斌強(qiáng)

摘要：本文介紹了一種新型車載智能貨柜，作為車載智能自動化新研產(chǎn)品，結(jié)合機(jī)電一體化、機(jī)械制造、自動化等多個學(xué)科的知識，實現(xiàn)車載式智能貨柜設(shè)計與研究首要面對和解決的問題就是如何從總體上研究分析將所學(xué)科技術(shù)融合及應(yīng)用，對新型車載智能貨柜應(yīng)用背景、使用用途、系統(tǒng)組成、工作原理、總體設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)等幾方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：骨架結(jié)構(gòu);傳動系統(tǒng);機(jī)械手臂;傳感系統(tǒng)

1引言

隨著自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，為了滿足提高工作效率、人機(jī)工程、運輸安全、降低人工操作的風(fēng)險等，根據(jù)需求設(shè)計一款新型的車載式智能貨柜意義重大。車載式智能貨柜是用于存儲、運輸保障設(shè)備、器材、備件、工具等主要運輸、儲存裝置，將保障設(shè)備、器材、備件、工具等固定于貨柜（或貨架）上，在保障車輛到達(dá)預(yù)定位置后，進(jìn)行對保障對象進(jìn)行快速保障。現(xiàn)階段，部隊保障車輛安裝貨柜（或貨架）多為骨架結(jié)構(gòu)，安裝在廂式車或方艙內(nèi)，通過扎帶等形式將保障設(shè)備、器材、備件、工具等安裝在在貨柜（或貨架）上，將保障設(shè)備、器材、備件、工具等運輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行檢測、維修、保障。然而，部隊?wèi)?zhàn)士使用時需要逐一將保障設(shè)備、器材、備件、工具等取下，在使用時取放操作相對比較繁瑣、效率低下、運輸種類繁多、車輛上空間有限、操作繁瑣等因素影響，嚴(yán)重制約我軍技術(shù)保障能力。因此，在如何提高車載式貨柜（或貨架）存在的難題亟需解決，根據(jù)車載電子信息工程、智能化、自動化發(fā)展應(yīng)用表明，車載式智能貨柜設(shè)計思想將是解決這一難題最佳選擇。

2用途

車載貨柜（或貨架）是我國電子保障車存儲、運輸保障設(shè)備、器材、備件、工具等主要方式方法，將保障設(shè)備、器材、備件、工具等固定于貨柜（或貨架）上，在保障車輛到達(dá)預(yù)定位置后，進(jìn)行對保障對象進(jìn)行快速保障。

2系統(tǒng)組成

該貨柜主要由骨架、傳動系統(tǒng)，機(jī)械手臂，傳感系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等組成。

3工作原理

機(jī)械手臂在控制系統(tǒng)作用下，通過絲桿軌道上下運動等動作完成箱體的定位和升、降。

定位：機(jī)械手臂安裝有傳感系統(tǒng)，通過傳感系統(tǒng)“尋隙”功能確定需要取放箱體的具體位置。

升、降：機(jī)械手臂通過伺服電機(jī)驅(qū)動在絲桿上運動，并驅(qū)動展開機(jī)械手臂，對箱體進(jìn)行托舉。機(jī)械手臂向上運動時，完成箱體的提升，向下運動時，完成箱體的下降。

4系統(tǒng)設(shè)計

4.1控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要將傳動系統(tǒng)、機(jī)械手臂和傳感系統(tǒng)統(tǒng)一控制、信號處理，實現(xiàn)自動升降貨柜箱體的取放。貨柜控制系統(tǒng)由多組傳感器、多組電機(jī)配合智能控制系統(tǒng)完成箱體擺放的功能。控制系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，帶動機(jī)械臂上下移動，結(jié)合紅外傳感器掃描功能根據(jù)需要定位機(jī)械臂停靠位置，完成后續(xù)的抬放箱體的運作。傳動系統(tǒng)定位后，當(dāng)需要抬起箱體時，結(jié)合距離傳感器，控制機(jī)械臂固定箱體，之后運轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)實現(xiàn)抬起箱體動作，結(jié)合壓力傳感控制抬起高度。當(dāng)需要回放箱體時，智能系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)下降，結(jié)合壓力傳感判定箱體是否擺放完成，之后通過控制和距離傳感回收機(jī)械臂，再完成傳動系統(tǒng)復(fù)位。

4.2傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)主要由電機(jī)及絲桿升降機(jī)組成，一組電機(jī)驅(qū)動兩組絲桿升降機(jī)同步運動。絲桿采用絲桿轉(zhuǎn)動，螺母升降的工作形式。其中電機(jī)采用雙頭出軸，臥式安裝形式，緊急情況下，可通過手柄轉(zhuǎn)動輸入動力[3]。具體傳動圖如下所示：

4.3機(jī)械手臂

自動伸縮機(jī)械手臂是一套安裝于絲桿螺母機(jī)構(gòu)中作升降直線運動的螺母滑塊上。該機(jī)械手臂通過紅外線傳感器、壓力傳感器和距離傳感器共同作用，實現(xiàn)高度方向的定點伸出與收縮動作，完成對攜行箱的托舉與裝放。

傳動原理：傳動機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪的旋轉(zhuǎn)推動機(jī)械臂做往復(fù)直線運動。凸輪轉(zhuǎn)動一周，機(jī)械臂完成一次伸出和一次縮回動作（機(jī)械臂靠拉伸彈簧拉力總處于縮回趨勢）。通過電機(jī)輸入提供動力。電機(jī)采用3/6/12/24V直流電機(jī)，電機(jī)通斷控制靠壓力傳感器反饋控制。

工作過程：直流電機(jī)驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿傳動渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動中心與凸輪轉(zhuǎn)動中心重合且剛性連接，則凸輪沿同一方向轉(zhuǎn)動，機(jī)械臂托板在拉伸彈簧拉力作用下始終與凸輪保持接觸，則機(jī)械臂托板隨凸輪轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)來回伸縮運動，凸輪轉(zhuǎn)動一圈，機(jī)械臂托板伸出和縮回一次。

4.4傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)主要有壓力傳感、距離傳感和紅外傳感器組成，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)和機(jī)械手臂的位置、距離、運動動作的定位、控制。

機(jī)械手臂上壓力傳感器：在機(jī)械手臂前端安裝有壓力傳感器，當(dāng)機(jī)械手臂插入箱體底部時觸發(fā)壓力傳感信號，箱體取放完成后，機(jī)械手臂離開箱體時壓力傳感信號關(guān)閉，機(jī)械手臂停止運動，自動回收。

機(jī)械手臂上距離傳感器：在機(jī)械手臂前端安裝有距離傳感器，當(dāng)機(jī)械手臂插入箱體底部額定值時觸發(fā)距離傳感信號，機(jī)械手臂停止，箱體取放完成后，機(jī)械手臂離開箱體額定值時觸發(fā)距離傳感信號，機(jī)械手臂停止運動，自動回收[2]。

辨識箱體位置的紅外傳感器：按下取放箱體的編碼后，傳動系統(tǒng)啟動，每經(jīng)過箱體之間觸發(fā)紅外傳感器發(fā)出信號，并記錄數(shù)據(jù)，到達(dá)對應(yīng)的設(shè)定編碼后，停止運動[1]。

4總結(jié)

近些年，隨著電子檢測維修裝備的智能化、自動化程度越來越高，智能化、自動化也成為裝備主要的發(fā)展、研究方向。車載式智能貨柜就是一款采用人機(jī)交互界面，控制系統(tǒng)控制傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，帶動機(jī)械臂上下移動，結(jié)合紅外傳感器掃描功能根據(jù)需要定位機(jī)械臂停靠位置，完成后續(xù)的抬放箱體的運作，實現(xiàn)貨柜功能智能化、自動化產(chǎn)品。此產(chǎn)品在我國國防事業(yè)保障系統(tǒng)將會有很大發(fā)展空間，全力推進(jìn)我國國防科技智能自動化建設(shè)，縮短與發(fā)達(dá)國家差距。

參考文獻(xiàn)：

[1]李艷，李新娥，裴東興.應(yīng)變式壓力傳感器及其應(yīng)用電路設(shè)計[J].計量與測試技術(shù)，2007.

[2]程江濤，蔣和生，張濟(jì)生.電阻應(yīng)變式微位移傳感器的設(shè)計[J]. 兵工自動化，2007.

[3]簡輝華.自動化控制模塊設(shè)置于機(jī)電設(shè)備[J].電子制作，2013（7）.