車載智能貨柜研究員

斌強

摘要：本文介紹了一種新型車載智能貨柜，作為車載智能自動化新研產品，結合機電一體化、機械制造、自動化等多個學科的知識，實現車載式智能貨柜設計與研究首要面對和解決的問題就是如何從總體上研究分析將所學科技術融合及應用，對新型車載智能貨柜應用背景、使用用途、系統組成、工作原理、總體設計、關鍵技術等幾方面進行探討。

關鍵詞：骨架結構;傳動系統;機械手臂;傳感系統

1引言

隨著自動化系統技術的發展，為了滿足提高工作效率、人機工程、運輸安全、降低人工操作的風險等，根據需求設計一款新型的車載式智能貨柜意義重大。車載式智能貨柜是用于存儲、運輸保障設備、器材、備件、工具等主要運輸、儲存裝置，將保障設備、器材、備件、工具等固定于貨柜（或貨架）上，在保障車輛到達預定位置后，進行對保障對象進行快速保障。現階段，部隊保障車輛安裝貨柜（或貨架）多為骨架結構，安裝在廂式車或方艙內，通過扎帶等形式將保障設備、器材、備件、工具等安裝在在貨柜（或貨架）上，將保障設備、器材、備件、工具等運輸到指定位置進行檢測、維修、保障。然而，部隊戰士使用時需要逐一將保障設備、器材、備件、工具等取下，在使用時取放操作相對比較繁瑣、效率低下、運輸種類繁多、車輛上空間有限、操作繁瑣等因素影響，嚴重制約我軍技術保障能力。因此，在如何提高車載式貨柜（或貨架）存在的難題亟需解決，根據車載電子信息工程、智能化、自動化發展應用表明，車載式智能貨柜設計思想將是解決這一難題最佳選擇。

2用途

車載貨柜（或貨架）是我國電子保障車存儲、運輸保障設備、器材、備件、工具等主要方式方法，將保障設備、器材、備件、工具等固定于貨柜（或貨架）上，在保障車輛到達預定位置后，進行對保障對象進行快速保障。

2系統組成

該貨柜主要由骨架、傳動系統，機械手臂，傳感系統，控制系統等組成。

3工作原理

機械手臂在控制系統作用下，通過絲桿軌道上下運動等動作完成箱體的定位和升、降。

定位：機械手臂安裝有傳感系統，通過傳感系統“尋隙”功能確定需要取放箱體的具體位置。

升、降：機械手臂通過伺服電機驅動在絲桿上運動，并驅動展開機械手臂，對箱體進行托舉。機械手臂向上運動時，完成箱體的提升，向下運動時，完成箱體的下降。

4系統設計

4.1控制系統

控制系統主要將傳動系統、機械手臂和傳感系統統一控制、信號處理，實現自動升降貨柜箱體的取放。貨柜控制系統由多組傳感器、多組電機配合智能控制系統完成箱體擺放的功能。控制系統控制傳動系統運轉，帶動機械臂上下移動，結合紅外傳感器掃描功能根據需要定位機械臂停靠位置，完成后續的抬放箱體的運作。傳動系統定位后，當需要抬起箱體時，結合距離傳感器，控制機械臂固定箱體，之后運轉傳動系統實現抬起箱體動作，結合壓力傳感控制抬起高度。當需要回放箱體時，智能系統控制傳動系統下降，結合壓力傳感判定箱體是否擺放完成，之后通過控制和距離傳感回收機械臂，再完成傳動系統復位。

4.2傳動系統

傳動系統主要由電機及絲桿升降機組成，一組電機驅動兩組絲桿升降機同步運動。絲桿采用絲桿轉動，螺母升降的工作形式。其中電機采用雙頭出軸，臥式安裝形式，緊急情況下，可通過手柄轉動輸入動力[3]。具體傳動圖如下所示：

4.3機械手臂

自動伸縮機械手臂是一套安裝于絲桿螺母機構中作升降直線運動的螺母滑塊上。該機械手臂通過紅外線傳感器、壓力傳感器和距離傳感器共同作用，實現高度方向的定點伸出與收縮動作，完成對攜行箱的托舉與裝放。

傳動原理：傳動機構采用凸輪機構，將凸輪的旋轉推動機械臂做往復直線運動。凸輪轉動一周，機械臂完成一次伸出和一次縮回動作（機械臂靠拉伸彈簧拉力總處于縮回趨勢）。通過電機輸入提供動力。電機采用3/6/12/24V直流電機，電機通斷控制靠壓力傳感器反饋控制。

工作過程：直流電機驅動蝸桿轉動，蝸桿傳動渦輪，渦輪轉動中心與凸輪轉動中心重合且剛性連接，則凸輪沿同一方向轉動，機械臂托板在拉伸彈簧拉力作用下始終與凸輪保持接觸，則機械臂托板隨凸輪轉動而實現來回伸縮運動，凸輪轉動一圈，機械臂托板伸出和縮回一次。

4.4傳感系統

傳感系統主要有壓力傳感、距離傳感和紅外傳感器組成，通過控制系統實現對傳動系統和機械手臂的位置、距離、運動動作的定位、控制。

機械手臂上壓力傳感器：在機械手臂前端安裝有壓力傳感器，當機械手臂插入箱體底部時觸發壓力傳感信號，箱體取放完成后，機械手臂離開箱體時壓力傳感信號關閉，機械手臂停止運動，自動回收。

機械手臂上距離傳感器：在機械手臂前端安裝有距離傳感器，當機械手臂插入箱體底部額定值時觸發距離傳感信號，機械手臂停止，箱體取放完成后，機械手臂離開箱體額定值時觸發距離傳感信號，機械手臂停止運動，自動回收[2]。

辨識箱體位置的紅外傳感器：按下取放箱體的編碼后，傳動系統啟動，每經過箱體之間觸發紅外傳感器發出信號，并記錄數據，到達對應的設定編碼后，停止運動[1]。

4總結

近些年，隨著電子檢測維修裝備的智能化、自動化程度越來越高，智能化、自動化也成為裝備主要的發展、研究方向。車載式智能貨柜就是一款采用人機交互界面，控制系統控制傳動系統運轉，帶動機械臂上下移動，結合紅外傳感器掃描功能根據需要定位機械臂停靠位置，完成后續的抬放箱體的運作，實現貨柜功能智能化、自動化產品。此產品在我國國防事業保障系統將會有很大發展空間，全力推進我國國防科技智能自動化建設，縮短與發達國家差距。

參考文獻：

[1]李艷，李新娥，裴東興.應變式壓力傳感器及其應用電路設計[J].計量與測試技術，2007.

[2]程江濤，蔣和生，張濟生.電阻應變式微位移傳感器的設計[J]. 兵工自動化，2007.

[3]簡輝華.自動化控制模塊設置于機電設備[J].電子制作，2013（7）.