孫 波，魏 巍，吳洪斌

1山東科技大學(xué)；2泰山科技學(xué)院

基于慧魚模型的叉車機(jī)器人設(shè)計(jì)

孫 波1，魏 巍2，吳洪斌1

1山東科技大學(xué)；2泰山科技學(xué)院

智能小車（輪式機(jī)器人）發(fā)展至今，已被應(yīng)用于無人駕駛的汽車、自動化生產(chǎn)線、倉庫、服務(wù)性質(zhì)的機(jī)器人等領(lǐng)域，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在特定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的目標(biāo)，大大方便了人們的生活，機(jī)器人已經(jīng)和人類社會的生活、生產(chǎn)緊密的結(jié)合在一起。本文以慧魚創(chuàng)意組合模型為平臺，設(shè)計(jì)出一種循跡叉車智能機(jī)器人。

智能機(jī)器人；慧魚；循跡；自動裝卸

1 智能叉車實(shí)現(xiàn)功能

本文所研究的智能叉車按功能可分為循跡功能和貨叉起升功能。循跡功能可細(xì)分為尋找軌跡和循跡前進(jìn)，貨叉起升功能可細(xì)分為貨叉升降和貨叉停止。智能叉車主要任務(wù)要求為：先貨叉位置校準(zhǔn)→尋找軌跡→沿指定軌跡路線行駛→叉車停止→托起托架和貨物→掉頭→尋找軌跡→繼續(xù)沿指定軌跡路線行駛→叉車停止→放下托架和貨物→掉頭→沿軌跡駛回初始地點(diǎn)。

2 循跡智能叉車機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)引功能就必須要感知導(dǎo)引線，而感知導(dǎo)引線相當(dāng)于給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。智能循線是基于智能導(dǎo)引叉車系統(tǒng)，采用軌跡傳感器進(jìn)行尋線。叉車的貨叉要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的上升、下降和停止就必須要識別得到貨叉導(dǎo)軌的上頂端和下底端，智能升降是給予叉車系統(tǒng)程序，采用微動開關(guān)的信號輸入來實(shí)現(xiàn)貨叉的啟動、升降和停止。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

智能叉車采用輪驅(qū)動，前后各用一個(gè)直流雙向電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。將軌跡傳感器裝在車體前部的下方，當(dāng)車的右邊傳感器I1檢測到黑線的邊界時(shí)，控制系統(tǒng)控制左輪電機(jī)M2停止驅(qū)動，右輪電機(jī)M1按原方向繼續(xù)驅(qū)動，車向左修正，當(dāng)車的左邊傳感器I2檢測到黑線邊界時(shí)，控制系統(tǒng)控制右輪電機(jī)M1停止驅(qū)動，左輪電機(jī)M2按原方向繼續(xù)驅(qū)動，車向右修正，黑線在車體的中間時(shí)，傳感器一直檢測到黑線，當(dāng)偏離黑線時(shí)就開始修正，從而使叉車沿著黑色的軌道行走。

貨叉起升功能同樣采用電機(jī)驅(qū)動，在貨叉上方用一個(gè)直流雙向電機(jī)驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動控制叉車貨叉的升降。將兩個(gè)微動開關(guān)分別裝在貨叉升降導(dǎo)軌的上頂端和下末端，貨叉的升降移動過程中會碰觸到微動開關(guān)，輸入信號，系統(tǒng)程序接收信號實(shí)現(xiàn)貨叉的復(fù)雜動作的完成。

2.2 機(jī)器人各部分設(shè)計(jì)

（1）行走部分：由于設(shè)計(jì)的是叉車搬運(yùn)類機(jī)器人，因此機(jī)器人運(yùn)行的路面情況在實(shí)際情況中也不會很復(fù)雜，采用車輪式行走結(jié)構(gòu)。這種移動方式由兩個(gè)車輪以及兩個(gè)萬向輪組成，方向調(diào)整靈活，輪胎摩擦性能好，不易打滑。

（2）貨叉部分：貨叉起升功能同樣采用直流電機(jī)驅(qū)動，在貨叉上方用一個(gè)直流雙向電機(jī)驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動控制叉車貨叉的升降。將兩個(gè)微動開關(guān)分別裝在貨叉升降導(dǎo)軌的上頂端和下末端，貨叉的升降移動過程中會碰觸到微動開關(guān)，輸入信號，系統(tǒng)程序接收信號實(shí)現(xiàn)貨叉的復(fù)雜動作的完成。

（3）循線部分：機(jī)器人循線功能由軌跡傳感器進(jìn)行操控，可以找到白色表面的黑色軌道。傳感器檢測包含兩個(gè)發(fā)射和兩個(gè)接收裝置。

（4）車燈部分：智能叉車機(jī)器人具有很高現(xiàn)實(shí)意義，模擬現(xiàn)實(shí)叉車，因此車燈也要根據(jù)實(shí)際條件，具備現(xiàn)實(shí)中車燈應(yīng)有的照明、警示功能，即：叉車在行車過程中前車燈打開照明，在叉車倒車過程中，頂端的紅色警示燈打開提醒旁人注意安全。

3 智能叉車的軟件控制與主程序設(shè)計(jì)

智能叉車控制系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成，本節(jié)介紹叉車的軟件控制系統(tǒng)，軟件和硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)叉車的智能運(yùn)作。

本次設(shè)計(jì)擬定讓叉車順利完成預(yù)定的貨物搬運(yùn)任務(wù)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行叉車軟件程序的編寫工作，因此構(gòu)想先完成各個(gè)局部動作的控制子程序，然后根據(jù)實(shí)際情況，如工作方式，軌跡線的路徑等，設(shè)計(jì)叉車的行程和轉(zhuǎn)向，最后將子程序組合，叉車順利完成任務(wù)。

圖1 總程序圖

主程序開始→叉車貨叉位置的校準(zhǔn)定位（travel position）→沿軌跡行走（follow trail）→直行（straight）→左轉(zhuǎn)尋找軌跡（seek trailleft）→沿軌跡行走（follow trail）→托起托架（pick up pallet）→沿軌跡行走（follow trail）→直行尋到軌跡（seek trail-fwd）→沿軌跡行走（follow trail）→放下托架（unload pallet）→沿軌跡行走（follow trail）→直行（straight）→左轉(zhuǎn)尋找軌跡（seek trail-left）→沿軌跡行走（follow trail）→右轉(zhuǎn)掉頭尋找軌跡（seek trail-right）→等待五秒→反行走方向進(jìn)行上述步驟→程序循環(huán)。

通過調(diào)試后,叉車能夠執(zhí)行相應(yīng)的程序，順序的完成動作。

[1]朱學(xué)敏.慧魚模型指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

[2]朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2001

[3]慧魚六合一手冊[S].北京：北京中教儀科技有限公司，2005

[4]毛茂林.慧魚創(chuàng)意模型試驗(yàn)教程[M].西南交通大學(xué)出版社，2010

孫波（1995-），男，山東省齊河縣人，專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化；

魏巍（1998-），男，山東省萊蕪市人，專業(yè)：財(cái)政學(xué)；

吳洪斌（1997-），男，山東省商河縣人，專業(yè)：地質(zhì)工程。