組合式智能搬運車的設計

蔣 勇 王 強 魏勝程 王文博

（南京理工大學泰州科技學院智能制造學院，泰州225300）

目前快遞分揀大多數采用人工或者利用單一機器進行分揀，工作效率低下，并且難以對現代種類繁多貨物進行分揀運輸。目前，快遞行業只能按貨物尺寸將之分類至不同倉庫，并以不同方式進行分揀搬運，不僅工作量具大了，而且還需要更大面積的倉庫。因此組合式智能搬運車的設計，具有重要意義。

1 系統組成和工作原理

本文所設計的組合式智能搬運車三維設計效果如圖1所示，主要由電源、控制系統、激光發射器、接收器、驅動電機、車輪、轉盤鏈接機構和雙驅動輪雙萬向輪等結構組成。整個系統初步設計方案由四個可獨立工作的搬運小車組成，每個搬運車都帶有激光發射器和接收器，用于兩兩之間識別對接；對接過程中，利用轉盤鏈接機構可保證驅動輪不動，實現平臺轉動；對接完成后，兩車由電磁鐵相連接。搬運車采用方形外觀設計，載物面積大、實用性強、便于貨物運輸，能夠滿足多個搬運車對接需求。

圖1 整車三維設計效果

2 系統結構設計

根據理論知識以及試驗數據分析計算，進行模擬仿真，設計了車體、轉盤鏈接機構以及雙驅動輪雙萬向輪。車體由上、下兩部分組成，如圖2所示。上半部主要由機體，小車外殼等部件組成，此外還包括電源、中央控制芯片、電機驅動模塊以及降壓模塊等部件。另外，用于與其他小車對接的激光發射器及接收器裝在外殼側板處，便于 實現對接及修正；

下半部分為動力系統，由驅動電機及車輪組成。

圖2 車體的組成

為了讓車體工作時具有較高靈活性，上下兩部分機體采用了轉盤連接，如圖3所示。轉盤鏈接機構由一個大直徑定齒輪與一個小直徑動齒輪組成。定齒輪保持不動，通過動齒輪轉動形成一個穩定圓周運動。為避免轉盤工作時受驅動電機導線影響，在轉盤連接處采用導電滑環設計，滑環上下部分分別位于小車上下連接部分。

圖3 上下部分裝盤連接

在設計小車底盤時，有普通汽車底盤和履帶底盤兩種方案，對比兩種系統方案，本設計采用了比較折中方式，即左右并列兩個驅動輪作為動力，前后加上兩個萬向輪作為平衡結構，既保證了車體平衡，也保證了車體具有較高靈活性。同時，采用雙電機作為驅動動力，有效降低了電池電量消耗，讓小車完成更多的運輸工作。

3 系統控制設計

系統控制以ESP8266WIFI串口模塊為控制核心，采用傳感器進行位置檢測，使搬運車能夠做出各種組合運動，具體控制流程如圖4所示。利用ESP8266WIFI串口模塊WIFI功能與小車進行遠程通信，根據貨物重量與大小，發出不同組合信號，控制小車進行運輸；利用激光發射器和接收器進行定位，不斷發射與接收信號，控制器判斷小車是否以及到達對接位置，若未到達，則系統控制小車進行移動與轉向，調整小車姿態，保證小車準確對接，如此循環直到小車到達預定對接位置；當小車到達預定對接位置時，系統控制小車進行對接，對接完成后控制電磁鐵使兩車連接。

圖4 小車控制流程圖

4 運行情況介紹

根據三維設計效果完成了四輛小車制作，四輛小車可以根據不同貨物重量和大小進行靈活組合，滿足各種需求，實現多工作狀態模式。

（1）物件較小，單個車里能夠裝載的情況。各小車單獨運行，互不干涉，三維效果及實物運行如圖5所示。

圖5 各小車單獨工作狀態

（2）物件稍大的情況。兩輛小車自動組合，實現搬運，三維效果及實物運行如圖6所示。

（3）物件占地面積較大的情況。四輛小車組合成“大田字”形狀，聯合運送貨物，三維效果及實物運行如圖7所示。

圖6 兩兩組合工作狀態

圖7 四輛車“大田字”組合工作狀態

（4）物件長度較長的情況。四輛小車組合成“長一字”形狀，聯合運送貨物，三維效果及實物運行如圖8所示。

圖8 四輛車“長一字”組合工作狀態

5 結語

組合式智能搬運車優點在于能夠針對不同體積貨物組合出不同形狀，以單一機器來實現倉庫貨物運輸，避免出現大機器搬運小物件、小機器運不了大物件等問題，有效降低了運輸成本、工人工作強度以及運輸時間，提高了工作效率、載運速度以及貨物流通量。