電動智能叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙浩甲，宋文學(xué)，李 莎

（1.西安工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，西安 710021；2.西安航空學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，西安 710077）

0 引言

近年來，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，貨物流通的加快，叉車取代人工搬運(yùn)，在物流中扮演者重要的角色[1]。在工廠中，為提高空間的利用率，人們需要把庫房的修建成高低位置不同的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，方便存放貨物，這樣就使得較低位置容易取放，較高不容易取放，尤其對一些體積大，重量大，位置較高的貨物，工人搬運(yùn)的難度更大。遙控叉車除了具備傳統(tǒng)叉車的各項基本功能外，減少了人力資源的使用，提高搬運(yùn)效率的同時，在危險現(xiàn)場搶救物資等方面，降低人員傷亡也起到一定的作用[2～5]。

袁培江，宋博，馬福存等[6]在一種輕負(fù)載智能叉車一文中提出的叉車由升降裝置、驅(qū)動系統(tǒng)和定位系統(tǒng)以及設(shè)置在車架上方的車載電腦。驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)減速器、編碼器、電機(jī)座、軸承座、驅(qū)動輪、聯(lián)軸器、驅(qū)動輪軸；定位系統(tǒng)包括車架前方的激光測距儀、智能相機(jī)以及安裝在貨叉架上的定位傳感器；升降裝置包括電機(jī)、絲杠機(jī)構(gòu)和貨叉架，電機(jī)安裝在絲杠機(jī)構(gòu)下方，絲杠機(jī)構(gòu)與貨叉架通過絲杠螺母轉(zhuǎn)換座連接。葉嘉文[7]發(fā)明的智能叉車包括：叉車本體，置于叉車本體上的叉板，置于叉板上的標(biāo)簽識別器，接收標(biāo)簽識別器的控制器，連接于控制器的警告器。張寧[8]發(fā)明的一種電動智能叉車包括叉車本體，設(shè)置于叉車本體用于控制叉車動作的控制端以及與控制端無線通信的遠(yuǎn)程移動端；所述控制端包括一個以上均勻布設(shè)于叉車本體周側(cè)的攝像頭、方向傳感器、顯示屏、第一無線收發(fā)模塊以及一控制單元，所述攝像頭、方向傳感器、顯示屏和第一無線收發(fā)模塊與所述控制單元電連。

本裝置設(shè)計出了通過雙遙控系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、超聲波避障系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)可以實現(xiàn)對貨物進(jìn)行存放和搬運(yùn)等功能的電動智能叉車。

1 電動智能叉車工作原理

本叉車在在實際工作中，分為工作和待工作狀態(tài)。其工作原理流程圖如圖1所示。

圖1 電動智能叉車工作原理流程圖

叉車在工作時，門架和車身上的機(jī)械臂相互協(xié)作，對車身前后左右的物體進(jìn)行搬運(yùn)和存放。門架上的紅外探頭通過圖傳系統(tǒng)對叉車前方的路況進(jìn)行監(jiān)測，車身四周的超聲波避障系統(tǒng)在避障范圍2cm～5m內(nèi)會產(chǎn)生蜂鳴聲。在待工作時在叉車的左右頂部和尾部的太陽能電板在四桿機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行展開，保證采光面積最大的情況下進(jìn)行充電。

2 叉車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)通過UG8.5進(jìn)行三維建模，其叉車包括前置機(jī)械爪、滑塊、滑軌支架、前置紅外探頭、機(jī)械臂、太陽能板、避障雷達(dá)、車身等組成。太陽能板固定在叉車的尾部并可繞固定端旋轉(zhuǎn)一定角度；機(jī)械臂固定在旋轉(zhuǎn)云盤上可進(jìn)行多方位抓??；前置機(jī)械爪固定在滑塊上，滑塊固定在滑軌支架內(nèi)，滑塊可帶動機(jī)械爪上下運(yùn)動并在舵機(jī)作用下實現(xiàn)叉取或多方位夾?。患t外探頭固定在滑軌支架頂部中間部分；避障雷達(dá)固定在車身兩側(cè)。叉車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 電動智能叉車結(jié)構(gòu)示意圖

3 主要系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)

3.1 叉車圖傳系統(tǒng)

紅外探頭安裝在門架上，便于叉車前方的圖像的采集。顯示器內(nèi)嵌于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，可以一邊觀察一邊控制叉車。其圖傳效果如圖3所示。

3.2 超聲波避障系統(tǒng)

圖3 叉車圖傳系統(tǒng)

叉車車身四周安裝了超聲波避障系統(tǒng)，其超聲波避障雷達(dá)在避障范圍2cm～5m內(nèi)會產(chǎn)生蜂鳴聲。其原理樣機(jī)實物圖如圖4所示。

圖4 超聲波避障系統(tǒng)

3.3 機(jī)械臂裝置

叉車門架上的機(jī)械臂安裝在滑塊上，滑塊提供縱向移動。舵機(jī)Ⅰ是360°舵機(jī)可以實現(xiàn)多方位抓取，舵機(jī)Ⅱ是實現(xiàn)機(jī)械爪開合的90°舵機(jī)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 叉車門架機(jī)械臂裝置

叉車車身萬向轉(zhuǎn)臺上的機(jī)械臂中，舵機(jī)Ⅲ、舵機(jī)Ⅳ和舵機(jī)Ⅴ是實現(xiàn)對四周貨物抓取的180°舵機(jī)，舵機(jī)Ⅵ是實現(xiàn)多方位抓取360°舵機(jī)，舵機(jī)Ⅶ是實現(xiàn)機(jī)械爪開合的90°舵機(jī)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 叉車車身機(jī)械臂裝置

3.4 太陽能電板翻轉(zhuǎn)裝置

叉車保證采光面積最大的情況下進(jìn)行充電。其左右兩側(cè)和尾部的太陽能電池板在四桿機(jī)構(gòu)和D處舵機(jī)的作用下進(jìn)行展開，此時桿BC和桿CD共線機(jī)構(gòu)的傳動角=0°，對充電狀態(tài)進(jìn)行定位，其機(jī)構(gòu)簡圖如圖7所示。

圖7 叉車左右、尾部的太陽能電池板四桿機(jī)構(gòu)簡圖

叉車頂部為了保證采光面積最大的情況下進(jìn)行充電，太陽能電池板在四桿機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行展開，根據(jù)叉車充電時太陽角度的變化調(diào)節(jié)液壓缸推桿，來改變太陽能電池板的傾角進(jìn)行充電。其機(jī)構(gòu)簡圖如圖8所示。

圖8 叉車頂部的太陽能電池板四桿機(jī)構(gòu)簡圖

4 電動智能叉車原理樣機(jī)

根據(jù)UG8.5制作該智能叉車的原理樣機(jī)運(yùn)行進(jìn)行驗證，通過該智能叉車工作可以實現(xiàn)對貨物的抓取和搬運(yùn)、紅外探頭實現(xiàn)圖傳、避障系統(tǒng)實現(xiàn)避障報警、太陽能電板給叉車供給電能等功能。電動智能叉車原理樣機(jī)如圖9所示。

圖9 電動智能叉車原理樣機(jī)

5 結(jié)語

本設(shè)計設(shè)計了一種電動智能叉車。本裝置通過雙遙控系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、超聲波避障系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)可以實現(xiàn)對貨物進(jìn)行存放和搬運(yùn)、紅外探頭實現(xiàn)圖傳、避障雷達(dá)實現(xiàn)避障報警、太陽能電板給叉車供給電能等功能。

本設(shè)計電動智能叉車，結(jié)構(gòu)緊湊，可方便應(yīng)用于對高低位置不同的貨物的搬運(yùn)。對某些有危險的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)時，工人可以遠(yuǎn)程操作，利用安裝在叉車上的紅外探頭傳回的實時畫面，工人只需在安全區(qū)域通過遙控遠(yuǎn)程操作就可以了，降低了工人在工作時的危險系數(shù)。另外，對于一些較高處或難以到達(dá)的地方的貨物搬運(yùn)具有很強(qiáng)的實用性，可大大提高搬運(yùn)效率。