用于物料车连接的自动脱挂销机构及其自动脱挂方法
阅读说明：本技术 用于物料车连接的自动脱挂销机构及其自动脱挂方法 (Automatic unhooking pin mechanism for connecting material vehicle and automatic unhooking method thereof ) 是由 刘鹏 孟凡仪 陈博 陈孝宝 毛玉喜 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于物料车连接的自动脱挂销机构及其自动脱挂方法,其属于AGV脱挂销技术领域。它主要包括底板一,底板一上设有与连接销对应的导向口和与导向口配合的检测传感器,底板一上设有导向轴承,导向轴承内设有可上下移动的电动推杆,电动推杆上端通过铰接的连杆机构设有销挡板。本发明通过连接销检测传感器,实现了牵引装置的自动连接物料车和自动断开物料车的功能。本发明主要用于牵引型AGV与物料车的自动脱挂销。(The invention discloses an automatic unhooking pin mechanism for connecting a material vehicle and an automatic unhooking method thereof, and belongs to the technical field of Automatic Guided Vehicle (AGV) unhooking pins. The detection device mainly comprises a first base plate, wherein a guide opening corresponding to a connecting pin and a detection sensor matched with the guide opening are arranged on the first base plate, a guide bearing is arranged on the first base plate, an electric push rod capable of moving up and down is arranged in the guide bearing, and a pin baffle is arranged at the upper end of the electric push rod through a hinged connecting rod mechanism. According to the invention, the functions of automatically connecting and disconnecting the material vehicle of the traction device are realized through the connecting pin detection sensor. The automatic unhooking pin is mainly used for automatic unhooking pins of a traction type AGV and a material vehicle.)
技术领域
本发明属于AGV脱挂销技术领域，具体地说，尤其涉及一种用于物料车连接的自动脱挂销机构及其自动脱挂方法。
背景技术
牵引型AGV主要用于牵引多个物料车，实现物料的自动化转移。目前行业内多采用人工挂销，以实现牵引型AGV与物料车之间连接。当需要断开连接时，也多是需要人工干预，大大降低了自动化的效率，提高了人工成本的投入。现有的牵引型AGV上通常设有销结构，物料车上为孔结构，连接时，先将牵引型AGV上的销提升，然后移动物料车，使物料车连接板上的孔与销对齐，最后放下销，使销孔配合，完成挂销动作；断开连接时，先将牵引型AGV上的销提升，然后开动AGV，使物料车与AGV断开后，再使销回位。人工在整个过程的干预中，也给自动化流程的管控带入了更多的不确定性，甚至是安全风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于物料车连接的自动脱挂销机构及其自动脱挂方法，该机构通过连接销检测传感器，实现了牵引装置的自动连接物料车和自动断开物料车的功能。
所述的用于物料车连接的自动脱挂销机构，包括底板一，底板一上设有与连接销对应的导向口和与导向口配合的检测传感器，底板一上设有导向轴承，导向轴承内设有可上下移动的电动推杆，电动推杆上端通过铰接的连杆机构设有销挡板。
优选地，所述连杆机构包括连杆一和连杆二，连杆一一端与连杆二铰接，连杆一另一端与电动推杆铰接，连杆二另一端与底板一铰接，销挡板安装于连杆二上。
优选地，所述底板一下方设有底板二，底板二上通过安装架设有接近开关，电动推杆底部设有与接近开关配合的电磁感应环。
优选地，所述检测传感器为对射光电开关，检测传感器与底板一固定连接。
优选地，还包括弹簧缓冲单元，弹簧缓冲单元包括平行放置的缓冲板一和缓冲板二，缓冲板一和缓冲板二之间设有三根以上的导向光轴，导向光轴上套接有弹簧，导向光轴一端与缓冲板一固定连接，导向光轴另一端贯穿缓冲板二，底板一和底板二分别与缓冲板二固定连接。
优选地，还包括牵引装置，缓冲板一与牵引装置固定连接,牵引装置前后两侧分别设有第一磁导航和第三磁导航，牵引装置上设有转向角度反馈装置，转向角度反馈装置上设有第二磁导航，转向角度反馈装置包括上设有转向角度检测单元。
优选地，所述转向角度反馈装置包括连接杆，连接杆底部设有叉座，连接杆顶部通过轴承与联轴器连接，联轴器与转向角度检测单元连接，转向角度反馈装置通过叉座与牵引装置上的铰接轴连接。
所述的用于物料车连接的自动脱挂销方法，包括以下步骤：
S1：牵引装置到达预定倒车位置后自动停车，同时自动脱挂销机构上的电动推杆驱动连杆机构，使销挡板处于打开状态，销挡板打开后，开始执行倒车程序；
挂销时，牵引装置向物料车所处位置进行自动倒车，此时，物料车上的连接销进入导向口内，待牵引装置倒退到指定位置后，牵引装置自动停车；
S2：若检测传感器感应到连接销后，电动推杆开始收缩，带动连杆机构动作，使销挡板放置水平，完成自动挂销动作，此时，连接销处于销挡板内；
S3：若检测传感器无法感应到连接销，则启动牵引装置上的报警系统；
S4：牵引装置到达预定脱销位置后，进行脱销，电动推杆向上伸出至其上限位，带动连杆机构动作，使销挡板向上运动，呈打开状态，实现自动脱销；
S5：脱销完成后，牵引装置前行300mm以上，直至指定位置，待检测传感器检测不到连接销后，电动推杆收缩至其下限位，完成脱销作业。
优选地，所述牵引装置前进时，第二磁导航与地面上的位置环配合；牵引装置后退时，转向角度检测单元实时输出驱动轮的偏离角度，并通过控制器控制第一磁导航和第三磁导航进行纠偏。
优选地，所述牵引装置后退时的纠偏过程包括以下步骤：
S1:计算每辆AGV的零点位置，确定其转向角度检测单元的安装位置；
S2:计算第一控制系统的差速速度V1’：通过第一磁导航的实时偏差值P1，依靠位置环PID求出驱动轮的纠偏角度α1 *；位置环PID输出的纠偏角度α1 *作为速度环的给定跟踪角度，转向角度检测单元实时采集的驱动偏离角度α1作为速度环PID计算，求出第一磁导航偏差时驱动轮纠偏的差速速度V1’；
S3:计算第二控制系统的差速速度V2’：与S2步骤相同，算出第三磁导航偏差时驱动轮纠偏的差速速度V2’，各位置环和速度环的PID参数与第一控制系统共用；
S4:后退时，第三磁导航决定是否运行自动脱挂销机构；在后退纠偏过程中，第一磁导航的偏移范围控制在额定偏移范围内，并根据K1+K2≈1，K1：K2＝1/(r1:r2)，r1<r2，V1＝K1*V1’，V2＝K2*V2’，最后得到V＝K1*V1’+K2*V2’＝V1+V2，V为最终驱动轮纠偏的差速速度；
S5:调试驱动器内部的双闭环控制，即速度环和电流环，保证驱动器的跟踪性能；
S6:依靠左右两个轮子的速度差实现转弯和直行，根据步骤4中得出的最终驱动轮纠偏的差速速度V，在驱动轮原有的目标速度上进行传统的差速处理，即实现单向差速型AGV后退功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明增设自动脱挂销机构，实现了牵引装置与物料车自动连接和自动断开，且所有的动作，都通过信号反馈，实现了整个控制回路的闭环控制；
2、自动脱挂销机构上增设连接销检测传感器，可实时检测连接销的有无，实现了挂销是否成功的信息反馈，及转运过程中是否脱销的信息反馈，大大提升了自动脱挂销功能的安全性；
3、自动脱挂销机构与牵引装置配合，实现在挂销成功时，牵引装置执行转运任务；在挂销未成功时，牵引装置发出报警信号，任务暂停；
4、牵引装置上增设转向角度反馈装置，其制造及装配简单，生产成本低，实现了前进及后退时驱动轮的角度纠偏和速度纠偏，大大提高了牵引装置在后退时自动脱挂销的准确性，从而提升了工作效率；
5、本发明采用双闭环PID控制方法来控制单向差速型AGV实现精准倒车。本发明控制方法与传统的双闭环控制差别在于：1)输出的驱动差速速度V作用到左右驱动轮上，进而反应到位置环的输入P1、P3、以及α1、α3上，通过磁导航的实际值和电位计的实际值分别作为位置环和速度环的输入值，使得驱动差速速度V更准确；2)驱动差速速度V由两个控制系统按比例耦合求出，V＝V1+V2＝K1*V1’+K2*V2’；目的是为了前后磁导航均在可控制范围内，从而提高了单向差速型AGV的倒车可靠性。
附图说明
图1为自动脱挂销机构在脱销状态下的结构示意图；
图2为自动脱挂销机构在挂销状态下的结构示意图；
图3为本发明的脱销状态参考图；
图4为本发明的挂销状态参考图；
图5为转向角度反馈装置的结构示意图；
图6为转向角度反馈装置的使用状态参考图；
图7为牵引装置的俯视图；
图8为牵引装置倒车的控制原理图。
图中，1、缓冲板一；2、缓冲板二；3、弹簧；4、导向光轴；5、；6、电动推杆；7、连杆一；8、销挡板；9、底板一；10、检测传感器；11、导向口；12、底板二；13、接近开关；14、电磁感应环；15、连杆二；16、物料车；17、连接销；18、牵引装置；19、转向角度反馈装置；20、铰接轴；21、转向角度检测单元；22、叉座；23、连接杆；24、安装座；25、轴承座；26、轴承；27、联轴器；28、第一磁导航；29、第二磁导航；30、第三磁导航。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例一：如图1和图2所示，用于物料车连接的自动脱挂销机构，包括底板一9，底板一9上设有与连接销17对应的导向口11和与导向口11配合的检测传感器10，底板一9上设有导向轴承5，导向轴承5内设有可上下移动的电动推杆6，电动推杆6上端通过铰接的连杆机构设有销挡板8。
本实施例中导向口11远离销挡板8的方向呈开口结构，优选为V形结构，V形导向口11更便于挂销。
实施例二：连杆机构包括连杆一7和连杆二15，连杆一7的一端与连杆二15铰接，连杆一7的另一端与电动推杆6顶部的安装板铰接，连杆二15的一端与底板一9铰接，销挡板8安装于靠近连杆二15另一端的下端面上，销挡板8靠近检测传感器10的一侧为圆弧形结构，以便与连接销17更好的配合。
底板一9下方设有底板二12，底板二12上通过安装架设有两个接近开关13，两个接近开关13分别控制电动推杆6的上限位和下限位，电动推杆6底部设有与两个接近开关13配合的电磁感应环14。
自动脱挂销机构还包括弹簧缓冲单元，弹簧缓冲单元包括平行放置的缓冲板一1和缓冲板二2，缓冲板一1和缓冲板二2之间设有三根以上的导向光轴4，优选为四根导向光轴4，四根导向光轴4分别设置于缓冲板一1和缓冲板二2的四角处，导向光轴4上套接有弹簧3，弹簧3两端分别与缓冲板一1和缓冲板二2相抵触，导向光轴4一端与缓冲板一1固定连接，导向光轴4另一端贯穿缓冲板二2，底板一9和底板二12分别与缓冲板二2固定连接。
如图3和图4所示，本发明还包括牵引装置18，缓冲板一1与牵引装置18固定连接,牵引装置18前后两侧分别设有第一磁导航28和第三磁导航30，牵引装置18上设有转向角度反馈装置19，转向角度反馈装置19上设有第二磁导航29，转向角度反馈装置19包括上设有转向角度检测单元21；第一磁导航28和第三磁导航30主要用于在牵引装置18倒车时，配合转向角度检测单元21进行角度和速度纠偏，第二磁导航29主要用于在牵引装置18前进时进行纠偏。
如图5和图6所示，转向角度反馈装置19包括连接杆23，连接杆23底部设有叉座22，连接杆23顶部通过轴承26与联轴器27连接，轴承26通过轴承座25与安装座24固定连接，联轴器27与转向角度检测单元21连接，转向角度反馈装置19通过叉座22与牵引装置18上的铰接轴20连接；其它与实施例一相同。
本发明的检测传感器10选用对射光电开关，检测传感器10与底板一9固定连接，检测传感器10用于实时检测连接销17的存在，从而对挂销是否成功进行信息反馈。
如图3和图4所示，用于物料车连接的自动脱挂销方法，包括以下步骤：
S1：牵引装置18到达预定倒车位置后与地面上的电磁环感应，使牵引装置18自动停车，同时自动脱挂销机构上的电动推杆6伸出，电动推杆6驱动连杆机构，使销挡板8处于打开状态，电动推杆6上的电磁感应环14与上部的接近开关13感应后，牵引装置18开始执行倒车程序进行挂销；
挂销时，牵引装置18向物料车16所处位置自动倒车，随着牵引装置18倒车，物料车16上的连接销17进入导向口11内，待牵引装置18倒退到指定位置后，牵引装置18自动停车；
S2：若检测传感器10感应到连接销17后，电动推杆6开始收缩，带动连杆机构动作，使销挡板8放置水平，完成自动挂销动作，此时，连接销17处于销挡板8内；
S3：若检测传感器10无法感应到连接销17，则启动牵引装置18上的报警系统，报警系统为牵引装置18上的自带系统，检测传感器10与报警系统电连接；
S4：牵引装置18到达预定脱销位置后，进行脱销，电动推杆6向上伸出至其上限位，带动连杆机构动作，使销挡板8向上运动，呈打开状态，实现自动脱销；
S5：脱销完成后，牵引装置18前行300mm以上，直至指定位置，待检测传感器10检测不到连接销17后，电动推杆6收缩至其下限位，完成脱销作业。
如图7所示，牵引装置18前进时，第二磁导航29与地面上的位置环配合；牵引装置18后退时，转向角度检测单元21实时输出驱动轮的偏离角度，并通过控制器控制第一磁导航28和第三磁导航30进行纠偏。转向角度检测单元21选用电位计。
本发明牵引装置18为单向差速型AGV，现有的单向差速型AGV没有后退功能，本发明通过双闭环PID控制方法实现单向差速型AGV倒车，原理如下：
如图8所示，P1 *为第一磁导航的跟踪给定值；P1为第一磁导航的实际值；α1 *为第一磁导航位置环PID输出纠偏角度，为速度环给定输入值；α1为实际电位计读出的AGV驱动实际角度值；V1’为第一磁导航偏差经过PID计算后所计算出的速度差值；P3 *为第三磁导航的跟踪给定值；P3为第三磁导航的实际值；α3 *为第三磁导航位置环PID输出纠偏角度，为速度环给定输入值；α3为实际电位计读出的AGV驱动实际角度值，其中α1＝α3；V2’为第三磁导航偏差经过PID计算后所计算出的速度差值。
K1、K2为比例系数，其中，K1+K2≈1，K1：K2＝1/(r1:r2)，r1为第一磁导航中心位置到驱动中心位置的距离，r2为第三磁导航中心位置到驱动中心位置的距离；
V1和V2分别为根据第一磁导航和第三磁导航计算出的实际纠偏值，其中V1＝K1*V1’，V2＝K2*V2’；V为根据两个磁导航计算出来的差速驱动轮的速度纠偏，即差速速度，其中V＝V1+V2。
单向差速型AGV的特点是两个驱动轮分别需要一个驱动电机控制，并通过两个轮子的速度差来调节差速，所以控制单向差速型AGV后退的重要因素在于计算出两个驱动轮之间的差速速度V。
单向差速型AGV后退时的纠偏过程包括以下步骤：
S1:计算每辆AGV的零点位置，确定其电位计的安装位置；
AGV驱动的左右旋转的极限是±120°，当驱动碰到左极限时，电位计的参数为A1，度数对应-120°；当驱动碰到右极限时，电位计的参数为A2，度数对应+120°；驱动可根据电位计读出的实时值A，并计算出驱动的偏移角度值α，计算步骤为先标准化后缩放：
标准化计算公式：OUT＝(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)，
MAX为驱动碰到右极限时电位计的值A2；MIN为驱动碰到左极限时电位计的值A1；VALUE为电位计实时值A；OUT为电位计实时值标准化后的值；
缩放计算公式：OUT＝[VALUE*(MAX–MIN)]+MIN，
MAX为右极限对应的角度+120°；MIN为左极限对应的角度-120°；VALUE为标准化计算值；OUT为当前AGV驱动的实际角度值α；
偏移角度值α＝0时，即为每辆AGV的零点位置。
S2:计算第一控制系统的差速速度V1’：通过第一磁导航28的实时偏差值P1，依靠位置环PID求出驱动轮的纠偏角度α1 *；位置环PID输出的纠偏角度α1 *作为速度环的给定跟踪角度，转向角度检测单元21实时采集的驱动偏离角度α1作为速度环PID计算，求出第一磁导航偏差时驱动轮纠偏的差速速度V1’；
Kp1为位置环比例系数，Ti1为位置环积分系数，Td1为速度环微分系数，e1(t)为(P1 *-P1)，P1 *为第一磁导航的跟踪给定值，P1为第一磁导航的实际偏差值；
Kp2为速度环比例系数，Ti2为速度环积分系数，Td2为速度环微分系数，e2(t)为(α1 *-α1)。
S3：计算第二控制系统的差速速度V2’：与S2步骤相同，算出第三磁导航30偏差时驱动轮纠偏的差速速度V2’，各位置环和速度环的PID参数与第一控制系统共用。
S4：后退时，第三磁导航30决定是否运行自动脱挂销机构；在后退纠偏过程中，第一磁导航28的偏移范围控制在额定偏移范围内，该额定偏移范围与选用的磁导航有关，并根据K1+K2≈1，K1∶K2＝1/(r1∶r2)，r1＜r2，V1＝K1*V1’，V2＝K2*V2’，最后得到V＝K1*V1’+K2*V2’＝V1+V2，V为最终驱动轮纠偏的差速速度。
S5：调试驱动器内部的双闭环控制，即速度环和电流环，保证驱动器的跟踪性能。
S6：依靠左右两个轮子的速度差实现转弯和直行，根据最终驱动轮纠偏的差速速度V，在驱动轮原有的目标速度上进行传统的差速处理，即实现单向差速型AGV后退功能。
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