CN108163095A - 一种全向移动小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全向移动小车，包括四个转向轮、底板及驱动机构；其中，底板包括第一底板和第二底板，第一底板和第二底板上分别相对设置一基座，两个基座通过一转轴固定连接，两个基座相对转轴进行绕轴转动；四个转向轮两两设置于第一底板和第二底板上，第一底板上的转向轮和转轴形成三角结构，驱动机构包括驱动电机和驱动轴，每一转向轮连接一驱动轴，每一驱动轴连接一驱动电机，以驱动相应的转向轮行止及进行同步或异步转动；第一底板上设置多个支柱，支柱顶端设置托盘以承载货物。通过本发明，既实现机器人小车全向移动的功能，又能提高运行稳定性，并能防止打滑和摇摆。

Description

一种全向移动小车

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种全向移动小车。

背景技术

目前有许多仓储自动化的尝试，其中包括自动化搬运机器人(AGV)，实现“货到人”的模式，即由机器人进入储存区，寻找需要的货架，并送到分拣工作站完成出入库操作。

目前已知的搬运机器人主要采用两侧两个驱动轮加上周边若干个万向轮的方式运行，这种运动模式可以让机器人原地转向，单缺点是：

1.车轮至能做前后运动，运动方向改变90度时，必须原地90度转向，浪费时间。

2.在机器人发生侧向偏移的时候，机器人必须通过旋转、差速运动等复杂方式调节回原来位置，同样在时间和灵活行上存在问题。

目前也有一些使用了全向轮的自动化搬运机器人的尝试，大多采用麦克纳姆轮作为驱动轮，并在各轮与底板之间安装弹簧来实现减震功能。这种结构的问题有：

1、需安装的弹簧数量较多，安装程序复杂，安装部件数量多，且难以控制各弹簧压缩量一致，使各轮受力不均，无法很好地避免打滑；

2、弹簧结构在机器人加速减速时，会重复压缩反弹的过程，造成机器人的来回摇摆，即“点头”现象，严重时甚至会使搬运货物掉落。

发明内容

本发明为解决上述不足而提出以下技术方案：

一种全向移动小车，包括：四个转向轮、底板及驱动机构；其中，底板包括第一底板和第二底板，第一底板和第二底板上分别相对设置一基座，两个基座通过一转轴固定连接，两个基座相对转轴进行绕轴转动；四个转向轮两两设置于第一底板和第二底板上，第一底板上的转向轮和转轴形成三角结构，驱动机构包括驱动电机和驱动轴，每一转向轮连接一驱动轴，每一驱动轴连接一驱动电机，以驱动相应的转向轮行止及进行同步或异步转动；第一底板上设置多个支柱，支柱顶端设置托盘以承载货物。

其中，第一底板上还设置由支架、第一摄像头和第二摄像头组成的拍摄机构，第一摄像头和第二摄像头设置于支架两端，第一摄像头用以拍摄货架底部标识，并根据拍摄结果进行自动寻找货架及搬运货物，第二摄像头用以扫描识别地面标识或者纹路进行小车空间定位校准。

其中，支架连接垂直第一底板的连杆进行固定，所述第一底板上对应第二摄像头的位置设置摄像孔，以使所述第二摄像头通过所述摄像孔扫描识别地面标识或者纹路进行小车空间定位校准。

其中，第一底板和第二底板的边缘设置多个避障模块，通过避障模块感应小车与障碍的距离，以控制小车进行制动。

其中，第一底板背向支柱一侧设置一充电模块，连接小车的供电电源以对供电电源进行充电，无线充电模块在小车运行至充电桩时自动进行充电。

其中，支柱为电动推杆，用以托举货物进行装卸。

其中，还包括一处理器，处理器连接一中央系统，接收中央系统的调度指令，向中央系统反馈设备状态，同时接收避障模块的感应信号、供电电源的电量信息及拍摄机构的拍摄信息，分析处理后，发送运行指令到每一驱动电机以控制对应转向轮的行止及转动、发送充电指令控制小车到达充电桩是进行充电及发送装卸指令控制电动推杆托举货物进行装卸。

其中，转向轮为麦克纳母轮。

其中，麦克纳母轮与驱动轴连接的位置设置减震结构进行减震。

区别于现有技术，本发明的全向移动小车包括四个转向轮、底板及驱动机构；其中，底板包括第一底板和第二底板，第一底板和第二底板上分别相对设置一基座，两个基座通过一转轴固定连接，两个基座相对转轴进行绕轴转动；四个转向轮两两设置于第一底板和第二底板上，第一底板上的转向轮和转轴形成三角结构，驱动机构包括驱动电机和驱动轴，每一转向轮连接一驱动轴，每一驱动轴连接一驱动电机，以驱动相应的转向轮行止及进行同步或异步转动；第一底板上设置多个支柱，支柱顶端设置托盘以承载货物。通过本发明，既实现机器人小车全向移动的功能，又能提高运行稳定性，并能防止打滑和摇摆。

附图说明

图1为本发明提供的一种全向移动小车的仰视结构示意图。

图2为本发明提供的一种全向移动小车的右视结构示意图。

图3为本发明提供的一种全向移动小车的正面结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的一种全向移动小车的结构示意图。

该全向移动小车100包括四个转向轮1、底板及驱动机构。转向轮1为麦克纳母轮，驱动机构包括驱动电机3和驱动轴2，每一转向轮1连接一驱动轴2，并通过驱动轴2连接一驱动电机3，通过驱动电机3控制相应的转向轮1的行止及进行同步或异步转动。底板包括第一底板7和第二底板8，每一底板上平行设置两个转向轮的轮位，用以固定转向轮1，其中两个转向轮1设置于第一底板7上，另两个转向轮1设置于第二底板8上。与转向轮1连接的驱动电机3固定设置于第一底板7和第二底板8上。作为转向轮1的麦克纳母轮与驱动轴2连接的位置设置减震结构进行减震。第一底板7和第二底板8上相对分别设置一基座4，通过一转轴5连接两底板上设置的基座4，基座4可相对于转轴5绕轴旋转。优选的，基座4上分别设置轴承与转轴5固定连接。

已知的使用麦克纳姆轮的方案中，都需要解决贴地问题，已知的方法是在每一个车轮安装处增加一个减震结构，这种结构的缺点在于：

1.需要调节每个减震的预紧力，不容易标准化。而预紧力的不均匀也造成了每个麦克纳姆轮的贴地力不均匀，甚至引起打滑

2.弹簧的来回收放，会造成机器人的点头现象。

本发明设计的优点在于：转轴5与第一底板7上设置的两个麦克纳姆轮、第二底板8上设置的两个麦克纳姆轮，提供了三个支点，形成两个三角结构。

1.由于三点确定一个平面，所以此结构只需要依靠重力自然下降就保证了小车底板的贴地效果。

2.此结构中每个麦克纳姆轮的贴地力是均匀分配的，不受安装的影响。

3.由于不存在来回收放的结构，不会出现机器人的点头现象。

转轴5的两端分别固定在两个基座4上，两个基座4分别固定在第一底板7和第二底板8上，转轴5只能绕其轴线旋转。当小车通过凹凸不平的路面时，会有一个或多个转向轮1被架空或抬高，此时转轴5会相应转动，使每个转向轮1都能紧贴地面，从而避免发生打滑。由于不采用弹簧结构，小车不会发生“点头”现象。

此外，第一底板7上还设置多个支柱9，支柱9顶端设置托盘12，用以承载货物。

进一步，在第一底板7上设置拍摄机构11，由支架、第一摄像头和第二摄像头组成，第一摄像头和第二摄像头设置于支架两端，拍摄机构11通过第一摄像头扫描设置于货架底部的标识，如条码或二维码等，通过扫描进行自动寻找货架及货物搬运；通过第二摄像头识别设置于货仓地面标识或直接扫描地面纹路进行小车空间定位校准。在本发明中，第一摄像头和第二摄像头的数量可为1个或多个。支架连接垂直第一底板的连杆进行固定，所述第一底板上对应第二摄像头的位置设置摄像孔，以使所述第二摄像头通过所述摄像孔扫描识别地面标识或者纹路进行小车空间定位校准。连杆与第一底板及支架之间通过螺钉进行固定连接。

进一步，在第一底板7和第二底板8的边缘设置多个避障模块6，通过避障模块6感应小车与行进线路上的障碍之间的距离，以对小车进行制动。同时在第一底板7背向支柱9的一侧设置自动充电模块10，在小车的供电电源电量低于预设电量后，当小车行进至设置于货仓内的充电桩时自动进行充电。进一步，支柱9为电动推杆，通过电力驱动对托盘12进行托举，托举货物进行装卸。

进一步，还包括一处理器13，处理器13连接一中央系统(图未示)，接收中央系统的调度指令，向中央系统反馈设备状态，接收避障模块6的感应信号并进行分析处理，发送运行指令到驱动电机3，以对小车进行制动。示例的，当处理器13接收到感应信号后，分析感应信号，判断对应的避障模块6与障碍之间的距离，在小车与障碍之间的距离小于或等于预设距离阈值时，向驱动电机3发送运行指令，以控制小车减速或停止；同时，处理器13接收小车供电电源的电量信息，在电量小于等于预设的电量阈值时，向中央系统发送充电请求，在收到指定路径之后，向驱动电机3发送充电指令，使小车在行进到充电桩时停车充电，充电完成后继续运行；处理器13接收摄像头拍摄信息，在拍摄到指定的标识或地面纹路后，向驱动电机3发送校准坐标指令或者停车指令，同时向作为支柱9的电动推杆发送装卸指令，使电动推杆托举托盘12及货物进行装卸。

同时，处理器13可连接到远程计算机(图未示)，将各类指令同时发送到计算机，计算机通过统计各类指令，确定小车的运行时间、搬运次数、充电次数等信息，以对小车的运行情况进行统计，进而实现对小车的监控。

处理器13可设置于小车的底板上，通过导线连接避障模块6、驱动电机3、支柱9及小车的供电电源进行信息接收和指令传输；或者处理器13可为远程电脑，通过无线通信方式连接避障模块6、驱动电机3、支柱9及小车的供电电源进行信息接收和指令传输。

作为支柱9的电动推杆，带动安装在电动推杆上面的托盘12完成举升、放下货架的动作；车身四周分别安装有避障模块6，当运动方向出现障碍时可以实现急停功能；车中心安装了拍摄机构11，用于扫描地面及货架底部二维码，确定机器人自身位置及货架位置，实现自动寻找货架及搬运货架的功能；可选的，摄像头也可以识别地面纹路，从而无需识别地面二维码；车底安装了自动充电模块10，使小车可以移动到充电桩前自动充电，实现仓库中的全自动运行。

区别于现有技术，本发明的全向移动小车包括四个转向轮、底板及驱动机构；其中，底板包括第一底板和第二底板，第一底板和第二底板上分别相对设置一基座，两个基座通过一转轴固定连接，两个基座相对转轴进行绕轴转动；四个转向轮两两设置于第一底板和第二底板上，第一底板上的转向轮和转轴形成三角结构，驱动机构包括驱动电机和驱动轴，每一转向轮连接一驱动轴，每一驱动轴连接一驱动电机，以驱动相应的转向轮行止及进行同步或异步转动；第一底板上设置多个支柱(例如三个)，支柱顶端设置托盘以承载货物。通过本发明，既实现机器人小车全向移动的功能，又能提高运行稳定性，并能防止打滑和摇摆。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用所述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种全向移动小车，其特征在于，包括：四个转向轮、底板及驱动机构；其中，所述底板包括第一底板和第二底板，第一底板和第二底板上分别相对设置一基座，两个基座通过一转轴固定连接，两个基座相对所述转轴进行绕轴转动；四个转向轮两两设置于第一底板和第二底板上，第一底板上的转向轮和转轴形成三角结构，所述驱动机构包括驱动电机和驱动轴，每一转向轮连接一驱动轴，每一驱动轴连接一驱动电机，以驱动相应的转向轮行止及进行同步或异步转动；所述第一底板上设置多个支柱，支柱顶端设置托盘以承载货物。

2.根据权利要求1所述的全向移动小车，其特征在于，所述第一底板上还设置由支架、第一摄像头和第二摄像头组成的拍摄机构，第一摄像头和第二摄像头设置于支架两端，第一摄像头用以拍摄货架底部标识，并根据拍摄结果进行自动寻找货架及搬运货物，第二摄像头用以扫描识别地面标识或者纹路进行小车空间定位校准。

3.根据权利要求2所述的全向移动小车，其特征在于，所述支架连接垂直第一底板的连杆进行固定，所述第一底板上对应第二摄像头的位置设置摄像孔，以使所述第二摄像头通过所述摄像孔扫描识别地面标识或者纹路进行小车空间定位校准。

4.根据权利要求1所述的全向移动小车，其特征在于，所述第一底板和第二底板的边缘设置多个避障模块，通过避障模块感应小车与障碍的距离，以控制小车进行制动。

5.根据权利要求1所述的全向移动小车，其特征在于，所述第一底板背向所述支柱一侧设置一充电模块，连接小车的供电电源以对供电电源进行充电，所述无线充电模块在小车运行至充电桩时自动进行充电。

6.根据权利要求1所述的全向移动小车，其特征在于，所述支柱为电动推杆，用以托举货物进行装卸。

7.根据权利要求2-6任意一项所述的全向移动小车，其特征在于，还包括一处理器，所述处理器连接一中央系统，接收中央系统的调度指令，向中央系统反馈设备状态，同时接收所述避障模块的感应信号、供电电源的电量信息及拍摄机构的拍摄信息，分析处理后，发送运行指令到每一驱动电机以控制对应转向轮的行止及转动、发送充电指令控制小车到达充电桩是进行充电及发送装卸指令控制电动推杆托举货物进行装卸。

8.根据权利要求1所述的全向移动小车，其特征在于，所述转向轮为麦克纳母轮。

9.根据权利要求8所述的全向移动小车，其特征在于，所述麦克纳母轮与所述驱动轴连接的位置设置减震结构进行减震。