階梯自動搬運車

陳一銘 李慶慶 劉凡 田晉華 李紅燕

摘 要：本項目所研發的階梯自動搬運車[1]， 是一種智能化程度較高、運行穩定，同時體積小、質量輕、拆裝方便、價格低廉、環境適應性強的階梯自動搬運車。旨在實現搬運重物上下樓梯和在坑洼路面行進，實現上下樓梯的自動化，在工廠、住宅樓有著很強的實用價值。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行駛。

關鍵詞：階梯 自動化 搬運車

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

1 背景

在經濟科技高速發展的時代，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，數十年的發展讓其有了很大的提升，如今，人工智能已經進入人們的生活，在機械、航天、手機、醫學、物聯網、自動程序設計等有著廣泛的運用。并且與人們的生活越來越密切，智能家居已經慢慢走向大眾視野，越來越多的智能化正在走向生活。長期以來，物流搬運過程中，一直所困惑而且難以解決的問題是樓梯臺階搬運。無論是家庭、工業企業單位，都不可以避免的要遇到搬運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， 往往會造成搬運人員受到傷害或者搬運物受損。為此，本項目決定研發智能階梯自動搬運車。以期解決搬運難題，節省人力、財力、物力，提高生產效率。項目涉及一種用于搬運重物上下樓梯和坑洼路面行進的智能搬運車，實現上下樓梯的自動化， 在工廠、住宅樓有著很強的實用價值。

2 項目主要原理及實現方案

2.1 主要原理

圖1 基本原理圖

通過單片控制步進電機的轉速和液壓桿的伸縮滿足不同環境下的工作，紅外測距傳感器的應用加強了小車的適應性。 步進電機的單片機控制模塊：步進電機工作需要穩定提供電壓，但在上階梯時需要限流電阻防止過流，在平地時步進電機勻速前進，上階梯時，步進電機不動，液壓桿升降，此時限流電阻會消耗大量功率。為保證安全，限流電阻需要較強的穩定性，步進電機輸入是脈沖序列，輸出是相應的增量，所以步進電機有著很強的穩定性。根據輸入的脈沖信號，再轉化為等量的圈數，從而做連續的步進。

步進電機的單片機控制

液壓桿控制平臺升降模塊

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

液壓系統工作過程

（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上升。

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

穩壓模塊

本小車穩壓模塊有三個作用

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

（2）穩壓模塊的上限一般都比較高，上限是75v，用戶可以根據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，使用穩壓模塊能更進一步保護電池的安全。

控制臺模塊

控制臺一共有6個按鈕，前推桿升降各一個，后推桿升降各一個， 前輪控制一個， 總開關一個。為適應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心木板構成，能承重40kg，在不同的工作場地需要不同的承重能力，根據所運貨物的重量更改小車的載物臺材料，能更充分的發揮小車的性能。

2.2 實現方案

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

梯的動作。

3 結論

階梯自動搬運車自身具有體積小、自重輕、載重量至少在25kg以上、操作簡單。完成階梯自動搬運車的自動搬運物體功能，并實現換環境依然能夠將貨物運送到目的地。將欲搬運物體放進整體的集裝箱，在搬運的過程中保證貨物的安全性與穩定性， 提高搬運的效率，有利于生產。 使用單片機控制步進電機的工作及液壓桿的升降，不僅能在一定范圍內設置步進電機的轉速，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境下的工作。大大提升了小車的穩定性和實用性，以滿足不同用戶的需求，單片機的使用不僅簡化了電路，也降低成本， 使小車操作更加簡單，實現了小車的大眾化。

參考文獻

[1] 本項目來自西北民族大學2017年大學生創新創業項目.

[2] 張洪潤，藍清華.單片機應用技術教程[M].北京：清華大學出版社，1997.

[3] 秦曾煌.電工學[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、應用、實驗[M].北京：機械工業出版社，1998.