[发明专利]基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台及方法

权利要求书

1.基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，包括若干个按照实际需求分布的模块运输单元(1)，其特征在于：所述模块运输单元(1)包括球形机器人组件以及球壳支撑组件，所述球形机器人组件包括球壳(3)以及设于球壳(3)内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括方形支架(6)以及设于方形支架(6)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(9)，所述陀螺转子(9)由自带有增量式编码器的陀螺电机(8)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件，各全向轮驱动组件包括由全向轮电机(12)驱动的单排全向轮(13)以及检测单排全向轮(13)转动角度的绝对式编码器(15)，所述全向轮电机(12)与绝对式编码器(15)同轴安装在全向轮架(14)上，两两相对的单排全向轮(13)为一组，三组单排全向轮(13)分别处于正交于球形陀螺支架(7)中心的三个相互垂直的平面上，所述球壳支撑组件由柱状支架(2)、钢珠(16)以及安装在柱状支架(2)上的弧形保持架(5)、弧形支架(4)所组成，所述钢珠(16)圆周均匀分布于弧形保持架(5)的圆孔(21)中并分别与弧形支架(4)内壁以及球壳(3)外壁保持纯滚动接触。

2.根据权利要求1所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其特征在于：所述模块运输单元(1)的数目及分布方式根据不同的应用需求而定。

3.根据权利要求1所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其特征在于：所述模块运输单元(1)通过柱状支架(2)的底部边缘(2-1)依次紧密排列，所述底部边缘(2-1)满足实际需求的任意形状。

4.基于陀螺进动效应的模块化物流分拣方法，其特征在于采用了如权利要求1～3中任意一项所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣平台，其方法步骤为：

①、针对不同的应用场景确定各模块运输单元(1)的数目及分布方式；

②、针对不同类别的货物分别对其规划不同的轨迹；当运输质量大、体积大的货物时，为了充分发挥其惯性力作用，对该类别货物规划直线运动轨迹；当运输质量小、体积小的货物时，为了节约运输时间，发挥其转向灵活迅速的特点，对该类别货物规划圆弧形运动轨迹；

③、当货物到达球壳(3)上方时，按照事先对不同类别货物规划的轨迹驱动各陀螺转子(9)、各单排全向轮(13)转动，基于陀螺转子(9)的进动效应来带动各球壳(3)运动，货物相对于各球壳(3)进行摩擦传动，最终通过各模块运输单元(1)的协同工作，快速实现货物的分拣。

5.根据权利要求4所述的基于陀螺进动效应的模块化物流分拣方法，其特征在于所述的球形机器人组件，其运动方案为：

①、初始时刻，通过安装在全向轮架(14)上的绝对式编码器(15)检测出对应单排全向轮(13)的位置；

②、当驱动设于方形支架(6)内部的全向轮驱动单元运动时，通过安装在全向轮架(14)上的绝对式编码器(15)检测出对应单排全向轮(13)的转角，由于单排全向轮(13)与球形陀螺支架(7)之间的运动为纯滚动，进而求出球形陀螺支架(7)的姿态矩阵；

③、基于陀螺力矩的计算方法以及球形陀螺支架(7)的姿态矩阵，通过事先设计的轨迹控制器计算出各单排全向轮(13)驱动力矩和陀螺转子(9)驱动力矩，球形机器人组件的六个单排全向轮(13)及陀螺转子(9)将按照控制器计算出的力矩进行驱动；

④、基于陀螺的进动效应，当陀螺转子(9)受到两个不同方向的力矩时，陀螺转子(9)会产生作用在球形陀螺支架(7)上的陀螺力矩；由于球形陀螺支架(7)与单排全向轮(13)之间存在滚动约束，同时单排全向轮(13)安装在全向轮架(14)上，全向轮架(14)安装在方形支架(6)上，方形支架(6)安装在球壳(3)上，经过一系列力的相互作用，陀螺转子(9)会产生实现球壳(3)自转以及全方位运动的陀螺力矩。