杜海峰 繆亞芹 李海洋

（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇 南京211156）

近年物流行業(yè)發(fā)展迅速，貨物運(yùn)輸儲存機(jī)械化日益深入，本文所述產(chǎn)品旨在介紹一款提高室內(nèi)貨物搬運(yùn)儲存效率的產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)，用于貨物搬運(yùn)的模擬測試。

1 多梁多爪分離機(jī)構(gòu)

圖1 為分離機(jī)構(gòu)的框架，每個導(dǎo)軌上都加了連接件以加強(qiáng)框架強(qiáng)度用，且該結(jié)構(gòu)不是固定在支架上的，可以在相應(yīng)蝸桿減速電機(jī)的帶動下在Y 軸一定范圍內(nèi)移動。

圖1 分離機(jī)構(gòu)支撐框架

圖2 為機(jī)械爪的水平移動機(jī)構(gòu)，內(nèi)裝有兩個行星齒輪直流減速電機(jī)，以滿足其在水平面內(nèi)的自由移動。一定程度的鏤空結(jié)構(gòu)可以減輕機(jī)械本身的重量，減少材料消耗，降低成本。電機(jī)卡槽的鏤空便于電機(jī)的固定，方便電機(jī)的拆裝。

圖2 機(jī)械爪移動機(jī)構(gòu)

2 遙控程序設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械爪移動機(jī)構(gòu)程序設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品的控制設(shè)計(jì)較為簡單，以復(fù)位開關(guān)為基礎(chǔ)，每個機(jī)械爪移動機(jī)構(gòu)用六個開關(guān)，分別控制其六個方位的移動，按鍵摁下則相應(yīng)電機(jī)工作，反之則電機(jī)停止工作。本產(chǎn)品以stm32 芯片為依托，利用已有的函數(shù)庫進(jìn)行控制程序的編寫。

圖3 多梁多爪機(jī)械機(jī)構(gòu)

因此使用STM32 作為控制芯片的控制開發(fā)較為簡單，插入開發(fā)的控制程序，并進(jìn)行調(diào)試，不用過多的外接硬件。

圖4 控制原理流程圖

當(dāng)操作者摁下遙控器上對應(yīng)按鈕時，遙控器相應(yīng)引腳的電位信號發(fā)生改變，然后由信號發(fā)射裝置將該信號發(fā)送至機(jī)器內(nèi)的控制芯片，改變對應(yīng)引腳電位信號，以控制相應(yīng)控制電路來完成對相應(yīng)電機(jī)的控制，以完成目標(biāo)動作。

2.2 機(jī)械爪控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)在機(jī)械爪的工作實(shí)踐中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，機(jī)械爪的具體應(yīng)用會陷入困境。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)包含了機(jī)械控制和人為控制兩部分，本系統(tǒng)使用了智能控制技術(shù)之后，其具體的系統(tǒng)構(gòu)由PLC 控制器、馬達(dá)、重量傳感器、ABS 編碼器等構(gòu)成，其中控制器負(fù)責(zé)整個控制系統(tǒng)的邏輯輸入與輸出，馬達(dá)通過電磁閥驅(qū)動卷揚(yáng)轉(zhuǎn)動，編碼器負(fù)責(zé)檢測卷揚(yáng)運(yùn)行的圈數(shù)。

圖5 機(jī)械爪扭矩自調(diào)整流程圖

實(shí)踐研究表明，采用了自學(xué)習(xí)算法的智能控制系統(tǒng)表現(xiàn)出自動化特征，當(dāng)機(jī)械爪閉合后通過控制器讀取載荷數(shù)據(jù)，并與當(dāng)前額定載荷進(jìn)行比較，如果所抓取貨物大于于額定重量，則立刻按一定比例提高機(jī)械爪扭矩，以此保證機(jī)械爪穩(wěn)定抓取貨物。

3 電機(jī)控制線路設(shè)計(jì)

考慮成本問題，購買電機(jī)控制板路價格較貴，我們利用三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量與單向?qū)ǖ奶匦?，將STM32 發(fā)出的信號接到對應(yīng)三極管的基極，將電源和電機(jī)分別接到三極管的集電極和發(fā)射極，以控制三極管的導(dǎo)通進(jìn)而控制電機(jī)的開關(guān)，同時在線路上裝有相應(yīng)的電阻，以保護(hù)電路，我們利用單片機(jī)輸出的小電流控制電機(jī)的開關(guān)。

4 減速電機(jī)的選擇

4.1 行星齒輪直流減速電機(jī)

考慮到設(shè)計(jì)機(jī)械的水平移動機(jī)構(gòu)需要在同一平面內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行，而行星齒輪減速電機(jī)正好滿足該要求，且由于模型機(jī)使用的是直流電源，故選擇行星齒輪直流減速電機(jī)。

4.2 蝸桿減速電機(jī)

考慮到機(jī)構(gòu)Y 軸方向需要在有負(fù)荷的情況下實(shí)現(xiàn)懸停，移動等操作需求，擁有自鎖能力的蝸桿減速電機(jī)便成了我們的首要選擇目標(biāo)，并且運(yùn)行平穩(wěn)，減速增扭的特性可以保證相應(yīng)機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的完成垂直方向的移動。

關(guān)于蝸桿減速電機(jī)的控制，其紅黑導(dǎo)線分別并聯(lián)兩組三極管控制線路（包含保護(hù)電阻等），兩組三極管分別為PNP 和NPN型，且同類型的三極管基極由同一個STM32 芯片引腳控制，便可利用STM32 芯片的兩個引腳來控制該電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

5 項(xiàng)目總結(jié)

多梁多爪機(jī)械機(jī)構(gòu)充分利用了電子控制技術(shù)，借助于STM32 單片機(jī)，利用自主設(shè)計(jì)的控制電路與遙控器完成對相應(yīng)的行星齒輪直流減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、蝸桿減速電機(jī)的控制；實(shí)現(xiàn)對機(jī)械爪的抓取、搬運(yùn)和碼放，制造成本低，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，同時降低了物流行業(yè)的人工成本。