CN112249195B - 一种运输机器人agv - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运输机器人，在电控模块的控制下，转向组件输出的力矩传递给内轴套，内轴套将该力矩传递给滑柱，通过滑柱带动驱动轮转向，从而实现各车轮的独立转向控制，转向灵活；每个驱动轮均设有独立的悬架机构，且悬架机构位于驱动轮的正上方，增加了悬架机构的有效作用距离，侧向刚度好；将载荷状态与速度进行匹配设计，确保空载时机器人可以快速行驶，具有较好的越障能力；满载时机器人低速运行，各驱动轮具有良好的贴地性能，避免了悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人具有良好的稳定性及精准的定位性。

Description

一种运输机器人AGV

技术领域

本发明涉及AGV设备，尤其涉及一种运输机器人AGV。

背景技术

目前AGV(Automated Guided Vehicle，简称AGV)已经广泛应用于物流仓储运输、物料运输、工业化生产企业及装配产线中，但市场上已有的AGV产品，大多数只能满足仓库、平整地面等工况，悬架机构不具备越障功能，因此在不平路面或较差场地适用性不强，经常出现打滑或架空现象。传统的AGV由于底盘结构安装空间有限，同时驱动轮悬架的结构复杂，市面上一些产品在动轮上设置有简单的悬架装置，这种悬架装置可以在一定程度上解决驱动轮悬空打滑问题，但是在AGV重载启停的过程中，底盘晃动明显，对运动精度要求高的AGV不适用。

目前市面上的AGV分为三大类，第一大类是采用舵轮+万向轮的结构形式，例如授权公开号为CN211516642U，名称为一种AVG智能装配***的专利文献，这种结构形式速度慢，最大车速一般不超过1.5m/s，对于运输类场景运输效率较低，同时还存在笨重、价格高的缺点；第二大类是采用差速轮的AGV，例如授权公开号为CN206456918U，名称为一种交叉带分拣AGV的专利文献，由于结构布置及空间限制，一般难以设计合适的悬架机构甚至没有悬架机构，其减震性能较差，同时还存在转向不灵活、定位精度差的缺点；第三大类是采用轮毂电机+独立悬架的AGV，四个驱动轮都设置有悬架机构，同时各车轮还需设计转向机构，因此存在机构复杂且悬架机构侧向刚度较小的缺点，对满载作业定位精度要求较高的AGV不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运输机器人AGV，以解决现有AGV速度低、运输效率低、转向不灵活、越障能力差以及定位精度差等问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种运输机器人AGV，包括车体、驱动轮、以及设在所述车体上的电控模块、电源模块、转向组件和悬架机构；每个所述驱动轮配置一转向组件和一悬架机构；每个所述悬架机构均包括外轴套、上盖板、下盖板、弹性组件、支撑架、滑柱以及内轴套；所述滑柱的底部通过支撑架与所述驱动轮的轮毂组件连接，滑柱的顶部设有限位片；所述内轴套同轴套设在所述滑柱外，所述外轴套同轴套设在所述内轴套外，且所述外轴套固设在所述车体上；在所述外轴套和内轴套的底部设有下盖板，在所述外轴套的顶部和内轴套的中上部设有上盖板，所述内轴套的上部与对应的转向组件固定连接；所述弹性组件的底端与支撑架连接，弹性组件的顶端与下盖板连接。

本发明中，滑柱为多边形滑柱，或者在滑柱外设有凸块，在内轴套内设有与凸块匹配的滑槽，使滑柱不仅可以在内轴套内上下移动，还可以将内轴套的转向力矩传递给滑柱。在电控模块的控制下，转向组件输出的力矩传递给内轴套，内轴套将该力矩传递给滑柱，通过滑柱带动驱动轮转向，从而实现各车轮的独立转向控制，转向灵活。每个驱动轮均设有独立的悬架机构，且悬架机构位于驱动轮的正上方，增加了悬架机构的有效作用距离，侧向刚度好。在空载时，为使弹性组件处于自由状态，滑柱在内轴套内下移，使内轴套的顶部与限位片接触，阻止了内轴套与滑柱脱离，弹性组件起到吸振减振作用，具有较好的越障能力；在满载时，弹性组件压缩，滑柱在内轴套内上移，使下盖板与支撑架接触，悬架机构处于刚性不可压缩状态，各驱动轮具有良好的贴地性能，可避免悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人具有良好的稳定性及精准的定位性；在半载时，内轴套与限位片之间、下盖板与支撑架之间均有一定行程距离，滑柱在内轴套内上下移动，弹性组件起到吸振减振作用；将运输机器人AGV的载荷状态与速度匹配设计，即空载时高速行驶，满载时低速行驶，提高了运输机器人AGV的速度，提高了运输效率。

进一步地，所述弹性组件包括内弹簧、外弹簧以及导向轴套；所述内弹簧套设在所述滑柱外，所述外弹簧套设在所述内弹簧外，且在所述内弹簧与外弹簧之间的支撑架上设在导向轴套。

在满载时，下盖板与导向轴套线接触，减小了摩擦力，避免了内弹簧和外弹簧在转向时因摩擦力使其扭转。

进一步地，所述内轴套通过轴承与所述外轴套连接，所述轴承包括上轴承和下轴承，在所述上轴承与下轴承之间设有定位轴套。轴承降低了转向时的摩擦力，使转向更加顺畅。

进一步地，所述滑柱为多边形滑柱；或者在所述滑柱外设有凸块，在所述内轴套内设有与所述凸块适配的滑槽；或者在所述滑柱外设有滑槽，在所述内轴套内设有与所述滑槽适配的凸块。

滑柱的结构形式或者滑柱和内轴套的结构形式不仅保证了内轴套将转向力矩传递给滑柱，从而由滑柱带动驱动轮转向，又能使滑柱在内轴套内上下移动。

进一步地，所述转向组件包括转向电机、减速器、小齿轮以及大齿轮；所述转向电机的输入端与所述电控模块电性连接，所述转向电机的输出端与减速器的输入端电性连接，所述减速器通过平键与所述小齿轮连接，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述大齿轮固定套设在所述内轴套上。

进一步地，在所述大齿轮上方的内轴套上设有卡箍，以限制大齿轮的位置。

进一步地，所述转向组件为蜗轮蜗杆传动结构。

进一步地，所述内轴套为凸台结构，所述凸台结构具有第一凸台、第二凸台以及卡槽；所述外轴套同轴套设在所述第二凸台上，所述转向组件与所述第一凸台固定连接，所述上盖板设在外轴套的顶部和第一凸台上，所述卡槽设在所述第一凸台上。

进一步地，所述电控模块，用于根据不同的载荷状态控制运输机器人AGV的速度。

在空载时，运输机器人AGV高速行驶，提高了运输效率，弹性组件的吸振减振作用使其具有较好的越障能力；在满载时，运输机器人AGV低速行驶，各驱动轮具有良好的贴地性能，可避免悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人AGV具有良好的稳定性及精准的定位性。

进一步地，所述运输机器人AGV还包括与所述电控模块电性连接的路径规划模块、导航定位模块、避障模块和图像识别模块；所述图像识别模块与图像采集模块电性连接。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种运输机器人AGV，将载荷状态与速度进行匹配设计，确保空载时机器人AGV可以快速行驶，具有较好的越障能力，满载时机器人AGV低速运行，各驱动轮具有良好的贴地性能，避免了悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人AGV具有良好的稳定性及精准的定位性；其滑动机构位于驱动轮的正上方，具有结构简单紧凑、增大了悬架机构有效作用距离以及侧向刚度好的特点；本发明采用四轮独立驱动和四轮独立转向形式，具有车速快、动力强劲、全向转向的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中运输机器人AGV的结构示意图；

图2是本发明实施例中运输机器人AGV的侧视图；

图3是本发明实施例中运输机器人AGV的部分剖视图；

图4是本发明实施例中悬架机构的结构示意图；

图5是本发明实施例中内轴套的剖视图；

图6是本发明实施例中内轴套的俯视图；

图7是本发明实施例中滑柱与支撑架的正视图；

图8是本发明实施例中滑柱与支撑架的侧视图；

图9是本发明实施例中滑柱与支撑架的俯视图；

图10是本发明实施例中导向轴套的结构示意图；

图11是本发明实施例中空载时悬架机构处于悬空状态示意图；

图12是本发明实施例中半载时悬架机构处于半载状态示意图；

图13是本发明实施例中满载时悬架机构处于刚性满载状态示意图；

其中，100-激光雷达及摄像探头，200-车体，210-车架，220-转向电机，230-减速器，240-小齿轮，250-大齿轮，260-悬架机构，261-限位片，262-滑柱，2621-导向轴套，263-卡箍，264-定位轴套，265-外轴套，266-内弹簧，267-外弹簧，268-螺钉，269-下盖板，270-轴承，271-上盖板，272-内轴套，2721-第一凸台，2722-第二凸台，2723-卡槽，273-支撑架，300-轮毂组件，400-电源模块，500-电控模块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，本实施例所提供的一种运输机器人AGV，包括车体200、驱动轮、以及设在车体200上的电控模块500、电源模块400、转向组件和悬架机构260。车体200包括车架210，电控模块500和电源模块400设在车架210底部，转向组件的减速器230固定在车架210上，转向电机220位于车架210下方，悬架机构260的外轴套265固定在车架210上。每个驱动轮配置一转向组件和一悬架机构260，每个转向组件分别与电控模块500电性连接，电控模块500作为运输机器人AGV的控制中心，能够实现四轮独立驱动以及四轮独立转向控制。电源模块400为运输机器人AGV的各个用电部件或结构提供所需电能，本实施例中，电源模块400为电池组。

如图3和4所示，每个悬架机构260均包括外轴套265、上盖板271、下盖板269、弹性组件、支撑架273、滑柱262以及内轴套272；滑柱262的底部通过支撑架273与驱动轮的轮毂组件300连接，滑柱262的顶部设有限位片261；内轴套272同轴套设在滑柱262外，外轴套265同轴套设在内轴套272外，且外轴套265固定设在车体200的车架210上；在外轴套265和内轴套272的底部设有下盖板269，在外轴套265的顶部和内轴套272的第一凸台2721设有上盖板271，内轴套272的上部与相应转向组件的大齿轮250固定连接；弹性组件的底端与支撑架273连接，弹性组件的顶端与下盖板269连接。

本实施例中，限位片261为薄螺母。上盖板271和下盖板269均为环形结构，环形上盖板271置于外轴套265的顶部和内轴套272的第一凸台2721上，环形下盖板269置于外轴套265和内轴套272的底部，再通过螺钉268和垫片将上盖板271和下盖板269均固定在外轴套265上，外轴套265又与车架210固定连接，使在转向力矩传递过程中，内轴套272能在上盖板271和下盖板269之间转动，保证了转向时的稳定性。

如图4所示，弹性组件包括内弹簧266、外弹簧267以及导向轴套2621；内弹簧266和外弹簧267为两个同心压缩螺旋弹簧。内弹簧266套设在滑柱262外，外弹簧267套设在内弹簧266外，且在内弹簧266与外弹簧267之间的支撑架273上设在导向轴套2621，导向轴套2621的结构如图10所示。为了避免内弹簧266与外弹簧267在转向时因摩擦力使其扭转，设置导向轴套2621，导向轴套2621使刚性满载状态时导向轴套2621与下盖板269的接触为线接触，减小了摩擦力。

为了使转向更加顺畅，内轴套272通过轴承270与外轴套265连接，轴承270包括上轴承和下轴承，在上轴承与下轴承之间设有定位轴套264，如图4所示。

外轴套265固定在车架210上，转向组件的大齿轮250将转向力矩传递给内轴套272，内轴套272再将转向力矩传递给滑柱262，由滑柱262带动驱动轮转向，为了实现转向力矩由内轴套272向滑柱262的传递，在横向滑柱262与内轴套272之间无相对移动，因此，滑柱262可以为多边形结构，内轴套272的内壁形状与滑柱262的多边形结构适配，例如滑柱262为方形结构（如图9所示），内轴套272的内壁也为方形（如图6所示）；还可以是在滑柱262外设置凸块，在内轴套272内设置与凸块适配的滑槽，或者是在滑柱262外设置滑槽，在内轴套272内设置与滑槽适配的凸块，既能够保证转向力矩向滑柱262的传递，又能够使滑柱262在内轴套272内上下移动或竖向移动。

本实施例中，转向组件可以采用电机+减速器驱动齿轮传动形式，也可以采用蜗轮蜗杆传动结构形式。如图3所示，电机+减速器230驱动齿轮传动形式的转向组件包括转向电机220、减速器230、小齿轮240以及大齿轮250；转向电机220的输入端与电控模块500电性连接，转向电机220的输出端与减速器230的输入端电性连接，减速器230通过平键与小齿轮240连接，小齿轮240与所述大齿轮250啮合传动，大齿轮250同轴固定套设在内轴套272上。每个驱动轮对应一个转向组件和一个悬架机构260，在电控模块500的控制下，可以实现各驱动轮的独立转向控制。

如图5和6所示，内轴套272为凸台结构，该凸台结构具有第一凸台2721、第二凸台2722以及卡槽2723。卡槽2723用于安装卡箍263，卡箍263用以限制大齿轮250，大齿轮250同轴套设在靠近卡槽2723的第一凸台2721上；外轴套265同轴套设在第二凸台2722上，上盖板271设在靠近第二凸台2722的第一凸台2721上，外轴套265与第二凸台2722的高度一致，便于固定在外轴套265上的上盖板271和下盖板269将第二凸台2722限制在上盖板271与下盖板269之间，从而限制了转向时内轴套272的上下移动，保证了转向时的稳定性。

如图7~9所示，滑柱262、支撑架273以及导向轴套2621的结构示意图，滑柱262与支撑架273可以为一体式结构，也可以为独立结构。滑柱262的底部与支撑架273固定连接，支撑架273的两端与驱动轮的轮毂组件300固定连接，传递给滑柱262和支撑架273的转向力矩带动驱动轮转动，实现转向控制。

运输机器人AGV还包括与电控模块500电性连接的路径规划模块、导航定位模块、避障模块和图像识别模块；图像识别模块与图像采集模块电性连接。本实施例中，图像采集模块为设置在车体200上的摄像探头100，避障模块为设置在车体200上的激光雷达100。电控模块500除了转向控制、驱动控制、自动驾驶控制、避障控制等常规功能之外，还用于根据不同悬架机构260状态或者载荷状态控制运输机器人AGV的速度，使车速与悬架机构260状态或者载荷状态相适配，具体的，运输机器人AGV为空载状态时，运输机器人AGV以最高速度行驶，提高了运输速度和效率；运输机器人AGV为满载状态时，运输机器人AGV以低速行驶，各驱动轮具有良好的贴地性能，可避免悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人AGV具有良好的稳定性及精准的定位性。

在电控模块500的控制下，大齿轮250输出的力矩传递给内轴套272，内轴套272再将该力矩传递给滑柱262，通过滑柱262带动驱动轮转向，从而实现各车轮的独立转向控制，转向灵活。

每个驱动轮均设有独立的悬架机构260，且悬架机构260位于驱动轮的正上方，增加了悬架机构260的有效作用距离，侧向刚度好。悬架机构260的滑柱262式结构具有结构简单紧凑的特点。

如图11所示，在空载时，为使弹性组件处于自由状态，弹性组件的弹性力通过下盖板269推动外轴套265、内轴套272以及车体200向上运动，从而使滑柱262在内轴套272内相对下移，直到内轴套272的顶部与限位片261接触，阻止了内轴套272与滑柱262脱离，车体200或运输机器人AGV的空载状态对应悬架机构260的悬空状态，此时运输机器人AGV可以高速行驶，弹性组件起到吸振减振作用，具有较好的越障能力。

如图13所示，在满载时，载荷的重力通过下盖板269压缩弹性组件，使外轴套265、内轴套272以及车体200向下运动，从而使滑柱262在内轴套272内相对上移，直到使下盖板269与导向轴套2621线接触，悬架机构260处于刚性不可压缩状态，车体200或运输机器人AGV的满载状态对应悬架机构260的刚性满载状态，此时运输机器人AGV可以低速行驶，各驱动轮具有良好的贴地性能，可避免悬空现象及确保具有充沛的动力性能，还能使满载时机器人具有良好的稳定性及精准的定位性。

如图12所示，在半载时，内轴套272与限位片261之间、下盖板269与导向轴套2621之间均有一定行程距离，滑柱262可在内轴套272内上下移动，弹性组件起到吸振减振作用，车体200或运输机器人AGV的半载状态对应悬架机构260的半载状态，此时运输机器人AGV可以高速行驶，弹性组件起到吸振减振作用，具有较好的越障能力。

将运输机器人AGV的载荷状态或悬架机构260状态与速度匹配设计，即空载时高速行驶，满载时低速行驶，提高了运输机器人AGV的速度，提高了运输效率。本发明的运输机器人AGV是一款速度快、驱动力强、越障能力好、机动灵活且能保证满载作业定位精度高的AGV，同时提供一种结构紧凑简单的独立悬架机构260。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种运输机器人AGV，包括车体、驱动轮、以及设在所述车体上的电控模块、电源模块、转向组件和悬架机构；其特征在于：每个所述驱动轮配置一转向组件和一悬架机构；每个所述悬架机构均包括外轴套、上盖板、下盖板、弹性组件、支撑架、滑柱以及内轴套；所述滑柱的底部通过支撑架与所述驱动轮的轮毂组件连接，滑柱的顶部设有限位片；所述内轴套同轴套设在所述滑柱外，所述外轴套同轴套设在所述内轴套外，且所述外轴套固设在所述车体上；在所述外轴套和内轴套的底部设有下盖板，在所述外轴套的顶部和内轴套的中上部设有上盖板，所述内轴套的上部与对应的转向组件固定连接；所述弹性组件的底端与支撑架连接，弹性组件的顶端与下盖板连接；

所述弹性组件包括内弹簧、外弹簧以及导向轴套；所述内弹簧套设在所述滑柱外，所述外弹簧套设在所述内弹簧外，且在所述内弹簧与外弹簧之间的支撑架上设有导向轴套；

所述电控模块，用于根据不同的载荷状态控制运输机器人AGV的速度；

在空载时，弹性组件处于自由状态，弹性组件的弹性力通过下盖板推动外轴套、内轴套以及车体向上运动，使滑柱在内轴套内相对下移，直到内轴套的顶部与限位片接触，车体的空载状态对应悬架机构的悬空状态，运输机器人AGV高速行驶；

在满载时，载荷的重力通过下盖板压缩弹性组件，使外轴套、内轴套以及车体向下运动，使滑柱在内轴套内相对上移，直到使下盖板与导向轴套线接触，悬架机构处于刚性不可压缩状态，车体的满载状态对应悬架机构的刚性满载状态，运输机器人AGV低速行驶；

在半载时，内轴套与限位片之间、下盖板与导向轴套之间均有一定行程距离，滑柱在内轴套内上下移动，车体的半载状态对应悬架机构的半载状态，运输机器人AGV高速行驶。

2.如权利要求1所述的运输机器人AGV，其特征在于：所述内轴套通过轴承与所述外轴套连接，所述轴承包括上轴承和下轴承，在所述上轴承与下轴承之间设有定位轴套。

3.如权利要求1所述的运输机器人AGV，其特征在于：所述滑柱为多边形滑柱；或者在所述滑柱外设有凸块，在所述内轴套内设有与所述凸块适配的滑槽；或者在所述滑柱外设有滑槽，在所述内轴套内设有与所述滑槽适配的凸块。

4.如权利要求1所述的运输机器人AGV，其特征在于：所述转向组件包括转向电机、减速器、小齿轮以及大齿轮；所述转向电机的输入端与所述电控模块电性连接，所述转向电机的输出端与减速器的输入端电性连接，所述减速器通过平键与所述小齿轮连接，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述大齿轮固定套设在所述内轴套上。

5.如权利要求4所述的运输机器人AGV，其特征在于：在所述大齿轮上方的内轴套上设有卡箍。

6.如权利要求1所述的运输机器人AGV，其特征在于：所述转向组件为蜗轮蜗杆传动结构。

7.如权利要求1所述的运输机器人AGV，其特征在于：所述内轴套为凸台结构，所述凸台结构具有第一凸台、第二凸台以及卡槽；所述外轴套同轴套设在所述第二凸台上，所述转向组件与所述第一凸台固定连接，所述上盖板设在外轴套的顶部和第一凸台上，所述卡槽设在所述第一凸台上。

8.如权利要求1~7中任一项所述的运输机器人AGV，其特征在于：还包括与所述电控模块电性连接的路径规划模块、导航定位模块、避障模块和图像识别模块；所述图像识别模块与图像采集模块电性连接。

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