基于慧魚模型的叉車機器人設計

孫 波，魏 巍，吳洪斌

1山東科技大學；2泰山科技學院

基于慧魚模型的叉車機器人設計

孫 波1，魏 巍2，吳洪斌1

1山東科技大學；2泰山科技學院

智能小車（輪式機器人）發展至今，已被應用于無人駕駛的汽車、自動化生產線、倉庫、服務性質的機器人等領域，它可以按照預先設定的模式在特定的環境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的目標，大大方便了人們的生活，機器人已經和人類社會的生活、生產緊密的結合在一起。本文以慧魚創意組合模型為平臺，設計出一種循跡叉車智能機器人。

智能機器人；慧魚；循跡；自動裝卸

1 智能叉車實現功能

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。循跡功能可細分為尋找軌跡和循跡前進，貨叉起升功能可細分為貨叉升降和貨叉停止。智能叉車主要任務要求為：先貨叉位置校準→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。

2 循跡智能叉車機器人結構設計

機器人要實現自動導引功能就必須要感知導引線，而感知導引線相當于給機器人一個視覺功能。智能循線是基于智能導引叉車系統，采用軌跡傳感器進行尋線。叉車的貨叉要實現準確的上升、下降和停止就必須要識別得到貨叉導軌的上頂端和下底端，智能升降是給予叉車系統程序，采用微動開關的信號輸入來實現貨叉的啟動、升降和停止。

2.1 硬件設計

智能叉車采用輪驅動，前后各用一個直流雙向電機驅動，調制兩個輪子的轉速從而達到控制轉向的目的。將軌跡傳感器裝在車體前部的下方，當車的右邊傳感器I1檢測到黑線的邊界時，控制系統控制左輪電機M2停止驅動，右輪電機M1按原方向繼續驅動，車向左修正，當車的左邊傳感器I2檢測到黑線邊界時，控制系統控制右輪電機M1停止驅動，左輪電機M2按原方向繼續驅動，車向右修正，黑線在車體的中間時，傳感器一直檢測到黑線，當偏離黑線時就開始修正，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驅動，在貨叉上方用一個直流雙向電機驅動，通過蝸輪蝸桿傳動機構，驅動控制叉車貨叉的升降。將兩個微動開關分別裝在貨叉升降導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，輸入信號，系統程序接收信號實現貨叉的復雜動作的完成。

2.2 機器人各部分設計

（1）行走部分：由于設計的是叉車搬運類機器人，因此機器人運行的路面情況在實際情況中也不會很復雜，采用車輪式行走結構。這種移動方式由兩個車輪以及兩個萬向輪組成，方向調整靈活，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驅動，在貨叉上方用一個直流雙向電機驅動，通過蝸輪蝸桿傳動機構，驅動控制叉車貨叉的升降。將兩個微動開關分別裝在貨叉升降導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，輸入信號，系統程序接收信號實現貨叉的復雜動作的完成。

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

（4）車燈部分：智能叉車機器人具有很高現實意義，模擬現實叉車，因此車燈也要根據實際條件，具備現實中車燈應有的照明、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計

智能叉車控制系統由軟件和硬件兩大部分組成，本節介紹叉車的軟件控制系統，軟件和硬件結合實現叉車的智能運作。

本次設計擬定讓叉車順利完成預定的貨物搬運任務，需要根據實際情況進行叉車軟件程序的編寫工作，因此構想先完成各個局部動作的控制子程序，然后根據實際情況，如工作方式，軌跡線的路徑等，設計叉車的行程和轉向，最后將子程序組合，叉車順利完成任務。

圖1 總程序圖

主程序開始→叉車貨叉位置的校準定位（travel position）→沿軌跡行走（follow trail）→直行（straight）→左轉尋找軌跡（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）→左轉尋找軌跡（seek trail-left）→沿軌跡行走（follow trail）→右轉掉頭尋找軌跡（seek trail-right）→等待五秒→反行走方向進行上述步驟→程序循環。

通過調試后,叉車能夠執行相應的程序，順序的完成動作。

[1]朱學敏.慧魚模型指導書[M].北京：機械工業出版社，2010

[2]朱世強，王宣銀.機器人技術及其應用[M].浙江：浙江大學出版社，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.慧魚創意模型試驗教程[M].西南交通大學出版社，2010

孫波（1995-），男，山東省齊河縣人，專業：機械設計制造及其自動化；

魏巍（1998-），男，山東省萊蕪市人，專業：財政學；

吳洪斌（1997-），男，山東省商河縣人，專業：地質工程。