一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV及控制方法
技术领域
本发明涉及AGV技术领域，尤其涉及一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV及控制方法。
背景技术
近年来线上消费逐渐普及，电商的崛起促进了仓储业和物流业的发展，而仓储系统中频繁的货物搬运与存取对效率有着很高的要求。这些要求对于AGV车体主要体现在：
1.车型紧凑、低矮，适合物流仓库的应用；
2.具备顶升货架的功能，可以背负货架行走。普通的牵引式AGV车体或货架可能比较长，移动不够灵活；
3.在AGV姿态不变的情况下，具备调整货架姿态的能力；
4.在货架姿态不变的情况下，具备调整AGV姿态的能力。
经检索，中国专利申请号为CN201610055696.7的专利，公开了一种AGV的自主式交通管制方法，所述方法包括：AGV-A获取路口标识，依据该路口标识判断AGV-A是否处于管制区域；AGV-A判断出其处于管制区域时，通过短距离通信模块向其他AGV发送第一交通消息；AGV-A接收AGV-B发送的第二交通消息；AGV-A依据所述路口标识B判断AGV-B与AGV-A处于同一管制区时，获取所述线路A与所述线路B是否有交叉点；如线路A与线路B具有交叉点且第二交通消息接收时间早于第一交通消息的发送时间时，AGV-A实施交通管制，并将AGV-B的标识存储在管制池M区内。上述专利存在以下不足：AGV行驶时，不能够根据实际情况调整货架的姿态，以至于可能出现行驶占用空间较大，互相之间发生碰撞等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV，包括安装基座、顶升平台、旋转机构和驱动机构，所述旋转机构安装于顶升平台上，且顶升平台位于安装基座的上方，所述旋转机构包括交流伺服旋转电机、旋转托盘传动齿轮和托盘连接支撑板；所述交流伺服旋转电机的输出端通过旋转托盘传动齿轮转动连接于托盘连接支撑板的底部外壁；所述交流伺服旋转电机底部外壁通过第一电机座安装于顶升平台的底部外壁，所述托盘连接支撑板顶部呈圆形，且托盘连接支撑板的顶部侧壁通过轴承座转动连接于顶升平台的顶部内壁，所述安装基座顶部外壁分别通过螺丝固定有控制组件、伺服电机驱动器和蓄电池组件；所述控制组件包括位置补偿器、状态变换器和控制单元；所述控制组件分别与伺服电机驱动器、蓄电池组件和交流伺服旋转电机电性连接；所述安装基座与顶升平台之间还设置有升降机构。
优选的：所述升降机构包括剪刀叉控制电机和两组对称的剪刀叉顶升架，每组所述剪刀叉顶升架的一个杆件的两端分别转动连接有两个剪刀叉驱动滑块，所述剪刀叉驱动滑块内壁均滑动连接有驱动滑轨，所述安装基座顶部外壁通过螺丝固定有两个工字钢；两个所述驱动滑轨分别关于剪刀叉顶升架中心对称安装于顶升平台底部外壁以及一个工字钢的顶部外壁；位于下方的两个剪刀叉驱动滑块顶部外壁通过螺丝固定有同一个连接板；所述剪刀叉控制电机通过第二电机座固定于连接板的底部外壁，所述安装基座顶部外壁通过螺丝固定有固定件；所述剪刀叉控制电机的输出端通过螺杆连接于固定件的内壁，所述剪刀叉控制电机与一个伺服电机驱动器和控制组件电性连接。
进一步的：所述驱动机构包括两个驱动轮和控制驱动轮转动的驱动电机；安装基座两侧外壁开设有容纳驱动轮的矩形槽；两个所述驱动轮对称式安装于安装基座两侧的矩形槽内；两个所述驱动轮通过齿轮组件转动连接于驱动电机的输出端，驱动电机通过螺丝固定于安装基座顶部外壁；且驱动电机与一个伺服电机驱动器和控制组件电性连接。
进一步优选的：所述安装基座底部外壁分别通过两个三角钢和两个避震机构安装有两个辅助轮，两个辅助轮分别位于安装基座底部两侧的中间位置。
作为本发明一种优选的：所述避震机构包括滚轮支架和弹簧组件，两个三角钢分别通过螺丝固定于安装基座底部外壁，弹簧组件的两端分别焊接于三角钢顶部外壁与滚轮支架的底部外壁，滚轮支架的中段位于三角钢和弹簧组件内部。
作为本发明进一步优选的：所述安装基座顶部外壁通过安装架安装有摄像头；所述安装架的侧壁通过螺丝安装有避障传感器；避障传感器和摄像头均与控制组件电性连接；所述避障传感器为红外传感器。
作为本发明再进一步的方案：所述安装基座的四角位置以及顶升平台的四角位置均倒有圆角，且AGV整体尺寸为760mm（长）*510mm（宽）*320mm（高）。
一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的控制方法，包括托盘独立位置补偿旋转控制方法、学习算法和神经PID随动控制算法，所述托盘独立位置补偿旋转控制方法具体包括如下步骤：
S1：控制组件通过驱动机构控制AGV基于导航运行；
S2：控制组件计算托盘相对地面的绝对旋转角速度；
S3：计算托盘相对车体旋转的角速度；
S4：位置补偿校正；
S5：神经PID控制；
S6：通过旋转机构对托盘进行旋转。
在前述方案的基础上优选的：所述学习算法的表达式为：
其中，
在前述方案的基础上进一步优选的：所述神经PID随动控制算法基于位置补偿器和状态变换器实现，其中位置补偿器公式为：
其中
本发明的有益效果为：
1.本发明提高柔性系统搬运效率和仓储系统的存、取效率；同时，由于仓储系统中货物堆放密集，AGV的尺寸规格要尽可能的小，除此之外，AGV自带旋托机构，通过精确的定位控制，确保AGV在运行的过程中能够按要求严格的控制车身和搬运货物的相对位置、姿态。
2.本发明的AGV具有顶升货架背负行走的功能，顶升平台上的旋转托盘具有独立位置补偿旋转的功能，可以满足三种运动形式：AGV安装基座姿态不变，旋转托盘可360旋转；旋转托盘姿态不变，AGV底盘可360旋转；AGV安装基座和旋转托盘随动；这三种运动形式可满足仓储AGV在搬运货架过程中的各种复杂的姿态要求。
3.本发明带独立位置补偿可通过带位置补偿输入的神经PID随动控制算法，进行托盘、货架和AGV底盘的位置姿态调整。
4.通过设置剪刀叉控制电机、剪刀叉驱动滑块和剪刀叉顶升架等结构，达到控制顶升平台升降的目的；通过设置矩形槽，能够便于把控安装基座的宽度尺寸，利于路径规划，同时提升了AGV整体行驶的可靠性，避免驱动轮剐蹭、卡死的现象；通过设置弹簧组件等结构，能够起到减震的效果，进一步提升了行驶的稳定性。
附图说明
图1为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的右视图；
图2为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV立体的结构示意图；
图3为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的电路流程图；
图4为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的控制方法中神经PID随动控制算法的结构图；
图5为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的控制方法中控制托盘旋转的流程图；
图6为本发明提出的一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的控制方法中神经PID控制的流程图。
图中：1交流伺服旋转电机、2旋转托盘传动齿轮、3剪刀叉顶升架、4控制组件、5辅助轮、6驱动轮、7伺服电机驱动器、8避震机构、9安装基座、10摄像头、11避障传感器、12弹簧组件、13剪刀叉控制电机、14连接板、15剪刀叉驱动滑块、16驱动滑轨、17顶升平台、18托盘连接支撑板、19第一电机座、20安装架、21固定件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV，如图1-3所示，包括安装基座9、顶升平台17、旋转机构和驱动机构；旋转机构用于控制旋转平台的旋转，驱动机构用于驱动AGV的行驶，所述旋转机构安装于顶升平台17上，且顶升平台17位于安装基座9的上方，所述旋转机构包括交流伺服旋转电机1、旋转托盘传动齿轮2和用于安装旋转托盘的托盘连接支撑板18；所述交流伺服旋转电机1的输出端通过旋转托盘传动齿轮2转动连接于托盘连接支撑板18的底部外壁；所述交流伺服旋转电机1底部外壁通过第一电机座19安装于顶升平台17的底部外壁，所述托盘连接支撑板18顶部呈圆形，且托盘连接支撑板18的顶部侧壁通过轴承座转动连接于顶升平台17的顶部内壁，所述安装基座9顶部外壁分别通过螺丝固定有控制组件4、伺服电机驱动器7和蓄电池组件；所述控制组件4包括位置补偿器、状态变换器和控制单元；所述控制组件4分别与伺服电机驱动器7、蓄电池组件和交流伺服旋转电机1电性连接；所述安装基座9与顶升平台17之间还设置有升降机构；通过设置交流伺服旋转电机1和托盘连接支撑板18等结构，能够实现托盘连接支撑板18的360°旋转，满足了AGV在搬运货架过程中的姿态要求。
为了实现顶升平台17的升降；如图1、图2所示，所述升降机构包括剪刀叉控制电机13和两组对称的剪刀叉顶升架3，每组所述剪刀叉顶升架3的一个杆件的两端分别转动连接有两个剪刀叉驱动滑块15，所述剪刀叉驱动滑块15内壁均滑动连接有驱动滑轨16，所述安装基座9顶部外壁通过螺丝固定有两个工字钢；两个所述驱动滑轨16分别关于剪刀叉顶升架3中心对称安装于顶升平台17底部外壁以及一个工字钢的顶部外壁；工字钢意在抬升剪刀叉顶升架3等机构的高度，用于保障其他元件的安装空间，同时提升牢固度；位于下方的两个剪刀叉驱动滑块15顶部外壁通过螺丝固定有同一个连接板14；所述剪刀叉控制电机13通过第二电机座固定于连接板14的底部外壁，所述安装基座9顶部外壁通过螺丝固定有固定件21；所述剪刀叉控制电机13的输出端通过螺杆连接于固定件21的内壁，所述剪刀叉控制电机13与一个伺服电机驱动器7和控制组件4电性连接；通过设置剪刀叉控制电机13、剪刀叉驱动滑块15和剪刀叉顶升架3等结构，由于剪刀叉控制电机13安装于连接板14上，连接板14又安装于可活动的剪刀叉驱动滑块15上，能够利用剪刀叉控制电机13的工作，使得螺杆转动于位置固定的固定件21内，从而令剪刀叉控制电机13自身发生平移；进而通过连接板14控制两个剪刀叉驱动滑块15的平移，实现剪刀叉顶升架3中两个杆件的角度变化，最终达到控制顶升平台17升降的目的。
为了控制AGV尺寸，同时实现驱动功能；如图1、图2所示，所述驱动机构包括两个驱动轮6和控制驱动轮6转动的驱动电机；安装基座9两侧外壁开设有容纳驱动轮6的矩形槽；两个所述驱动轮6对称式安装于安装基座9两侧的矩形槽内；两个所述驱动轮6通过齿轮组件转动连接于驱动电机的输出端，驱动电机通过螺丝固定于安装基座9顶部外壁；且驱动电机与一个伺服电机驱动器7和控制组件4电性连接；通过设置矩形槽，能够便于把控安装基座9的宽度尺寸，利于路径规划，同时提升了AGV整体行驶的可靠性，避免驱动轮6剐蹭、卡死的现象。
为了提升AGV行驶时的稳定性；如图1、图2所示，所述安装基座9底部外壁分别通过两个三角钢和两个避震机构8安装有两个辅助轮5，两个辅助轮5分别位于安装基座9底部两侧的中间位置；本发明对辅助轮5的数量不加限定，可以为两个以上，通过设置辅助轮5等结构，能够与驱动轮6配合实现稳定的支撑效果，保障了行驶的稳定性。
为了起到避震的效果；如图1、图2所示，所述避震机构8包括滚轮支架和弹簧组件12，两个三角钢分别通过螺丝固定于安装基座9底部外壁，弹簧组件12的两端分别焊接于三角钢顶部外壁与滚轮支架的底部外壁，滚轮支架的中段位于三角钢和弹簧组件12内部；通过设置弹簧组件12等结构，能够起到减震的效果，进一步提升了行驶的稳定性。
为了提升可靠性；如图1所示，所述安装基座9顶部外壁通过安装架20安装有摄像头10；所述安装架20的侧壁通过螺丝安装有避障传感器11；避障传感器11和摄像头10均与控制组件4电性连接；所述避障传感器11可以为视觉传感器、激光传感器、红外传感器、超声波传感器等，本实施例中，优选的，所述避障传感器11为红外传感器，且避障传感器11的型号为E18-D50NK，通过设置避障传感器11等结构，能够帮助AGV准确避障，提升了整体可靠性。
为了提升安全性、可靠性；如图2所示，所述安装基座9的四角位置以及顶升平台17的四角位置均倒有圆角，且AGV整体尺寸为760mm（长）*510mm（宽）*320mm（高）。
本实施例在使用时,驱动电机通过齿轮组件带动驱动轮6转动，进而在辅助轮5的配合下驱动AGV行驶，由于剪刀叉控制电机13安装于连接板14上，连接板14又安装于可活动的剪刀叉驱动滑块15上，能够利用剪刀叉控制电机13的工作，使得螺杆转动于位置固定的固定件21内，从而令剪刀叉控制电机13自身发生平移；进而通过连接板14控制两个剪刀叉驱动滑块15的平移，实现剪刀叉顶升架3中两个杆件的角度变化，最终能够达到控制顶升平台17升降的目的；此外，交流伺服旋转电机1工作能够通过旋转托盘传动齿轮2带动托盘连接支撑板18转动于顶升平台17上，实现货架补偿旋转的目的。
实施例2：
一种带独立位置补偿旋转平台的紧凑型AGV的控制方法，如图4-6所示，包括托盘独立位置补偿旋转控制方法、学习算法和神经PID随动控制算法，所述托盘独立位置补偿旋转控制方法具体包括如下步骤：
S1：控制组件4通过驱动机构控制AGV基于导航运行；
S2：控制组件4计算托盘相对地面的绝对旋转角速度；
S3：计算托盘相对车体旋转的角速度；
S4：位置补偿校正；
S5：神经PID控制；
S6：通过旋转机构对托盘进行旋转。
所述学习算法的表达式为：
其中，
如图3所示，所述神经PID随动控制算法基于位置补偿器和状态变换器实现，其中位置补偿器公式为：
其中
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
