一種自由變域裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開的一種自由變域裝置，包括有輪式行走車和自由變域?qū)蚣翱刂撇考?，輪式行走車包括有行走主體，行走主體的左、右兩側(cè)均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪組件，行走主體的前、部均設(shè)置有自由輪組件；自由變域?qū)蚣翱刂撇考ㄓ袛?shù)控單元、陀螺儀、兩個(gè)編碼器及四組超聲波傳感裝置，數(shù)控單元設(shè)置于行走主體的上面，陀螺儀位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪軸線的中部位置，兩個(gè)編碼器分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中的電機(jī)主軸同軸連接，四組超聲波傳感裝置分別設(shè)置于行走主體的前后左右四個(gè)側(cè)面；數(shù)控單元分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件、兩個(gè)編碼器、四組超聲波傳感裝置、陀螺儀連接。本實(shí)用新型自由變域裝不僅可以靈活地實(shí)現(xiàn)自由變域，而且定位精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】一種自由變域裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)械作業(yè)控制設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種自由變域裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)行機(jī)械作業(yè)(如:加工、裝配、物流交接等)操作的機(jī)械(如:機(jī)器人、加工機(jī))稱為作業(yè)機(jī)，被施加作業(yè)的對(duì)象(如:被加工的工件、裝配的零件、物流交接的物料)稱為作業(yè)對(duì)象。
[0003]變域型作業(yè)指的是安裝作業(yè)對(duì)象的底座和安裝作業(yè)機(jī)的底座中，一個(gè)固定在大地上，另一個(gè)可相對(duì)大地運(yùn)動(dòng)，即兩底座之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的底座可以是安裝作業(yè)機(jī)的底座，也可以是安裝作業(yè)對(duì)象的底座。底座位置固定的作業(yè)機(jī)稱為定域作業(yè)機(jī)，底座運(yùn)動(dòng)的作業(yè)機(jī)稱為變域作業(yè)機(jī)。同樣作業(yè)對(duì)象也分為定域作業(yè)對(duì)象和變域作業(yè)對(duì)象。因此，變域型作業(yè)方式可以分為兩種:(I)變域作業(yè)機(jī)+定域作業(yè)對(duì)象的變域型作業(yè)方式；(2)定域作業(yè)機(jī)+變域作業(yè)對(duì)象的變域型作業(yè)方式。
[0004]按照變域機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向性質(zhì)分類，變域型作業(yè)方式又可分為非自由路徑變域作業(yè)方式和自由路徑變域作業(yè)方式。
[0005]一般變域作業(yè)方式是采用機(jī)座沿導(dǎo)軌、軌道或傳送帶等硬件連續(xù)引導(dǎo)裝置的路徑運(yùn)動(dòng)來(lái)改變作業(yè)區(qū)域的方式進(jìn)行變域，要改變路徑必須重新配置硬件連續(xù)引導(dǎo)裝置，這種不能隨機(jī)地、自由地變更路徑的變域作業(yè)方式稱為非自由路徑變域作業(yè)方式。
[0006]大型零件(如:飛機(jī)、船舶、列車、大型油氣罐等)的加工或裝配往往有若干個(gè)部位需要進(jìn)行銑、鉆、擴(kuò)、鉸等切削加工或鉚、焊加工，在不同的加工部位進(jìn)行加工可稱為加工工位，當(dāng)不同加工工位之間的距離較大、工位的分布又是隨機(jī)的，采用定域作業(yè)和非自由路徑變域作業(yè)很難實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
[0007]作業(yè)領(lǐng)域可沿自由路徑變更的作業(yè)方式可稱為自由路徑變域作業(yè)方式(可簡(jiǎn)稱自由變域作業(yè))。自由變域作業(yè)由導(dǎo)向與定位控制裝置、變域裝置和作業(yè)機(jī)等實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)向與定位控制裝置自動(dòng)控制變域裝置沿自由路徑移動(dòng)到各個(gè)作業(yè)站點(diǎn)(即完成變域功能)，然后由作業(yè)機(jī)完成作業(yè)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種自由變域裝置，不僅可以靈活地實(shí)現(xiàn)自由變域，而且定位精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
[0009]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種自由變域裝置，包括有輪式行走車和自由變域?qū)蚣翱刂撇考?；輪式行走車包括有行走主體，行走主體的左、右兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件，行走主體的前部、后部分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)自由輪組件；自由變域?qū)蚣翱刂撇考?，包括有?shù)控單元、陀螺儀、兩個(gè)編碼器及四組超聲波傳感裝置，數(shù)控單元設(shè)置于行走主體的上面，陀螺儀位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪軸線的中部位置，兩個(gè)編碼器分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中的電機(jī)主軸同軸連接，四組超聲波傳感裝置分別設(shè)置于行走主體的前、后、左、右四個(gè)側(cè)面上；數(shù)控單元分別通過(guò)導(dǎo)線與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件、兩個(gè)編碼器、四組超聲波傳感裝置、陀螺儀連接。
[0010]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0011]每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件，包括有通過(guò)導(dǎo)線連接的驅(qū)動(dòng)輪和電機(jī)。
[0012]電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
[0013]編碼器為旋轉(zhuǎn)編碼器。
[0014]每組超聲波傳感裝置均由兩個(gè)相同的超聲波傳感器組成。
[0015]超聲波傳感器為模擬量超聲波傳感器。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果在于，
[0017]( I)本實(shí)用新型的自由變域裝置具有適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，既可適用于自由變域作業(yè)機(jī)+定域作業(yè)對(duì)象的作業(yè)方式，還可適用于定域作業(yè)機(jī)+自由變域作業(yè)對(duì)象的作業(yè)方式；
[0018](2)本實(shí)用新型的自由變域裝置不僅可以靈活地實(shí)現(xiàn)自由變域，而且定位精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；
[0019](3)本實(shí)用新型的自由變域裝置主要有陀螺儀、編碼器、超聲波傳感器、數(shù)控單元和輪式行走車，其中陀螺儀、編碼器、超聲波傳感器和數(shù)控單元均安裝在輪式行走車上，通過(guò)兩級(jí)定位方式實(shí)現(xiàn)輪式行走車的自由變域及精確定位功能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型自由變域裝置中輪式行走車的移動(dòng)路線示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型的自由變域裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型自由變域裝置中對(duì)輪式行走車進(jìn)行導(dǎo)向及定位的工作原理圖；
[0023]圖4是本實(shí)用新型自由變域裝置中對(duì)輪式行走車進(jìn)行位姿校正的工作狀態(tài)圖。
[0024]圖中，1.輪式行走車，1-1.行走主體，1-2.驅(qū)動(dòng)輪組件，1-3.數(shù)控單元，1_4.自由輪組件，1-5.陀螺儀，1-6.編碼器，1-7.超聲波傳感器，2.自由路徑，3.墻面，4.位姿校正標(biāo)識(shí)物。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]本實(shí)用新型的自由變域裝置的工作原理為:輪式行走車I的移動(dòng)路線如圖1所示，自由路徑2附近標(biāo)識(shí)有A、B、C、D為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的四個(gè)作業(yè)站點(diǎn)；輪式行走車I能夠沿預(yù)先設(shè)置的自由路徑2進(jìn)行移動(dòng)，輪式行走車I經(jīng)慣性導(dǎo)航(即第I級(jí)定位)移動(dòng)到每一個(gè)作業(yè)站點(diǎn)后，還要進(jìn)行位姿校正(即第2級(jí)定位)，然后由作業(yè)機(jī)進(jìn)行作業(yè)任務(wù)，一個(gè)作業(yè)站點(diǎn)的作業(yè)任務(wù)完成后，輪式行走車I再移動(dòng)到另一個(gè)作業(yè)站點(diǎn)，重復(fù)上述循環(huán)，直到全部作業(yè)任務(wù)完成。
[0027]本實(shí)用新型的自由變域裝置，其結(jié)構(gòu)圖2所示，包括有輪式行走車I和自由變域?qū)蚣翱刂撇考?；輪式行走車I包括有行走主體1-1，行走主體1-1的左、右兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2，行走主體1-1的前部、后部分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)自由輪組件1-4 ；自由變域?qū)蚣翱刂撇考?，包括有?shù)控單元1-3、陀螺儀1-5、兩個(gè)編碼器1-6及四組超聲波傳感裝置，數(shù)控單元1-3設(shè)置于行走主體1-1上面，陀螺儀1-5位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪軸線的中部位置，兩個(gè)編碼器1-6分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2中的電機(jī)主軸同軸連接，四組超聲波傳感裝置分別設(shè)置于行走主體1-1的前、后、左、右四個(gè)側(cè)面上；數(shù)控單元1-3分別通過(guò)導(dǎo)線與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2、兩個(gè)編碼器1-6、四組超聲波傳感裝置、陀螺儀1-5連接。
[0028]每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件，包括有通過(guò)導(dǎo)線連接的驅(qū)動(dòng)輪和電機(jī)，電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
[0029]編碼器1-6為旋轉(zhuǎn)編碼器。
[0030]每組超聲波傳感裝置由兩個(gè)相同的超聲波傳感器1-7組成；超聲波傳感器1-7為模擬量超聲波傳感器。
[0031]本實(shí)用新型自由變域裝置內(nèi)各部件之間的相互作用如下:
[0032]由數(shù)控單元1-3、陀螺儀1-5、編碼器1-6 —起構(gòu)成輪式行走車I的自由變域控制單元；由數(shù)控單元1-3、超聲波傳感器1-7和后續(xù)的位姿校正標(biāo)識(shí)物4 一起構(gòu)成輪式行走車I的位姿校正控制單元。
[0033]行走主體1-1上的數(shù)控單元1-3用于對(duì)輪式行走車I實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向及定位；
[0034]行走主體1-1的左、右兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2 (共有2個(gè))，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2均由數(shù)控單元1-3控制，帶動(dòng)輪式行走車I自動(dòng)行走和差速轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)向及定位；
[0035]行走主體1-1的前部、后部各設(shè)置有一個(gè)自由輪組件1-4 (共有2個(gè))，自由輪組件1-4本身無(wú)動(dòng)力源，僅對(duì)輪式行走車I起支承作用。
[0036]陀螺儀1-5和編碼器1-6用于對(duì)輪式行走車I在行走途中進(jìn)行慣性導(dǎo)航及定位，輪式行走車I內(nèi)側(cè)(靠近作業(yè)站點(diǎn))的超聲波傳感器1-7用于對(duì)輪式行走車I在到達(dá)作業(yè)站點(diǎn)前進(jìn)行位姿校正，兩級(jí)定位均采用了閉環(huán)控制方式，具體方式如下:
[0037]1.本實(shí)用新型自由變域裝置中的變域裝置采用的是輪式行走車1，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和差速轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)向，其導(dǎo)向和行走為數(shù)字伺服控制，可以方便地實(shí)現(xiàn)自由路徑變域；輪式行走車I前、后向的超聲波傳感器1-7在行走途中進(jìn)行避障探測(cè)，將得到的信息及時(shí)輸入數(shù)控單元1-3內(nèi)進(jìn)行處理，由數(shù)控單元1-3控制驅(qū)動(dòng)輪組件1-2動(dòng)作，避免輪式行走車I與其他無(wú)關(guān)物體碰撞；安裝在驅(qū)動(dòng)輪組件1-2上的編碼器1-6把機(jī)械變化量轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)后輸出到數(shù)控單元1-3，數(shù)控單元1-3通過(guò)檢測(cè)編碼器1-2轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)就可以計(jì)算出輪式行走車I的實(shí)時(shí)距離；輪式行走車I實(shí)時(shí)的方向角通過(guò)對(duì)陀螺儀1-5的角速率輸出信號(hào)進(jìn)行積分得到，將得到的當(dāng)前航位信息與目標(biāo)航位信息進(jìn)行比較得到航位偏差并送入數(shù)控單元1-3，數(shù)控單元1-3控制驅(qū)動(dòng)輪組件1-2對(duì)輪式行走車I進(jìn)行導(dǎo)向與再定位，這樣構(gòu)成了輪式行走車I的第一級(jí)定位閉環(huán)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，保證了輪式行走車I的航位控制精度。
[0038]2.輪式行走車I到達(dá)作業(yè)站點(diǎn)之前，輪式行走車I內(nèi)側(cè)(靠近作業(yè)站點(diǎn))的超聲波傳感器1-7與預(yù)設(shè)的位姿校正標(biāo)識(shí)物4 (如圖4所示)配合采集位置參數(shù)，通過(guò)將當(dāng)前位姿信息與目標(biāo)位姿信息進(jìn)行比較得到位姿偏差并送入數(shù)控單元1-3及時(shí)進(jìn)行計(jì)算，控制驅(qū)動(dòng)輪組件1-2，對(duì)輪式行走車I進(jìn)行位姿校正，以修正輪式行走車I在行走途中的累積位姿誤差，此過(guò)程構(gòu)成了輪式行走車I的第二級(jí)定位閉環(huán)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而保證了輪式行走車I的位姿控制精度。
[0039]如圖3所示，將用陀螺儀1-5和編碼器1-6或超聲波傳感器1_7檢測(cè)到的輪式行走車I的當(dāng)前位姿與目標(biāo)位姿進(jìn)行比較，并將位姿偏差送入數(shù)控單元1-3，數(shù)控單元1-3控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件1-2對(duì)輪式行走車I進(jìn)行導(dǎo)向控制及位姿校正，圖4是本實(shí)用新型自由變域裝置內(nèi)輪式行走車I的位姿校正示意圖，具體位姿校正方法為:
[0040]在作業(yè)站點(diǎn)附近的墻面3上預(yù)先設(shè)置有輪式行走車I所對(duì)應(yīng)引導(dǎo)的位姿校正標(biāo)識(shí)物4，在輪式行走車I到達(dá)作業(yè)站點(diǎn)前，利用輪式行走車I內(nèi)側(cè)(靠近作業(yè)站點(diǎn))的超聲波傳感器1-7與預(yù)設(shè)的位姿校正標(biāo)識(shí)物4配合，對(duì)輪式行走車I進(jìn)行位姿校正(第2級(jí)定位)，以修正輪式行走車I在慣性導(dǎo)航(第I級(jí)定位)中所產(chǎn)生的累積位姿誤差。
[0041]本實(shí)用新型的自由變域裝置適用范圍廣，既適用于自由變域作業(yè)機(jī)與定域作業(yè)對(duì)象的作業(yè)方式，還適用于定域作業(yè)機(jī)與自由變域作業(yè)對(duì)象的作業(yè)方式，將慣性導(dǎo)引技術(shù)與超聲波導(dǎo)引技術(shù)相結(jié)合，不僅可以靈活地實(shí)現(xiàn)自由變域，而且定位精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
【權(quán)利要求】
1.一種自由變域裝置，其特征在于，包括有輪式行走車(I)和自由變域?qū)蚣翱刂撇考? 所述輪式行走車(I)包括有行走主體(1-1 )，所述行走主體(1-1)的左、右兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件(1-2)，所述行走主體(1-1)的前部、后部分別對(duì)稱設(shè)置有一個(gè)自由輪組件(1-4)； 所述自由變域?qū)蚣翱刂撇考?，包括有?shù)控單元(1-3)、陀螺儀(1-5)、兩個(gè)編碼器(1-6)及四組超聲波傳感裝置，所述數(shù)控單元(1-3)設(shè)置于所述行走主體(1-1)上面，所述陀螺儀(1-5)位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪軸線的中部位置，所述兩個(gè)編碼器(1-6)分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件(1-2)中的電機(jī)主軸同軸連接，所述四組超聲波傳感裝置分別設(shè)置于所述行走主體(1-1)的前、后、左、右四個(gè)側(cè)面上所述數(shù)控單元(1-3)分別通過(guò)導(dǎo)線與所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組件(1-2)、兩個(gè)編碼器(1-6)、四組超聲波傳感裝置、陀螺儀(1-5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由變域裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)輪組件(1-2)包括有通過(guò)導(dǎo)線連接的驅(qū)動(dòng)輪和電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自由變域裝置，其特征在于，所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由變域裝置，其特征在于，所述編碼器(1-6)為旋轉(zhuǎn)編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由變域裝置，其特征在于，所述每組超聲波傳感裝置由兩個(gè)相同的超聲波傳感器(1-7 )組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由變域裝置，其特征在于，所述超聲波傳感器(1-7)為模擬量超聲波傳感器。
【文檔編號(hào)】G05D1/08GK203759541SQ201420128327
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】楊幸芳, 王曉華, 張衛(wèi)國(guó), 馬麗萍 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)