阶梯自动搬运车

陈一铭 李庆庆 刘凡 田晋华 李红燕

摘 要：本项目所研发的阶梯自动搬运车[1]， 是一种智能化程度较高、运行稳定，同时体积小、质量轻、拆装方便、价格低廉、环境适应性强的阶梯自动搬运车。旨在实现搬运重物上下楼梯和在坑洼路面行进，实现上下楼梯的自动化，在工厂、住宅楼有着很强的实用价值。具有自动检测路面情况的功能，遇到障碍物或者坑洼路面可识别，保证载物的安全平稳行驶。

关键词：阶梯 自动化 搬运车

中图分类号：T21H4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

1 背景

在经济科技高速发展的时代，大家需要智能的生活，高效率的工作。自人工智能于1956年诞

生，数十年的发展让其有了很大的提升，如今，人工智能已经进入人们的生活，在机械、航天、手机、医学、物联网、自动程序设计等有着广泛的运用。并且与人们的生活越来越密切，智能家居已经慢慢走向大众视野，越来越多的智能化正在走向生活。长期以来，物流搬运过程中，一直所困惑而且难以解决的问题是楼梯台阶搬运。无论是家庭、工业企业单位，都不可以避免的要遇到搬运重物上下楼梯台阶的问题，需要大量的人力资源靠人力来完成搬运工作，一方面增加了劳动成本，另一方面，由于人工的局限性， 往往会造成搬运人员受到伤害或者搬运物受损。为此，本项目决定研发智能阶梯自动搬运车。以期解决搬运难题，节省人力、财力、物力，提高生产效率。项目涉及一种用于搬运重物上下楼梯和坑洼路面行进的智能搬运车，实现上下楼梯的自动化， 在工厂、住宅楼有着很强的实用价值。

2 项目主要原理及实现方案

2.1 主要原理

图1 基本原理图

通过单片控制步进电机的转速和液压杆的伸缩满足不同环境下的工作，红外測距传感器的应用加强了小车的适应性。 步进电机的单片机控制模块：步进电机工作需要稳定提供电压，但在上阶梯时需要限流电阻防止过流，在平地时步进电机匀速前进，上阶梯时，步进电机不动，液压杆升降，此时限流电阻会消耗大量功率。为保证安全，限流电阻需要较强的稳定性，步进电机输入是脉冲序列，输出是相应的增量，所以步进电机有着很强的稳定性。根据输入的脉冲信号，再转化为等量的圈数，从而做连续的步进。

步进电机的单片机控制

液压杆控制平台升降模块

在本小车中，要求升降台平稳，载重大，频繁启动。当小车到达阶梯时，前轮抬起放在需要上阶梯，后面双直筒液压杆工作，将平台稳定的抬升至阶梯同一高度，再引导后轮水平缩至原本位置，重复上述动作，保证小车平稳上台阶。

液压系统工作过程

（1）活塞杆竖直向上推动载物台上升。给额定电压，液压杆中的压力油推动活塞，活塞带动载物台平稳上升。

（2）活塞杆退回带动后轮上升，延时继电器接通电磁铁，压力油回至油箱，活塞退回原来位置，带动后轮上升。

稳压模块

本小车稳压模块有三个作用

（1）小车的单片机额定电压是5v，而电池的供电是24v，为保证小车能正常工作，所加的稳压模块的作用是将电池的24v稳压到5v送到单片机模块。从而使单片机能稳定工作。

（2）稳压模块的上限一般都比较高，上限是75v，用户可以根据自己需要从而更换电池，以满足不同的用户需要。

（3）电池在充电过程中一般使用220v交流电，使用稳压模块能更进一步保护电池的安全。

控制台模块

控制台一共有6个按钮，前推杆升降各一个，后推杆升降各一个， 前轮控制一个， 总开关一个。为适应不同的地形和不同的台阶高度，控制台能更好的让小车正常工作。

载物台模块

本小车的载物台是由实心木板构成，能承重40kg，在不同的工作场地需要不同的承重能力，根据所运货物的重量更改小车的载物台材料，能更充分的发挥小车的性能。

2.2 实现方案

前足先上 后足收回 然后根据杠杆原理 抬起最前面的轮子。通过步进电机改变主体与底盘车轮的高度使车轮抬起和落下来实现自适应在楼梯面的爬行； 利用红外测距传感器，能适应不同台阶高度； 单片机控制步进电机的转速及液压杆的伸缩速度，保证载物台平稳上升，通过反馈回来的信息，设定不同的速度以满足不同的环境。项目组成员利用步进电机模拟人上楼梯的动作，并且简单的利用杠杆原理实现爬楼梯的功能。为了方便用户操作增加了单片机控制，通过控制给定的按键功能来控制继电器进而控制搬运车后面和中间的步进电机的运动方向，使自动搬运车模拟人上楼梯的动作，再利用杠杆原理使自动搬运车流利的完成整套上阶

梯的动作。

3 结论

阶梯自动搬运车自身具有体积小、自重轻、载重量至少在25kg以上、操作简单。完成阶梯自动搬运车的自动搬运物体功能，并实现换环境依然能够将货物运送到目的地。将欲搬运物体放进整体的集装箱，在搬运的过程中保证货物的安全性与稳定性， 提高搬运的效率，有利于生产。 使用单片机控制步进电机的工作及液压杆的升降，不仅能在一定范围内设置步进电机的转速，控制小车的速度，还能灵活的控制液压杆的升降，满足小车在不同的环境下的工作。大大提升了小车的稳定性和实用性，以满足不同用户的需求，单片机的使用不仅简化了电路，也降低成本， 使小车操作更加简单，实现了小车的大众化。

参考文献

[1] 本项目来自西北民族大学2017年大学生创新创业项目.

[2] 张洪润，蓝清华.单片机应用技术教程[M].北京：清华大学出版社，1997.

[3] 秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[4] 常斗南，等.可编程序控制器原理、应用、实验[M].北京：机械工业出版社，1998.