一种运输转载车及基于该运输转载车的弹箱转载方法

摘要

本发明提供了一种运输转载车及基于该运输转载车的弹箱转载方法。所述运输转载车包括可伸缩支撑平台和机械臂，用于支撑装载过程的负载，包括N根导轨，N大于等于2，所述N根导轨相互平行，安装在运输装载车底部，在外力的驱动下，沿装载运输车两侧伸出和收缩，机械臂，根据外部输入的目标位姿信息和运行轨迹信息，移动末端至目标位置，根据抓捕指令实施抓捕动作所述弹箱转载方法采用全自动算法实现了快速转载，提高了转载效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种运输转载车及基于该运输转载车的弹箱转载方法，属于转 载车设计技术领域。

背景技术

运输转载车一般由底盘、承载结构和转载吊机组成。运输转载车设计时， 要求转载负载大，作业半径长，转载时间短，设计过程存在以下难点：(1)吊 机选型困难，由于对起吊力矩要求高，造成满足起吊负载要求的吊机外形尺寸 超限；(2)作业半径大，造成转载过程稳定性难以控制，吊机操作困难，致使 操作时间长；(3)吊机起吊力矩大，增加吊机安装基座设计难度，增加整车结 构重量。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一种运输转载车及基 于该运输转载车的弹箱转载方法，实现全自动快速转载，提高了转载效率。

本发明的技术解决方案是：一种运输转载车，包括可伸缩支撑平台和机械 臂，其中：

可伸缩支撑平台，用于支撑装载过程的负载，包括N根导轨，N大于等于 2，所述N根导轨相互平行，安装在运输装载车底部，在外力的驱动下，沿装 载运输车两侧伸出和收缩；

机械臂，根据外部输入的目标位姿信息和运行轨迹信息，移动末端至目标 位置，根据抓捕指令实施抓捕动作。

所述导轨包括固定导轨、滑动导轨、齿轮和驱动装置，其中：

齿轮与驱动装置固定连接，在驱动装置的驱动下旋转；

固定导轨，固定在运输装载车底部；

滑动导轨，滑动导轨套在固定导轨上，外侧设置齿条，齿条与齿轮啮合， 齿轮带动滑动导轨相对固定导轨滑动；

所述导轨还包括M个滚动块，设置于固定导轨和滑动导轨之间，用于将滑 动摩擦转变为滚动摩擦，M大于等于2。

所述驱动装置为液压马达。

本发明的另一个技术方案是：基于上述运输转载车的弹箱转载方法，该方 法将发射车的弹箱转载至运输转载车，将运输转载车的弹箱转载至发射车，其 特征在于包括如下步骤：

(1)、实时获取发射车和运输转载车的相对位姿信息，并驱动运输转载车 靠近发射车，使发射车落入运输转载车机械臂作用范围之内，将发射车上的弹 箱作为待转载弹箱，将可伸缩支撑平台作为目标平台，进入步骤(2)；

(2)、计算待转载弹箱在运输转载车上机械臂基准坐标系内的位姿信息， 根据待转载弹箱的位姿信息，进行轨迹规划，得到目标位姿信息和运行轨迹信 息，驱动机械臂移动其末端吊具至待转载弹箱正上方，与待转载弹箱保持预设 的距离；

(3)、进一步检测弹箱吊块在运输转载车上机械臂基准坐标系下的位置， 调整机械臂末端吊具姿态，缓慢下落，抓捕弹箱吊块后锁紧，将其垂直吊起；

(4)、检测目标平台的倾斜度和位置，进行轨迹规划，得到目标位姿信息 和运行轨迹信息，机械臂根据目标位姿信息和运行轨迹信息，移动其末端吊具 至目标平台正上方，调整机械臂末端吊具的姿态，使弹箱底面与平台平行，控 制机械臂末端吊具将待转载弹箱垂直下落，放置在目标平台上；

(5)、将运输转载车上的弹箱作为待转载弹箱，将发射车箱作为目标平台， 重复步骤(2)～步骤(4)，将运输转载车上的弹箱移动至发射车箱上；

(6)、再次将可伸缩支撑平台上的弹箱作为待转载弹箱，重复步骤(2)～ (4)，将可伸缩支撑平台上的弹箱移动至运输转载车箱上。

所述相对位姿信息包括发射车和运输装载车之间的相对位置信息和相对姿 态信息。

所述发射车和运输转载车位于同一平面上，发射车本体坐标系和运输转载 车的本体坐标系XOY平面相互平行，其相对位姿信息通过如下步骤获取：

(1.1)、通过激光雷达扫描发射车和运输转载车弹箱箱体边缘，分别获取 发射车和运输转载车弹箱箱体上至少两个标识点在激光雷达坐标系的坐标；

(1.2)、将发射车上任意一个标识点在激光雷达坐标系的坐标转换为在运 输转载车本体坐标系下的坐标和在发射车本体坐标系下坐标，并据此得到两个 坐标系之间的坐标转换矩阵，从而得到发射车和运输装载车之间的相对位置信 息；

(1.3)、根据各标识点在在激光雷达坐标系的坐标，计算建立发射车和运 输转载车弹箱箱体边缘直线方程；

(1.4)、计算发射车和运输转载车弹箱箱体边缘直线方程在水平面上的投 影的夹角，得到发射车和运输转载车的夹角；

(1.5)、根据发射车和运输转载车的夹角，得到发射车和运输转载车的相 对姿态信息。

待转载弹箱在运输转载车上机械臂基准坐标系内的位姿信息通过如下步骤 获取：

(2.1)、计算得到待转载弹箱在运输转载车本体坐标系下的坐标；

(2.2)、再根据待转载弹箱在运输转载车本体坐标系的坐标和运输转载车 本体坐标系与机械臂基准坐标系的坐标转换矩阵，求得待转载弹箱在运输转载 车上机械臂基准坐标系内的位姿信息。

所述步骤(4)在目标平台上设置至少3个标识点，然后通过机器视觉相 机获取标识点图像，分析得到目标平台的倾斜度，3个标识点不在同一条直线 上。

所述步骤(2)中的一定距离为：200mm～400mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明设置可伸缩大负载支撑平台为负载提供安全可控的转载环境， 实现不落地快速转载，避免因路面原因损坏负载。

(2)、本发明可伸缩大负载支撑平台安装在运输装载车上，减少负载吊装 转载过程的运行距离，进而减少吊机的作业半径和起吊力矩，降低对吊机的选 型要求，同时满足吊机转载力矩和运输超限的问题，解决了解决运输转载车转 载负载大，作业半径长，转载时间短等技术难点。

(3)、本发明综合应用机器人路径规划、自动控制和机器视觉定位方法， 实现全自动快速转载，提高了转载效率。

(4)、本发明可伸缩支撑平台采用导轨实现，可以完全收缩至运输装载车 底部，空间占用体积小。

(5)、本发明采用激光雷达测量，获取数据速度快而精确，干扰小。

(6)、本发明固定导轨和滑动导轨之间设置滚动块，大幅度降低摩擦力， 所需要驱动力小。

附图说明

图1为本发明实施例可伸缩支撑平台安装示意图；

图2(a)为本发明实施例可伸缩支撑平台右侧展开示意图；

图2(b)为本发明实施例可伸缩支撑平台左侧展开示意图；

图3(a)为本发明实施例导轨收起时示意图；

图3(b)为本发明实施例导轨滑出时示意图；

图4为本发明实施例滚动块示意图；

图5为本发明实施例发射车和运输转载车相对位姿定位原理图；

图6为本发明实施例目标平台的倾斜度检测时标识位置示意图；

图7为本发明实施例转载流程。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明综合应用结构、控制、视觉、路径规划等技术，提供了一种运输转 载车，包括可伸缩支撑平台和机械臂，其中：

可伸缩支撑平台，用于支撑装载过程的负载，转载时可展开，运输时可收 拢。该可伸缩支撑平台包括N根导轨，N大于等于2，所述N根导轨相互平行， 安装在运输装载车底部，在外力的驱动下，沿装载运输车左、右两侧伸出和收 缩，如图1、图2(a)和图2(b)所示。

如图3(a)和图3(b)所示，所述导轨包括固定导轨、滑动导轨、齿轮 和驱动装置，其中：

齿轮与驱动装置固定连接，在驱动装置的驱动下旋转；驱动装置由液压马 达及液压阀件组成。

固定导轨，固定在运输装载车底部；

滑动导轨，滑动导轨套在固定导轨上，外侧设置齿条，齿条与齿轮啮合， 齿轮带动滑动导轨相对固定导轨滑动；

机械臂，根据外部输入的目标位姿信息和运行轨迹信息，移动末端至目标 位置，根据抓捕指令实施抓捕动作。

每组导轨均通过液压马达驱动齿轮齿条结构实现滑动，为避免导轨、弹箱 的扫过轨迹与载弹结构干涉，导轨与载弹结构前后间距50mm。

作为优选方案，如图4所示，所述导轨还包括M个滚动块，设置于固定导 轨和滑动导轨之间，用于将滑动摩擦转变为滚动摩擦，M大于等于2。

本发明还提供了一种基于上述运输转载车的弹箱转载方法，该方法将发射 车的弹箱转载至运输转载车，将运输转载车的弹箱转载至发射车，包括如下步 骤：

(1)、实时获取发射车和运输转载车的相对位姿信息，并驱动运输转载车 靠近发射车，使发射车落入运输转载车机械臂作用范围之内，将发射车上的弹 箱作为待转载弹箱，将可伸缩支撑平台作为目标平台，进入步骤(2)；

所述相对位姿信息包括发射车和运输装载车之间的相对位置信息和相对姿 态信息。

如图5所示，所述发射车和运输转载车位于同一平面上，发射车本体坐标 系和运输转载车的本体坐标系XOY平面相互平行，其相对位姿信息通过如下 步骤获取：

(1.1)、通过激光雷达扫描发射车和运输转载车弹箱箱体边缘，分别获取 发射车和运输转载车弹箱箱体上至少两个标识点在激光雷达坐标系的坐标；

(1.2)、将发射车上任意一个标识点在激光雷达坐标系的坐标转换为在运 输转载车本体坐标系下的坐标和在发射车本体坐标系下坐标，并据此得到两个 坐标系之间的坐标转换矩阵，从而得到发射车和运输装载车之间的相对位置信 息；

(1.3)、根据各标识点在在激光雷达坐标系的坐标，计算建立发射车和运 输转载车弹箱箱体边缘直线方程；

(1.4)、计算发射车和运输转载车弹箱箱体边缘直线方程在水平面上的投 影的夹角，得到发射车和运输转载车的夹角；

(1.5)、根据发射车和运输转载车的夹角α，得到发射车和运输转载车的 相对姿态信息：

发射车和运输转载车的相对位姿信息为：

(2)、计算待转载弹箱在运输转载车上机械臂基准坐标系内的位姿信息， 根据待转载弹箱的位姿信息，进行轨迹规划，得到目标位姿信息和运行轨迹信 息，驱动机械臂移动其末端吊具至待转载弹箱正上方，与待转载弹箱保持预设 的距离，如200mm～400mm。

待转载弹箱在运输转载车上机械臂基准坐标系内的位姿信息通过如下步骤 获取：

(2.1)、计算得到待转载弹箱在运输转载车本体坐标系下的坐标；

当待转载弹箱位于发射车时，根据待转载弹箱在发射车的位置以及发射车 和运输转载车相对位姿关系，计算得到待转载弹箱在运输转载车本体坐标系下 的坐标；

(2.2)、再根据待转载弹箱在运输转载车本体坐标系的坐标和运输转载车 本体坐标系与机械臂基准坐标系的坐标转换矩阵，求得待转载弹箱在运输转载 车上机械臂基准坐标系内的位姿信息。

(3)、进一步检测弹箱吊块在运输转载车上机械臂基准坐标系下的位置， 调整机械臂末端吊具姿态，缓慢下落，抓捕弹箱吊块后锁紧，将其垂直吊起；

(4)、检测目标平台的倾斜度和位置，进行轨迹规划，得到目标位姿信息 和运行轨迹信息，机械臂根据目标位姿信息和运行轨迹信息，移动其末端吊具 至目标平台正上方，调整机械臂末端吊具的姿态，使弹箱底面与平台平行，控 制机械臂末端吊具将待转载弹箱垂直下落，放置在目标平台上。

如图6所示，在目标平台上设置至少3个标识点，然后通过机器视觉相机 获取标识点图像，通过单目视觉定位算法分析得到目标平台的倾斜度，3个标 识点不在同一条直线上。

(5)、将运输转载车上的弹箱作为待转载弹箱，将发射车箱作为目标平台， 重复步骤(2)～步骤(4)，将运输转载车上的弹箱移动至发射车箱上；

(6)、再次将可伸缩支撑平台上的弹箱作为待转载弹箱，重复步骤(2)～ (4)，将可伸缩支撑平台上的弹箱移动至运输转载车箱上。

如图7所示，以发射车装有两个发射弹箱(A1和A2)、运输装载车上装有 两个发射弹箱(B1、B2)为例，装载任务需要将发射车的发射箱转载至运输转 载车，将运输转载车的发射箱转载至发射车。按照上述装载方法，装载流程可 以是：

首先，寻找弹箱A2，起吊弹箱A2，将弹箱A2放置在可伸缩支撑平台上；

然后，寻找弹箱B1，起吊弹箱B1，将弹箱B1放置在发射车上；

接着，寻找弹箱A1，起吊弹箱A1，将弹箱A1放置在转载车上；

接着，寻找弹箱B2，起吊弹箱B2，将弹箱B2放置在发射车上；

换装平台载A2回位，换装完毕。

本说明书未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。