双轮驱动单轨运输机及其过弯控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，所述单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，在经过弯道的连续四个阶段内，所述前轮的行进速度在第一阶段和第二阶段内保持恒定的第一速度，在第三阶段内由所述第一速度持续减小至第三速度，在第四阶段内由第三速度持续增加至所述第一速度；所述后轮的行进速度在第一阶段内由所述第一速度持续减小至第二速度，在第二阶段内由第二速度持续增加至所述第一速度，在第三阶段和第四阶段内保持所述第一速度。与现有技术相比，对前后轮的速度控制符合单轨输送机前后轮实际的速度变化规律，避免了由于实际速度与输出速度不匹配造成的速度波动，保证了输送机在转弯过程中平滑、稳定的行走。
【专利说明】双轮驱动单轨运输机及其过弯控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单轨运输机，特别涉及一种应用于弯道转弯半径小于单轨运输机前后轮距的双轮驱动单轨运输机。
【背景技术】
[0002]单轨运输机常用于物流行业、钢铁行业、汽车行业等输送系统，例如高架仓库的堆垛机，线材酸洗线的工作机等。输送机主要由行走机构，升降机构等部件组成，行走机构在与地面平行的由直道和弯道组成的轨道上运行，用于搬运沿轨道分布的输送系统内的单元货物。
[0003]现有的单轨运输机的行走机构有单轮和双轮两种。单轮驱动的运输机适用于负载较小或运行速度较低的系统使用，负载大或速度高都会造成运输机打滑，无法准确定位并对硬件造成损伤，因此很多运输机选择使用前后双轮驱动。双轮驱动的输送机选用两台相同的电机并联驱动，由一台变频器同时为两台电机供电，保证两台电机同步运转。双轮驱动运输机在驶入弯道时，硬件上采用自动强迫换速方法，将高速换成中速，并以中速驶过弯道。
[0004]在上述过程中，运输机的前轮和后轮在驶入弯道的整个运动过程中实际运转速度是完全不一样的，并且有非常大的差别，采用相同频率进行控制会造成运输机速度很大的波动，对硬件造成很大的损害，并且造成货物从运输机掉落导致经济损失甚至人员伤害。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种双轮驱动单轨运输机及其过弯控制方法，用以解决现有技术中电机输出的速度与前后轮实际运行速度不一致造成速度波动大、硬件容易损坏的问题。
[0006]本发明提供了一种双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，所述单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，包括以下步骤:
[0007]在第一阶段内，所述前轮的行进速度保持恒定的第一速度，所述后轮的行进速度由所述第一速度持续减小至第二速度，其中所述第一阶段为所述前轮驶入弯道至所述前轮驶出弯道的时间；
[0008]在第二阶段内，所述前轮的行进速度保持所述第一速度，所述后轮的行进速度由第二速度持续增加至所述第一速度，所述第二阶段为所述第一阶段结束至所述后轮的行进速度增加至第一速度的时间；
[0009]在第三阶段内，所述后轮的行进速度保持所述第一速度，所述前轮的行进速度由所述第一速度持续减小至第三速度，其中所述第三阶段为所述第二阶段结束至所述后轮驶入弯道的时间；
[0010]在第四阶段内，所述后轮的行进速度保持所述第一速度，所述前轮的行进速度由第三速度持续增加至所述第一速度，所述第四阶段为所述第三阶段结束至所述后轮驶出弯道的时间。
[0011]进一步地，在第一阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
^r *(1 -cosA)
cos(‘ -arcsin(r ))
[0012]VR=V,---
r-(1-cos' )
cos(arcsin( -r ))
L
[0013]式中，VK为后轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0014]进一步地，在第二阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
η
x + r---r
[0015]----1---
L.cos(y - arccos(.v + r- —.r))
[0016]式中，VK为后轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0017]进一步地，在第三阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
L.cos( z - arccos(.v + r-.r))
[0018]Vp = v,--2-2_
π
x + r---r
2
[0019]式中，VF为前轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0020]进一步地，在第四阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
[0021]
￡2 -2.r2 -(x- —.r)') L2 +.r — x)2) x-—*r r
cos(arcsin( -^ ) - arcsin(-, ^) + arctan(---) + arctan(-))
? jcλ/ 7 jt7"r兀..2*r.r~ +(—-r-x)' 2-rJr' +(—*r-x)' x_yrVF=lt -^^-?-?---
cos(arcsin( ,_-)-ai uii( -二 ))
2-r^jr2 +(j-r-x)2!
[0022]式中，VF为前轮的行进速度,为第一速度,X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0023]本发明还提供了一种双轮驱动单轨运输机，包括控制机构、由两台电机组成的驱动机构以及由前轮和后轮组成的行走机构，所述单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，其特征在于，所述控制机构包括两台独立的变频器，分别连接两台电机，所述前轮和后轮分别由一台电机驱动，所述变频器通过控制所述电机的转速，进而控制所述前轮和后轮的行进速度；
[0024]所述前轮的行进速度在第一阶段和第二阶段内保持恒定的第一速度，在第三阶段内由所述第一速度持续减小至第三速度，在第四阶段内由所述第三速度持续增加至所述第一速度；
[0025]所述后轮的行进速度在第一阶段内由所述第一速度持续减小至第二速度，在第二阶段内由所述第二速度持续增加至所述第一速度，在第三阶段和第四阶段内保持所述第一速度；
[0026]其中，所述第一阶段为所述前轮驶入弯道至所述前轮驶出弯道的时间，所述第二阶段为所述第一阶段结束至所述后轮的行进速度增加至第一速度的时间，所述第三阶段为所述第二阶段结束至所述后轮驶入弯道的时间，所述第四阶段为所述第三阶段结束至所述后轮驶出弯道的时间，所述第二速度为所述后轮在第一阶段末的速度，所述第三速度为所述前轮在第三阶段末的速度。
[0027]进一步地，在第一阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
r - Π - cos ^)
V*、
cos(‘ -arcsin(r ))
[0028]Vr =V1-----
(卜 CO；T )
cos(arcsin( — r ))
L
[0029]式中，VK为后轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0030]进一步地，在第二阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
π
Χ + Γ—一_广
[0031]VR = Vl--------
L.cos(^ - arccos(.v + r - —.r))
[0032]式中，VK为后轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0033]进一步地，在第三阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
jl冗
L ^cosC - arccos(.v + r-y -r))
[0034]VF = V{--2---2-
x + r---r
2
[0035]式中，VF为前轮的行进速度,为第一速度,x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0036]进一步地，在第四阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
[0037]
i2—2.γ2-(χ — — -r)2) Is +(—.γ-χ)2) X- —.r^
(jicsin(- --tL- )-arcsin(— ,_?-=) + arctan(-2_) + an.un())
2■ rjr2 + (— ■ r -x)22-rJr" +(—-r-x)2Λ _ γ'r
vF = vx--^-?--^-?---
1} +(--r-x)2) x~-r
cos(arcsin(-, z) - arctan(----))
2-rJr2 + (|, r-x疒
[0038]式中，VF为前轮的行进速度,为第一速度,χ为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
[0039]本发明有益效果如下:
[0040]1、在进入弯道后，分别改变前后轮速度，符合单轨输送机前后轮实际的速度变化规律，避免了由于实际速度与输出速度不匹配造成的速度波动，保证了输送机在转弯过程中平滑、稳定的行走。
[0041]2、如果第三阶段、第四阶段仍然采用前轮为主速度保持恒定不变，根据计算得出后轮的速度变化会越来越大，在转弯过程中会产生很大的轮压，导致输送机向圆心方向抖动，由此对速度也会造成很大的波动。因此这两个阶段采用后轮为主速度保持不变的方法，既保证了输送机行走的速度，又保持了很高的稳定性。
[0042]3、适用弯道转弯半径小于输送机轮距的轨道，节省了轨道安装空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本发明实施例提供的一种双轮驱动单轨运输机过弯控制方法；
[0044]图2为本发明实施例中第一阶段开始时的状态示意图；
[0045]图3为本发明实施例中第一阶段结束时的状态示意图；
[0046]图4为本发明实施例中第二阶段结束时的状态示意图；
[0047]图5为本发明实施例中第三阶段结束时的状态示意图；
[0048]图6为本发明实施例中第四阶段结束时的状态示意图；
[0049]图7为本发明实施例提供的一种双轮驱动单轨运输机的结构示意图；
[0050]图8为本发明实施例提供的双轮驱动单轨运输机在过小弯道时前轮和后轮行进速度曲线图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
[0052]实施例
[0053]本发明实施例提供了一种双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，该方法适用于单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径的场景，该方法的控制过程分为四个阶段，在每个阶段中通过改变前轮或后轮的行进速度，来保证单轨输送机在转弯过程中平滑、稳定的行走。
[0054]该方法的具体步骤如图1所示，包括:
[0055]步骤101，在第一阶段内，前轮的行进速度保持恒定的第一速度，后轮的行进速度由第一速度持续减小至第二速度。
[0056]其中，第一阶段为前轮驶入弯道至前轮驶出弯道的时间，图2和图3分别示出了第一阶段开始和第一阶段结束时单轨输送机的行进状态。
[0057]步骤102，在第二阶段内，前轮的行进速度保持第一速度，后轮的行进速度由第二速度持续增加至第一速度。
[0058]其中，第二速度为后轮在第一阶段末的速度，第二阶段为第一阶段结束至后轮的行进速度增加至第一速度的时间，图3和图4分别示出了第二阶段开始和第二阶段结束时单轨输送机的行进状态。
[0059]步骤103，在第三阶段内，后轮的行进速度保持第一速度，前轮的行进速度由第一速度持续减小至第三速度。
[0060]其中，第三阶段为第二阶段结束至后轮驶入弯道的时间，图4和图5分别示出了第三阶段开始和第三阶段结束时单轨输送机的行进状态。
[0061]步骤104，在第四阶段内，后轮的行进速度保持第一速度，前轮的行进速度由第三速度持续增加至第一速度。
[0062]其中，第三速度为前轮在第三阶段末的速度，第四阶段为第三阶段结束至后轮驶出弯道的时间，图5和图6分别示出了第四阶段开始和第四阶段结束时单轨输送机的行进状态。上述图2至图6中，F表示前轮位置，R表示后轮位置，L表示前后轮距，r表示弯道转弯半径。
[0063]在第一阶段内，后轮的行进速度根据以下公式确定:
v r-(1-cos ')
cos(' -arcsin( - r ))
[0064]VR = \^--^-
r -(1 - cos ^ )
cos(arcsin(——^ r ))
[0065]在第二阶段内，后轮的行进速度根据以下公式确定:
π
x + r- — r
[0066]Vr = V1--------
L - cos1- arccos(.v + r -./.))
'2 2..
[0067]在第三阶段内，前轮的行进速度根据以下公式确定:
r ,π, π 、、
L ■ co$( - arccos(.v + r - -r))
[0068]VF = K--2-1-
x + r-1.r
2
[0069]在第四阶段内，前轮的行进速度根据以下公式确定:
[0070]
L1 -2-r1 -{x-^-r)1) Is +(^τ-χ)2) x_|.rr
cos(arcsin( ,--- ) - arcsin( (----) + arctanf ^ -) + arctan())
2-rJr2 +(—-r-x)22-rJr2 +(—-r-x)2Tx_~'r
VF = VX--1^-?-
L2 +(^-r-x)2)x~j~r
(i csin( , “) - arctan(— 一 ))
2-rJr2 +(j-r-x)21
[0071]式中，VF为前轮的行进速度；
[0072]VKS后轮的行进速度，；
[0073]Vi为第一速度，即为前轮驶入弯道前，单轨输送机运行的基准速度；
[0074]r为弯道的转弯半径；
[0075]L为前后轮距；
[0076]X为前轮驶入弯道后的行进距离，即为第一阶段开始后，前轮累计进行的总距离。该距离可以通过在前轮上设置传感器的方式获得，例如设置一个检测前轮旋转角度Θ或者转数η的传感器，由于前轮的轮径R’是已知量，由此可以计算出前轮的进行距离X可以通过X = Θ.R’或X = η.(2 π R’)计算得到。
[0077]基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种双轮驱动单轨运输机，由于该单轨运输机解决问题的原理与上述方法相似，因此该单轨运输机的实施可以参见对应方法的实施，重复之处不再赘述。
[0078]如图7所示，本发明实施例提供的一种双轮驱动单轨运输机，包括控制机构710、由两台电机721组成的驱动机构720以及由前轮731和后轮732组成的行走机构730，单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，控制机构710包括两台独立的变频器711，分别连接两台电机721，前轮731和后轮732分别由一台电机721驱动，变频器711通过控制电机721的转速，进而控制前轮731和后轮732的行进速度。
[0079]前轮的行进速度在第一阶段和第二阶段内保持恒定的第一速度，在第三阶段内由第一速度持续减小至第三速度，在第四阶段内由第三速度持续增加至第一速度；而后轮的行进速度在第一阶段内由第一速度持续减小至第二速度，在第二阶段内由第二速度持续增加至第一速度，在第三阶段和第四阶段内保持第一速度。前轮和后轮在上述四个阶段的进行速度如图8所示。
[0080]在第一阶段内，后轮的行进速度根据以下公式确定:
^ r -(1 - cos—)
cos(二 - arcsin(-—))
[0081 ].~[-^~
- cos—)
cos(arcsin(----—))
[0082]在第二阶段内，后轮的行进速度根据以下公式确定:
π
x + r---r
[0083]VR=VX----1---
L ■ cos(^--arccos(.v + -r))
[0084]在第三阶段内，前轮的行进速度根据以下公式确定:
L.cos(— - arccos(x + r - —.r))
[0085]--2---2__
x + r-——.r
2
[0086]在第四阶段内，前轮的行进速度根据以下公式确定:
[0087]
Χ2-2.γ2-(.τ--τ)2) L-+(--r-x)2) χ-^τ r cos(arcsin(-.^ ) — arcsin(-, ^) + arctan(----)+ arctan(-?-))
/ o jtλ/ 7 τζor冗..2-Γ-/Γ' +(—-r —x)"2-rJr~ + (—-r-x)'x~~'r
VF^Vl__^ 2__?^^__2^
L2+(--r-xY) x---r
cos(arcsin( ,——±^-) - arctani 一 ))
。2 t ,ιΛ2广
2*rJr +(—*r —x)
[0088]式中，VF为前轮的行进速度；
[0089]VK为后轮的行进速度，；
[0090]\为第一速度；
[0091]r为弯道的转弯半径；
[0092]L为前后轮距；
[0093]X为前轮驶入弯道后的行进距离，由于前轮731和后轮732的进行速度最终是由变频器711控制，因此在实际应用中，控制机构710能够获取前轮驶入弯道后的行进距离X，根据上述公式进行计算后，调整变频器711的输出以实现对前轮731和后732轮的进行速度的控制。
[0094]其中，第一阶段为前轮驶入弯道至前轮驶出弯道的时间，第二阶段为第一阶段结束至后轮的行进速度增加至第一速度的时间，第三阶段为第二阶段结束至后轮驶入弯道的时间，第四阶段为第三阶段结束至后轮驶出弯道的时间，第二速度为后轮在第一阶段末的速度，第三速度为前轮在第三阶段末的速度。
[0095]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，所述单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，其特征在于，包括以下步骤: 在第一阶段内，所述前轮的行进速度保持恒定的第一速度，所述后轮的行进速度由所述第一速度持续减小至第二速度，其中所述第一阶段为所述前轮驶入弯道至所述前轮驶出弯道的时间； 在第二阶段内，所述前轮的行进速度保持所述第一速度，所述后轮的行进速度由第二速度持续增加至所述第一速度，所述第二阶段为所述第一阶段结束至所述后轮的行进速度增加至第一速度的时间； 在第三阶段内，所述后轮的行进速度保持所述第一速度，所述前轮的行进速度由所述第一速度持续减小至第三速度，其中所述第三阶段为所述第二阶段结束至所述后轮驶入弯道的时间； 在第四阶段内，所述后轮的行进速度保持所述第一速度，所述前轮的行进速度由第三速度持续增加至所述第一速度，所述第四阶段为所述第三阶段结束至所述后轮驶出弯道的时间。
2.根据权利要求1所述的双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，其特征在于，在第一阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
厂 *(1 —cos )
cos(' - arcsin( — ,)) K = K^-L~
r ■ (1- cos' )
cos(arcsin( -^ 丨)) 式中，Vk为后轮的行进速度,V1为第一速度,X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
3.根据权利要求1所述的双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，其特征在于，在第二阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
π
x + r- ?厂V=V__-_.及 1苁η
L.cosC) - arccos(x + r - ^.r)) 式中，Vr为后轮的行进速度，V1为第一速度，X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
4.根据权利要求1所述的双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，其特征在于，在第三阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
L -008(" - arccos(.v + r -.γ)) V =ν__2_2_Fπ
x + r - ?厂
2 式中，Vf为前轮的行进速度,V1为第一速度,X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
5.根据权利要求1所述的双轮驱动单轨运输机过弯控制方法，其特征在于，在第四阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
C--2-r2-[X-71^T)-) f_γ}:、 X-^-r r cos(arcsin(-...^ ■■ ) - arcsin(-, 2) + arctan(---) + arctan(-)).2.rJr2 + (~ *r _ Χ?2-rJr2 +(^-*r —x)~X~^'r
T? (7l\n \兀
L~ +( 'Γ-xy) x-./.cos(arcsin(-, Δ) - arctan(---))
2-rJr2 +(γ-r-x)2? 式中，Vf为前轮的行进速度,V1为第一速度，x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
6.一种双轮驱动单轨运输机，包括控制机构、由两台电机组成的驱动机构以及由前轮和后轮组成的行走机构，所述单轨运输机的前后轮距大于弯道的转弯半径，其特征在于，所述控制机构包括两台独立的变频器，分别连接两台电机，所述前轮和后轮分别由一台电机驱动，所述变频器通过控制所述电机的转速，进而控制所述前轮和后轮的行进速度； 所述前轮的行进速度在第一阶段和第二阶段内保持恒定的第一速度，在第三阶段内由所述第一速度持续减小至第三速度，在第四阶段内由所述第三速度持续增加至所述第一速度； 所述后轮的行进速度在第一阶段内由所述第一速度持续减小至第二速度，在第二阶段内由所述第二速度持续增加至所述第一速度，在第三阶段和第四阶段内保持所述第一速度； 其中，所述第一阶段为所述前轮驶入弯道至所述前轮驶出弯道的时间，所述第二阶段为所述第一阶段结束至所述后轮的行进速度增加至第一速度的时间，所述第三阶段为所述第二阶段结束至所述后轮驶入弯道的时间，所述第四阶段为所述第三阶段结束至所述后轮驶出弯道的时间，所述第二速度为所述后轮在第一阶段末的速度，所述第三速度为所述前轮在第三阶段末的速度。
7.根据权利要求6所述的双轮驱动单轨运输，其特征在于，在第一阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
v/'(l-cos".')
cosr -arcsin( — ,)) Vr = Vi工-^^
r-(l-C0SA)
cos(arcsin( - r ))
Ju 式中，Vk为后轮的行进速度,V1为第一速度,X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
8.根据权利要求6所述的双轮驱动单轨运输机，其特征在于，在第二阶段内，所述后轮的行进速度根据以下公式确定:
π
x + r---r Vr=Vx----2——-^
L.cos( - arccos(.v f r - ’r)) 式中，Vk为后轮的行进速度,V1为第一速度,X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
9.根据权利要求6所述的双轮驱动单轨运输机，其特征在于，在第三阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:
L.Cosi7r — arccos(x + r- π.厂)) V Z= V__-_-_vF^
π
x + r- ?厂
2 式中，Vf为前轮的行进速度，V1为第一速度，X为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
10.根据权利要求6所述的双轮驱动单轨运输机，其特征在于，在第四阶段内，所述前轮的行进速度根据以下公式确定:is - 2-r~ -(x- /T -r)')L2 +(-1' -r-x)~)x- /Γ.*r v ?V7rcos(arcsin( — ,-^- )-arcsin( ,_^--) + arclan(—匕 ) + arctan()).2-r.r' -h(—-r —x)'2-r-/r' +(—-r —x)'x ~ rVf=V1--1——2-V——2--_
(ππ
L~ +(— r-x)~)X---r
、9 7 z 7
cos( arcsin( -----)-arctan(——“ ))
2-rJr' +(^-r-x)' 式中，Vf为前轮的行进速度,V1为第一速度，x为前轮驶入弯道后的行进距离，r为弯道的转弯半径，L为前后轮距。
【文档编号】B65G43/00GK104261086SQ201410387868
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】盛冰, 赖国康 申请人:西可林控制系统(上海)有限公司