陳一銘 李慶慶 劉凡 田晉華 李紅燕

摘 要：本項(xiàng)目所研發(fā)的階梯自動搬運(yùn)車[1]， 是一種智能化程度較高、運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)體積小、質(zhì)量輕、拆裝方便、價(jià)格低廉、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的階梯自動搬運(yùn)車。旨在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)重物上下樓梯和在坑洼路面行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)上下樓梯的自動化，在工廠、住宅樓有著很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。具有自動檢測路面情況的功能，遇到障礙物或者坑洼路面可識別，保證載物的安全平穩(wěn)行駛。

關(guān)鍵詞：階梯 自動化 搬運(yùn)車

中圖分類號：T21H4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

1 背景

在經(jīng)濟(jì)科技高速發(fā)展的時(shí)代，大家需要智能的生活，高效率的工作。自人工智能于1956年誕

生，數(shù)十年的發(fā)展讓其有了很大的提升，如今，人工智能已經(jīng)進(jìn)入人們的生活，在機(jī)械、航天、手機(jī)、醫(yī)學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)、自動程序設(shè)計(jì)等有著廣泛的運(yùn)用。并且與人們的生活越來越密切，智能家居已經(jīng)慢慢走向大眾視野，越來越多的智能化正在走向生活。長期以來，物流搬運(yùn)過程中，一直所困惑而且難以解決的問題是樓梯臺階搬運(yùn)。無論是家庭、工業(yè)企業(yè)單位，都不可以避免的要遇到搬運(yùn)重物上下樓梯臺階的問題，需要大量的人力資源靠人力來完成搬運(yùn)工作，一方面增加了勞動成本，另一方面，由于人工的局限性， 往往會造成搬運(yùn)人員受到傷害或者搬運(yùn)物受損。為此，本項(xiàng)目決定研發(fā)智能階梯自動搬運(yùn)車。以期解決搬運(yùn)難題，節(jié)省人力、財(cái)力、物力，提高生產(chǎn)效率。項(xiàng)目涉及一種用于搬運(yùn)重物上下樓梯和坑洼路面行進(jìn)的智能搬運(yùn)車，實(shí)現(xiàn)上下樓梯的自動化， 在工廠、住宅樓有著很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

2 項(xiàng)目主要原理及實(shí)現(xiàn)方案

2.1 主要原理

圖1 基本原理圖

通過單片控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓桿的伸縮滿足不同環(huán)境下的工作，紅外測距傳感器的應(yīng)用加強(qiáng)了小車的適應(yīng)性。 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制模塊：步進(jìn)電機(jī)工作需要穩(wěn)定提供電壓，但在上階梯時(shí)需要限流電阻防止過流，在平地時(shí)步進(jìn)電機(jī)勻速前進(jìn)，上階梯時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不動，液壓桿升降，此時(shí)限流電阻會消耗大量功率。為保證安全，限流電阻需要較強(qiáng)的穩(wěn)定性，步進(jìn)電機(jī)輸入是脈沖序列，輸出是相應(yīng)的增量，所以步進(jìn)電機(jī)有著很強(qiáng)的穩(wěn)定性。根據(jù)輸入的脈沖信號，再轉(zhuǎn)化為等量的圈數(shù)，從而做連續(xù)的步進(jìn)。

步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制

液壓桿控制平臺升降模塊

在本小車中，要求升降臺平穩(wěn)，載重大，頻繁啟動。當(dāng)小車到達(dá)階梯時(shí)，前輪抬起放在需要上階梯，后面雙直筒液壓桿工作，將平臺穩(wěn)定的抬升至階梯同一高度，再引導(dǎo)后輪水平縮至原本位置，重復(fù)上述動作，保證小車平穩(wěn)上臺階。

液壓系統(tǒng)工作過程

（1）活塞桿豎直向上推動載物臺上升。給額定電壓，液壓桿中的壓力油推動活塞，活塞帶動載物臺平穩(wěn)上升。

（2）活塞桿退回帶動后輪上升，延時(shí)繼電器接通電磁鐵，壓力油回至油箱，活塞退回原來位置，帶動后輪上升。

穩(wěn)壓模塊

本小車穩(wěn)壓模塊有三個(gè)作用

（1）小車的單片機(jī)額定電壓是5v，而電池的供電是24v，為保證小車能正常工作，所加的穩(wěn)壓模塊的作用是將電池的24v穩(wěn)壓到5v送到單片機(jī)模塊。從而使單片機(jī)能穩(wěn)定工作。

（2）穩(wěn)壓模塊的上限一般都比較高，上限是75v，用戶可以根據(jù)自己需要從而更換電池，以滿足不同的用戶需要。

（3）電池在充電過程中一般使用220v交流電，使用穩(wěn)壓模塊能更進(jìn)一步保護(hù)電池的安全。

控制臺模塊

控制臺一共有6個(gè)按鈕，前推桿升降各一個(gè)，后推桿升降各一個(gè)， 前輪控制一個(gè)， 總開關(guān)一個(gè)。為適應(yīng)不同的地形和不同的臺階高度，控制臺能更好的讓小車正常工作。

載物臺模塊

本小車的載物臺是由實(shí)心木板構(gòu)成，能承重40kg，在不同的工作場地需要不同的承重能力，根據(jù)所運(yùn)貨物的重量更改小車的載物臺材料，能更充分的發(fā)揮小車的性能。

2.2 實(shí)現(xiàn)方案

前足先上 后足收回 然后根據(jù)杠桿原理 抬起最前面的輪子。通過步進(jìn)電機(jī)改變主體與底盤車輪的高度使車輪抬起和落下來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)在樓梯面的爬行； 利用紅外測距傳感器，能適應(yīng)不同臺階高度； 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及液壓桿的伸縮速度，保證載物臺平穩(wěn)上升，通過反饋回來的信息，設(shè)定不同的速度以滿足不同的環(huán)境。項(xiàng)目組成員利用步進(jìn)電機(jī)模擬人上樓梯的動作，并且簡單的利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)爬樓梯的功能。為了方便用戶操作增加了單片機(jī)控制，通過控制給定的按鍵功能來控制繼電器進(jìn)而控制搬運(yùn)車后面和中間的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動方向，使自動搬運(yùn)車模擬人上樓梯的動作，再利用杠桿原理使自動搬運(yùn)車流利的完成整套上階

梯的動作。

3 結(jié)論

階梯自動搬運(yùn)車自身具有體積小、自重輕、載重量至少在25kg以上、操作簡單。完成階梯自動搬運(yùn)車的自動搬運(yùn)物體功能，并實(shí)現(xiàn)換環(huán)境依然能夠?qū)⒇浳镞\(yùn)送到目的地。將欲搬運(yùn)物體放進(jìn)整體的集裝箱，在搬運(yùn)的過程中保證貨物的安全性與穩(wěn)定性， 提高搬運(yùn)的效率，有利于生產(chǎn)。 使用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的工作及液壓桿的升降，不僅能在一定范圍內(nèi)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制小車的速度，還能靈活的控制液壓桿的升降，滿足小車在不同的環(huán)境下的工作。大大提升了小車的穩(wěn)定性和實(shí)用性，以滿足不同用戶的需求，單片機(jī)的使用不僅簡化了電路，也降低成本， 使小車操作更加簡單，實(shí)現(xiàn)了小車的大眾化。

參考文獻(xiàn)

[1] 本項(xiàng)目來自西北民族大學(xué)2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目.

[2] 張洪潤，藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

[3] 秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[4] 常斗南，等.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.