電動智能叉車結構設計

趙浩甲，宋文學，李 莎

（1.西安工業大學 機電工程學院，西安 710021；2.西安航空學院 機械工程學院，西安 710077）

0 引言

近年來，隨著我國市場經濟的飛速發展，貨物流通的加快，叉車取代人工搬運，在物流中扮演者重要的角色[1]。在工廠中，為提高空間的利用率，人們需要把庫房的修建成高低位置不同的網格結構，方便存放貨物，這樣就使得較低位置容易取放，較高不容易取放，尤其對一些體積大，重量大，位置較高的貨物，工人搬運的難度更大。遙控叉車除了具備傳統叉車的各項基本功能外，減少了人力資源的使用，提高搬運效率的同時，在危險現場搶救物資等方面，降低人員傷亡也起到一定的作用[2～5]。

袁培江，宋博，馬福存等[6]在一種輕負載智能叉車一文中提出的叉車由升降裝置、驅動系統和定位系統以及設置在車架上方的車載電腦。驅動系統包括驅動電機、電機減速器、編碼器、電機座、軸承座、驅動輪、聯軸器、驅動輪軸；定位系統包括車架前方的激光測距儀、智能相機以及安裝在貨叉架上的定位傳感器；升降裝置包括電機、絲杠機構和貨叉架，電機安裝在絲杠機構下方，絲杠機構與貨叉架通過絲杠螺母轉換座連接。葉嘉文[7]發明的智能叉車包括：叉車本體，置于叉車本體上的叉板，置于叉板上的標簽識別器，接收標簽識別器的控制器，連接于控制器的警告器。張寧[8]發明的一種電動智能叉車包括叉車本體，設置于叉車本體用于控制叉車動作的控制端以及與控制端無線通信的遠程移動端；所述控制端包括一個以上均勻布設于叉車本體周側的攝像頭、方向傳感器、顯示屏、第一無線收發模塊以及一控制單元，所述攝像頭、方向傳感器、顯示屏和第一無線收發模塊與所述控制單元電連。

本裝置設計出了通過雙遙控系統、圖傳系統、超聲波避障系統和太陽能供電系統可以實現對貨物進行存放和搬運等功能的電動智能叉車。

1 電動智能叉車工作原理

本叉車在在實際工作中，分為工作和待工作狀態。其工作原理流程圖如圖1所示。

圖1 電動智能叉車工作原理流程圖

叉車在工作時，門架和車身上的機械臂相互協作，對車身前后左右的物體進行搬運和存放。門架上的紅外探頭通過圖傳系統對叉車前方的路況進行監測，車身四周的超聲波避障系統在避障范圍2cm～5m內會產生蜂鳴聲。在待工作時在叉車的左右頂部和尾部的太陽能電板在四桿機構的作用下進行展開，保證采光面積最大的情況下進行充電。

2 叉車總體結構設計

本設計的總體結構通過UG8.5進行三維建模，其叉車包括前置機械爪、滑塊、滑軌支架、前置紅外探頭、機械臂、太陽能板、避障雷達、車身等組成。太陽能板固定在叉車的尾部并可繞固定端旋轉一定角度；機械臂固定在旋轉云盤上可進行多方位抓取；前置機械爪固定在滑塊上，滑塊固定在滑軌支架內，滑塊可帶動機械爪上下運動并在舵機作用下實現叉取或多方位夾取；紅外探頭固定在滑軌支架頂部中間部分；避障雷達固定在車身兩側。叉車的結構示意圖如圖2所示。

圖2 電動智能叉車結構示意圖

3 主要系統裝置結構

3.1 叉車圖傳系統

紅外探頭安裝在門架上，便于叉車前方的圖像的采集。顯示器內嵌于遠程控制系統中，可以一邊觀察一邊控制叉車。其圖傳效果如圖3所示。

3.2 超聲波避障系統

圖3 叉車圖傳系統

叉車車身四周安裝了超聲波避障系統，其超聲波避障雷達在避障范圍2cm～5m內會產生蜂鳴聲。其原理樣機實物圖如圖4所示。

圖4 超聲波避障系統

3.3 機械臂裝置

叉車門架上的機械臂安裝在滑塊上，滑塊提供縱向移動。舵機Ⅰ是360°舵機可以實現多方位抓取，舵機Ⅱ是實現機械爪開合的90°舵機。其結構示意圖如圖5所示。

圖5 叉車門架機械臂裝置

叉車車身萬向轉臺上的機械臂中，舵機Ⅲ、舵機Ⅳ和舵機Ⅴ是實現對四周貨物抓取的180°舵機，舵機Ⅵ是實現多方位抓取360°舵機，舵機Ⅶ是實現機械爪開合的90°舵機。其結構示意圖如圖6所示。

圖6 叉車車身機械臂裝置

3.4 太陽能電板翻轉裝置

叉車保證采光面積最大的情況下進行充電。其左右兩側和尾部的太陽能電池板在四桿機構和D處舵機的作用下進行展開，此時桿BC和桿CD共線機構的傳動角=0°，對充電狀態進行定位，其機構簡圖如圖7所示。

圖7 叉車左右、尾部的太陽能電池板四桿機構簡圖

叉車頂部為了保證采光面積最大的情況下進行充電，太陽能電池板在四桿機構的作用下進行展開，根據叉車充電時太陽角度的變化調節液壓缸推桿，來改變太陽能電池板的傾角進行充電。其機構簡圖如圖8所示。

圖8 叉車頂部的太陽能電池板四桿機構簡圖

4 電動智能叉車原理樣機

根據UG8.5制作該智能叉車的原理樣機運行進行驗證，通過該智能叉車工作可以實現對貨物的抓取和搬運、紅外探頭實現圖傳、避障系統實現避障報警、太陽能電板給叉車供給電能等功能。電動智能叉車原理樣機如圖9所示。

圖9 電動智能叉車原理樣機

5 結語

本設計設計了一種電動智能叉車。本裝置通過雙遙控系統、圖傳系統、超聲波避障系統和太陽能供電系統可以實現對貨物進行存放和搬運、紅外探頭實現圖傳、避障雷達實現避障報警、太陽能電板給叉車供給電能等功能。

本設計電動智能叉車，結構緊湊，可方便應用于對高低位置不同的貨物的搬運。對某些有危險的區域進行作業時，工人可以遠程操作，利用安裝在叉車上的紅外探頭傳回的實時畫面，工人只需在安全區域通過遙控遠程操作就可以了，降低了工人在工作時的危險系數。另外，對于一些較高處或難以到達的地方的貨物搬運具有很強的實用性，可大大提高搬運效率。