福建廈門南洋職業(yè)學院 唐志偉

建筑工地智能運輸車的應(yīng)用研究

福建廈門南洋職業(yè)學院 唐志偉

建筑工地智能運輸車的應(yīng)用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工運輸?shù)姆绞?，大大促進了企業(yè)的技術(shù)進步，改善工作條件和環(huán)境，提高自動化生產(chǎn)水平。由其在易發(fā)生安全事故的建筑工地上應(yīng)用，有效地解放勞動生產(chǎn)力，減輕工人的勞動強度，縮減人員配備。為了實現(xiàn)建筑工地智能運輸車基本功能，進行了建筑工地環(huán)境中如何實現(xiàn)智能運輸車代替人工運輸?shù)墓ぷ鳎恢悄苓\輸車在工地中引導(dǎo)方式；在運輸貨物時的安全性與自動充電；在貨物運輸時的平穩(wěn)速度控制等相關(guān)內(nèi)容的研究。

建筑工地；智能；運輸車；代替；應(yīng)用

前言

隨著中國人口增長、城市化率提高與土地資源狀況，人均建筑面積應(yīng)控制在40平方米左右。2010年到2015年，建筑面積從377億平方米增長到553億平方米。最近前1—5月房屋施工面積377516萬平方米同比增長32.4%，以10萬平方米使用一臺智能運輸車，377516/10=37751.6臺，每臺預(yù)售價5萬，共約市值在20～30億元人民幣。該市場需求將在較短時間內(nèi)呈直線上升趨勢，5年后逐步趨向穩(wěn)定?？梢灶A(yù)測，未來的幾年，建筑工地智能運輸車的應(yīng)用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工運輸必有巨大的經(jīng)濟和社會效益，智能運輸車應(yīng)用將在中國最富前景的行業(yè)之一。

智能運輸車經(jīng)磁、激光等導(dǎo)向裝置引導(dǎo)并沿程序設(shè)定路徑運行完成作業(yè)的無人駕駛自動小車，電池直流驅(qū)動，本質(zhì)上它為現(xiàn)代制造業(yè)物流提供了一種高度柔性化和自動化的運輸方式。要解決的科學技術(shù)問題有：智能運輸車在工地中進行自主運行，引導(dǎo)方式的分析；在運輸貨物時的安全性預(yù)防，電源管理與自動充電；智能運輸車在貨物運輸時的平穩(wěn)性，定位、速度等控制。目前的案例智能運輸車在室內(nèi)的應(yīng)用較多。但隨著需求的發(fā)展，戶外或半戶外智能運輸車技術(shù)將逐步完善和進入應(yīng)用階段。作為世界領(lǐng)先的智能運輸車技術(shù)提供商，DANAHER MOTION公司每年投入巨額的研發(fā)費用到產(chǎn)品升級上，戶外技術(shù)正是方向之一，如防雨的激光導(dǎo)航裝置，交流驅(qū)動器，特殊經(jīng)驗的系統(tǒng)設(shè)計等。

1.總體設(shè)計思路

1.1研究方法

本設(shè)計以32位ARM處理器為核心，通過霍爾傳感器檢測路面上的磁性引導(dǎo)，控制不同路段的速度。ARM產(chǎn)生PWM信號，控制直流電機的驅(qū)動器，從而控制小前輪與后輪電機轉(zhuǎn)速，也就控制了小車的速度。到達指定位置后，根據(jù)RFID收發(fā)信號感應(yīng)進行判斷智能車的停止與運動。本系統(tǒng)采用電壓，電流傳感器再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換時刻檢測智能車的電源狀況。主要采用實驗方式論證機器的可行性。

1.2基本功能需求分析

（1）如何在建筑工地的特定環(huán)境中采用智能運輸車方式代替人工運輸?shù)墓ぷ?。?）智能運輸車在工地中進行自主運行，采用磁體引導(dǎo)。（3）智能運輸車的電源管理，當電源小于10%時進行報警，小于7%時就自動充電。（4）智能運輸車在貨物運輸時的采用限位及RFID定位。（5）智能運輸車在貨物運輸時的進行速度控制。（6）采用32位處理器為主控制器。

2.硬件設(shè)計架構(gòu)

建筑工地智能運輸車主要由智能車體系統(tǒng)、電源系統(tǒng)（穩(wěn)壓器）、主控制器、自動充電、動力驅(qū)動、安全檢測、導(dǎo)引系統(tǒng)、RFID定位等部分組成。

智能車體系統(tǒng)：包括整車的車體，底盤，主要是承載車子的所有配件及車子所要運輸?shù)呢浳?，車體成一個U字型，體積1.2M*0.6M*0.8M，合金鋼焊接而成。

電源系統(tǒng)（穩(wěn)壓器）：提供48V，直流電壓。通過AC220V進行變壓，整形，穩(wěn)壓后輸出5V，12V，24V等直流供應(yīng)給主控制器，傳感器，伺服電機等使用。

自動充電：實時檢測設(shè)備用電狀態(tài)，主要檢測電壓，電流，功率等參數(shù)。如果電源小于10%時進行報警，小于7%時就進行到指定位置進行自動充電。

安全檢測：主要檢測的參數(shù)有，負載重量，前后方是否有障礙物等。

導(dǎo)引系統(tǒng)，RFID定位：智能運輸車采用磁條軌跡導(dǎo)引，RFID感應(yīng)器進行上貨點與卸貨點定位。

動力驅(qū)動：智能運輸車采用四輪啟動，每個啟動輪配一個伺服電機及數(shù)字編碼器，在動力及速度上可以進行精確控制。

3.軟件設(shè)計思路

本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想是自上而下，逐步細化，模塊化設(shè)計。把每個功能模塊的程序獨立設(shè)計，調(diào)用使用。

4.總結(jié)

通過對建筑工地智能運輸車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工運輸?shù)膽?yīng)用研究，從總體設(shè)計思路，基本功能需求分析，技術(shù)路線，硬件設(shè)計架構(gòu)，軟件設(shè)計思路，礠性軌跡子程序算法等方面進行應(yīng)用研究。驗證了本設(shè)計是可以實現(xiàn)建筑工地智能運輸車基本功能；可以實現(xiàn)智能運輸車在工地中磁性引導(dǎo)；在運輸貨物時的安全性與自動充電；在貨物運輸時的平穩(wěn)速度控制等相關(guān)內(nèi)容，為進一步實現(xiàn)建筑工地智能運輸車提供了基礎(chǔ)。

［1］周遠清，張再興，等.智能機器人系統(tǒng)［M］.北京：清華大學出版社，1989.

［2］蔡自興.機器人原理及其應(yīng)用［M］.長沙：中南工業(yè)大學出版社，2000.

［3］熊有倫，唐立新，丁漢，劉恩滄編.機器人技術(shù)基礎(chǔ)［M］.武漢：華中科技大學出版社，1996.

［4］王志文，郭戈.移動機器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.機器人，2003-9：470-474.

［5］宋偉剛編著.機器人學——運動學、動力學與控制［M］.北京：科學出版社，2007.

唐志偉（1983-），男，江西撫州人，碩士，高級工程師，現(xiàn)供職于廈門南洋職業(yè)學院。

2014年福建省中青年教師教育科研項目（科技A類）立項號：JA14456。