郭竟　方晨宇　程巖松　張亞杰　張書源

摘 要：針對當前化學品快遞行業(yè)存在的智能化程度低，安全應急機制不完善，以及因人為失誤引發(fā)的化學品安全事故等突出問題，文中設計了一款三?；瘜W品智能助載機器車，可實現(xiàn)路況的自動識別及行駛速度的自動處理與貨物識別，實現(xiàn)齒輪結(jié)構(gòu)、鏈條結(jié)構(gòu)、絲桿叉架結(jié)構(gòu)的全智能化，在降低公司生產(chǎn)成本的同時提高了公司的安全效益，實現(xiàn)公司利益最大化。

關(guān)鍵詞：智能助載機器車；自動識別

1 作品簡介

團隊所設計的產(chǎn)品主要集中于目前化學品快遞行業(yè)存在的智能化程度低，安全應急機制不完善，以及因人為失誤引發(fā)的化學品安全事故等突出問題。通過應用機電一體化原理和機械設計原理，構(gòu)建三危智能助載機器人放縮樣品，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學品快遞行業(yè)的運載方式。產(chǎn)品整體運行通過遠程上位機信息傳輸控制，實現(xiàn)路況的自動識別及行駛速度的自動處理，自動識別貨物，實現(xiàn)齒輪結(jié)構(gòu)、鏈條結(jié)構(gòu)、絲桿叉架結(jié)構(gòu)的全智能化。產(chǎn)品目前可以用于解決化學品在倉庫內(nèi)的轉(zhuǎn)運和助力載運問題，同時在機械結(jié)構(gòu)方面應用壓力傳感器夾緊裝置，避免了傳統(tǒng)人工駕駛叉車易發(fā)生物品側(cè)翻等安全事故?？刂平Y(jié)構(gòu)方面引入機械控制算法，實現(xiàn)自動平穩(wěn)停車。三危化學品智能助載機器車實物如圖1所示。

2 工作原理

目前團隊所開發(fā)的智能助載機器人主要集中于化學品快遞行業(yè)，未來團隊將依據(jù)各行業(yè)的需求，通過不斷改進助載車整體結(jié)構(gòu)、智能控制系統(tǒng)及危險應急處理模塊等實現(xiàn)各行業(yè)智能機器化的愿望。這種智能方式不僅可以大大超過傳統(tǒng)人工助載車的工作量（基本為目前人工工作量8小時/天的兩倍，即15小時/天），還可以減少企業(yè)時間成本，增強企業(yè)核心競爭力。

目前智能助載采用紅外對管循跡方式進行自動路跡尋找。雖然在循跡中失誤率可以降低到1%以下，但是對工作路線有部分特殊要求。未來團隊將不斷優(yōu)化循跡方式，不僅要求失誤率大幅下降，而且需保證助載人的工作環(huán)境更普通化，符合快遞行業(yè)工作強度大、工作環(huán)境差等特點，進而使得產(chǎn)品能夠更加商業(yè)化和市場化。

智能助載機器人目前仍采用傳統(tǒng)輪胎運轉(zhuǎn)方式，這種方式慣性較大，不易快速停車。雖然目前團隊通過程序設計優(yōu)化已基本實現(xiàn)車體本身降速停車，但在實際應用中仍存在一些問題，如不能快速停車而撞到貨物等。未來團隊不僅要在程序控制、硬件等方面進一步克服停車反應慢的缺點，同時團隊還將不斷探索，在不影響現(xiàn)有助載車工作效率的前提下，采用其他運轉(zhuǎn)方式以有效避免輪胎不易快速停車的缺點，設計出一款適合市場需求的智能化機械助載機器人。

3 創(chuàng)新點

（1）開發(fā)了相應的網(wǎng)絡上位機，使得機器人可實時將倉庫貨物變動信息發(fā)送到上位機，在上位機上實現(xiàn)倉庫貨物信息管理。同時也可利用上位機對機器人發(fā)送相應的操作信息，當倉庫發(fā)生緊急情況時立即將信息發(fā)送到上位機報警。

（2） 針對倉庫環(huán)境設置了黑色過道，利用四個紅外對管對其進行循環(huán)檢測與尋跡，控制相對實時反應速度。由于傳感器價格便宜，因此倉庫布置成本不高。

（3）利用超聲波傳感器測距以判斷叉車是否到達合適的取貨區(qū)與放貨區(qū)，目前市場上的超聲波模塊靈敏度已完全可滿足我們的要求，且價格低廉。在程序部分，停車控制模塊與尋跡模塊可分開控制，使得控制代碼模塊化程度與可讀性更高。

（4）為停車與車速控制加入了基于編碼器測速的脈沖調(diào)制控制（PID），使得車速控制與停車更加靈敏及時，大大提高了叉車的工作效率。

（5）叉車可叉取兩層貨物，中間一層叉架的停止位置控制共用了上面的超聲波模塊，節(jié)省了傳感器；最上面一層停止位置加入了壓力傳感器，可以在貨物不掉下的同時保護貨物不被壓壞；兩層結(jié)構(gòu)使得倉庫空間利用率得到了大幅提升。

4 市場前景

從目前化學品快遞行業(yè)所遇到的瓶頸問題出發(fā)，團隊設計制作了一款三?；瘜W品智能助載機器人，結(jié)合目前人工叉車已有的成熟機械結(jié)構(gòu)，通過三維建模、市場調(diào)研、結(jié)構(gòu)測試等環(huán)節(jié)，對叉車整體機械結(jié)構(gòu)進行了二次優(yōu)化設計與叉車控制結(jié)構(gòu)軟件設計。同時，團隊緊緊把握化學品快遞市場的實際需求，特別添加了適合化學品快遞行業(yè)的機械壓力傳感器夾緊裝置、化學品危險自動報警裝置、化學品臨時消防裝置，使得產(chǎn)品可以更好地適應化學品快遞行業(yè)的需求。結(jié)合部分材料價格以及一些國標件具體價格，粗略估算叉車機器人成本價為65 000～80 000元，建議售價100 000～120 000元。

以某一中型危險品快遞公司一年的費用為例，若該公司一次性購入50輛普通叉車作為業(yè)務載運車，所需費用約為250萬～300萬元。若公司雇傭50名工人，8小時工作，月工資為6 000元/人，則一年費用約為360萬～400萬元（除去其他費用）。同時，公司每年還需投入20萬～50萬元用于叉車維修，則公司總支出為630萬～750萬元。若該公司購買危險品智能化助載車，其前期購買費用約為500萬～600萬元，同時智能化助載車可以實現(xiàn)14小時/天高負荷工作，每年公司需要投入60萬～100萬元用于智能助載車維修，則公司總支出為560萬～700萬元。由于智能化助載車故障率低，可以減少公司的維修費用，故可減少總支出。另外，在同樣支出的情況下，從之前人工叉車8小時/天轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苤d車14小時/天，大大提高了公司收益。

從簡單的市場估價來看，目前智能化助載車擁有廣闊的市場前景，在降低公司生產(chǎn)成本的同時提高了公司的安全效益，實現(xiàn)了公司利益最大化。