向與大小，使套筒電磁鐵與活塞電磁鐵間產(chǎn)生吸引力或排斥力，進(jìn)而調(diào)節(jié)升降活塞輪桿(10)的升降，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)傾角的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)載物平衡；

所述的調(diào)控方法包括載物平臺(tái)實(shí)時(shí)快速水平調(diào)節(jié)和運(yùn)動(dòng)加速度調(diào)節(jié)，

其中，所述的載物平臺(tái)實(shí)時(shí)快速水平調(diào)節(jié)包括以下步驟：

S1、物流機(jī)器人的中央處理裝置(7)根據(jù)慣性測(cè)量單元(8)檢測(cè)平臺(tái)傾角，并依據(jù)壓力傳感器(3)的壓力數(shù)據(jù)，在物流機(jī)器人載貨上坡時(shí)，調(diào)節(jié)車(chē)架(4)前端兩個(gè)電磁鐵(9)磁力，使載物平臺(tái)(2)前端降低，同時(shí)調(diào)節(jié)車(chē)架(4)后端兩個(gè)電磁鐵(9)磁力，使載物平臺(tái)(2)后端上升，載物平臺(tái)在四組電磁鐵與調(diào)節(jié)彈簧共同作用下，始終保持水平；當(dāng)上坡到平臺(tái)頂部時(shí)，傾角減小，中央處理裝置(7)調(diào)節(jié)載物平臺(tái)(2)前端升高，后端降低，繼續(xù)保持載物平臺(tái)(2)水平；

S2、物流機(jī)器人的中央處理裝置(7)根據(jù)慣性測(cè)量單元(8)檢測(cè)平臺(tái)傾角，并依據(jù)壓力傳感器(3)的壓力數(shù)據(jù)，在物流機(jī)器人載貨下坡時(shí)，調(diào)節(jié)車(chē)架(4)前端兩個(gè)電磁鐵(9)磁力，使載物平臺(tái)(2)前端升高，同時(shí)調(diào)節(jié)車(chē)架(4)后端兩個(gè)電磁鐵(9)磁力，使載物平臺(tái)(2)后端下降，整個(gè)載物平臺(tái)在四組電磁鐵與調(diào)節(jié)彈簧的作用下，始終保持水平；當(dāng)下坡到底部水平路面時(shí)，傾角減小，中央處理裝置(7)調(diào)節(jié)載物平臺(tái)(2)前端降低，后端升高，繼續(xù)保持載物平臺(tái)(2)水平；

S3、對(duì)于質(zhì)量不均勻的貨物，慣性測(cè)量單元(8)檢測(cè)到載物平臺(tái)(2)有一定傾角，物流機(jī)器人的中央處理裝置(7)調(diào)節(jié)四組電磁鐵和調(diào)節(jié)彈簧的伸縮高度，維持載貨平臺(tái)的平衡，調(diào)節(jié)平衡后再起步運(yùn)行；

其中，所述的載物平臺(tái)實(shí)時(shí)快速運(yùn)動(dòng)加速度調(diào)節(jié)包括以下步驟：

T1、根據(jù)裝載情況，確定物流機(jī)器人尺寸，并作為原始數(shù)據(jù)參數(shù)輸入中央處理裝置(7)；

T2、依據(jù)慣性測(cè)量單元(8)測(cè)量信息，由中央處理裝置(7)判斷物流機(jī)器人的直行、轉(zhuǎn)彎、旋轉(zhuǎn)在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

T3、中央處理裝置(7)準(zhǔn)確計(jì)算直行、自轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下不發(fā)生貨物失穩(wěn)的臨界傾覆加速度值和臨界滑移加速度值，在此貨物裝載情況下，直行時(shí)臨界滑移加速度值為a₁，直行時(shí)臨界傾覆加速度值為a₂；自轉(zhuǎn)時(shí)臨界滑移加速度值為ω₁，自轉(zhuǎn)時(shí)臨界傾倒加速度值為ω₂，轉(zhuǎn)彎時(shí)臨界滑移加速度值為ω₃，轉(zhuǎn)彎時(shí)臨界傾倒加速度值為ω₄；

T4、依據(jù)貨物裝載參數(shù)信息，判斷貨物臨界傾覆加速度與貨物臨界滑移加速度的大小，中央處理裝置(7)選取最小的加速度值作為運(yùn)動(dòng)平衡的貨物臨界加速度，以保證貨物運(yùn)輸?shù)陌踩裕?/p>

T5、繼續(xù)回到步驟T2，繼續(xù)判斷物流機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與各狀態(tài)下貨物失穩(wěn)貨物臨界條件，直至物流機(jī)器人到達(dá)目的地運(yùn)行停止；

所述的直行時(shí)臨界滑移加速度值a₁的計(jì)算式為：a₁＝μg，式中，μ為貨物與載貨平臺(tái)摩擦系數(shù)，g為重力加速度；

所述的直行時(shí)臨界傾覆加速度值a₂的計(jì)算式為：

a₂＝g(l₁-a₀)/h，

式中，a₀為重心偏離載貨平臺(tái)的長(zhǎng)度距離，h為貨物重心距載貨平臺(tái)高度，l₁為貨物寬度；

所述的自轉(zhuǎn)時(shí)臨界滑移加速度值ω₁計(jì)算式為：

ω₁＝(μg)^1/2/((l₁-a₀)²+(w₁-b₀)²)^1/4，

式中，a₀為貨物重心偏離載貨平臺(tái)在長(zhǎng)度方向的距離，h為貨物重心距載貨平臺(tái)高度，b₀貨物重心偏離載貨平臺(tái)在寬度方向的距離；w₁為貨物長(zhǎng)度；

所述的自轉(zhuǎn)時(shí)臨界傾倒加速度值ω₂計(jì)算式為：

所述的轉(zhuǎn)彎時(shí)臨界滑移加速度值ω₃計(jì)算式為：

式中，OO₂為載物平臺(tái)中心到旋轉(zhuǎn)中心的距離；

所述的轉(zhuǎn)彎時(shí)臨界傾倒加速度值ω₄計(jì)算式為：