组合式智能搬运车的设计

蒋 勇 王 强 魏胜程 王文博

（南京理工大学泰州科技学院智能制造学院，泰州225300）

目前快递分拣大多数采用人工或者利用单一机器进行分拣，工作效率低下，并且难以对现代种类繁多货物进行分拣运输。目前，快递行业只能按货物尺寸将之分类至不同仓库，并以不同方式进行分拣搬运，不仅工作量具大了，而且还需要更大面积的仓库。因此组合式智能搬运车的设计，具有重要意义。

1 系统组成和工作原理

本文所设计的组合式智能搬运车三维设计效果如图1所示，主要由电源、控制系统、激光发射器、接收器、驱动电机、车轮、转盘链接机构和双驱动轮双万向轮等结构组成。整个系统初步设计方案由四个可独立工作的搬运小车组成，每个搬运车都带有激光发射器和接收器，用于两两之间识别对接；对接过程中，利用转盘链接机构可保证驱动轮不动，实现平台转动；对接完成后，两车由电磁铁相连接。搬运车采用方形外观设计，载物面积大、实用性强、便于货物运输，能够满足多个搬运车对接需求。

图1 整车三维设计效果

2 系统结构设计

根据理论知识以及试验数据分析计算，进行模拟仿真，设计了车体、转盘链接机构以及双驱动轮双万向轮。车体由上、下两部分组成，如图2所示。上半部主要由机体，小车外壳等部件组成，此外还包括电源、中央控制芯片、电机驱动模块以及降压模块等部件。另外，用于与其他小车对接的激光发射器及接收器装在外壳侧板处，便于 实现对接及修正；

下半部分为动力系统，由驱动电机及车轮组成。

图2 车体的组成

为了让车体工作时具有较高灵活性，上下两部分机体采用了转盘连接，如图3所示。转盘链接机构由一个大直径定齿轮与一个小直径动齿轮组成。定齿轮保持不动，通过动齿轮转动形成一个稳定圆周运动。为避免转盘工作时受驱动电机导线影响，在转盘连接处采用导电滑环设计，滑环上下部分分别位于小车上下连接部分。

图3 上下部分装盘连接

在设计小车底盘时，有普通汽车底盘和履带底盘两种方案，对比两种系统方案，本设计采用了比较折中方式，即左右并列两个驱动轮作为动力，前后加上两个万向轮作为平衡结构，既保证了车体平衡，也保证了车体具有较高灵活性。同时，采用双电机作为驱动动力，有效降低了电池电量消耗，让小车完成更多的运输工作。

3 系统控制设计

系统控制以ESP8266WIFI串口模块为控制核心，采用传感器进行位置检测，使搬运车能够做出各种组合运动，具体控制流程如图4所示。利用ESP8266WIFI串口模块WIFI功能与小车进行远程通信，根据货物重量与大小，发出不同组合信号，控制小车进行运输；利用激光发射器和接收器进行定位，不断发射与接收信号，控制器判断小车是否以及到达对接位置，若未到达，则系统控制小车进行移动与转向，调整小车姿态，保证小车准确对接，如此循环直到小车到达预定对接位置；当小车到达预定对接位置时，系统控制小车进行对接，对接完成后控制电磁铁使两车连接。

图4 小车控制流程图

4 运行情况介绍

根据三维设计效果完成了四辆小车制作，四辆小车可以根据不同货物重量和大小进行灵活组合，满足各种需求，实现多工作状态模式。

（1）物件较小，单个车里能够装载的情况。各小车单独运行，互不干涉，三维效果及实物运行如图5所示。

图5 各小车单独工作状态

（2）物件稍大的情况。两辆小车自动组合，实现搬运，三维效果及实物运行如图6所示。

（3）物件占地面积较大的情况。四辆小车组合成“大田字”形状，联合运送货物，三维效果及实物运行如图7所示。

图6 两两组合工作状态

图7 四辆车“大田字”组合工作状态

（4）物件长度较长的情况。四辆小车组合成“长一字”形状，联合运送货物，三维效果及实物运行如图8所示。

图8 四辆车“长一字”组合工作状态

5 结语

组合式智能搬运车优点在于能够针对不同体积货物组合出不同形状，以单一机器来实现仓库货物运输，避免出现大机器搬运小物件、小机器运不了大物件等问题，有效降低了运输成本、工人工作强度以及运输时间，提高了工作效率、载运速度以及货物流通量。