三危化學品智能助載機器車

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的化學品安全事故等突出問題，文中設計了一款三危化學品智能助載機器車，可實現路況的自動識別及行駛速度的自動處理與貨物識別，實現齒輪結構、鏈條結構、絲桿叉架結構的全智能化，在降低公司生產成本的同時提高了公司的安全效益，實現公司利益最大化。

關鍵詞：智能助載機器車；自動識別

1 作品簡介

團隊所設計的產品主要集中于目前化學品快遞行業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，構建三危智能助載機器人放縮樣品，來代替傳統化學品快遞行業的運載方式。產品整體運行通過遠程上位機信息傳輸控制，實現路況的自動識別及行駛速度的自動處理，自動識別貨物，實現齒輪結構、鏈條結構、絲桿叉架結構的全智能化。產品目前可以用于解決化學品在倉庫內的轉運和助力載運問題，同時在機械結構方面應用壓力傳感器夾緊裝置，避免了傳統人工駕駛叉車易發生物品側翻等安全事故。控制結構方面引入機械控制算法，實現自動平穩停車。三危化學品智能助載機器車實物如圖1所示。

2 工作原理

目前團隊所開發的智能助載機器人主要集中于化學品快遞行業，未來團隊將依據各行業的需求，通過不斷改進助載車整體結構、智能控制系統及危險應急處理模塊等實現各行業智能機器化的愿望。這種智能方式不僅可以大大超過傳統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），還可以減少企業時間成本，增強企業核心競爭力。

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境更普通化，符合快遞行業工作強度大、工作環境差等特點，進而使得產品能夠更加商業化和市場化。

智能助載機器人目前仍采用傳統輪胎運轉方式，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化已基本實現車體本身降速停車，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，在不影響現有助載車工作效率的前提下，采用其他運轉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 創新點

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

（2） 針對倉庫環境設置了黑色過道，利用四個紅外對管對其進行循環檢測與尋跡，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與放貨區，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；兩層結構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所遇到的瓶頸問題出發，團隊設計制作了一款三危化學品智能助載機器人，結合目前人工叉車已有的成熟機械結構，通過三維建模、市場調研、結構測試等環節，對叉車整體機械結構進行了二次優化設計與叉車控制結構軟件設計。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，使得產品可以更好地適應化學品快遞行業的需求。結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/天轉變為智能助載車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，在降低公司生產成本的同時提高了公司的安全效益，實現了公司利益最大化。