CN103941736B - 一种智能搬运车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种新型智能搬运车及其控制方法，属于工业自动化控制技术领域，其特征在于，包括运料车和主机控制单元。运料车中的机械手爪模块和传送模块，用于实现对零件的装卸和搬运功能；避障模块，用于自动避障和紧急制动；驱动模块，用于驱动行进机构以及机械手爪模块和传送模块的电机；限位模块、监控模块、第一无线接收模块和第二无线发送模块用于配合主机控制单元的第一无线发送模块、第二无线接收模块、中央处理单元、人机界面模块以及手持智能设备实现运料车自动化控制。本发明可实现智能控制与避障，搬运不同大小尺寸零件的功能，适用于非固定路线搬运，安放物品位置随机的工厂环境，满足工厂现场物料运输的要求，便于推广应用。

Description

一种智能搬运车及其控制方法

技术领域

本发明属于工业自动化控制技术领域，具体涉及一种智能搬运车及其控制方法。

背景技术

随着科技水平迅速发展，工厂的生产和加工智能化程度越来越高，但工厂中各种物料和成品运输主要还是靠轨道车、传送带、叉车等搬运工具进行搬运。这些运输方式普遍存在智能化水平低，运行路线及安放位置固定，只适用于单种尺寸物品的搬运，导引精度低，制造成本高，耗费人力和物力等缺点。而且，随着工厂生产产品的多样化和环境的日益复杂，这些搬运方式显然不适合机械，电子，医药，化工等行业的复杂生产环境。

由此可见，研发一种能够适用于非固定路线搬运，安放物品位置随机，搬运不同大小尺寸的物品，集码垛、搬运、装卸功能于一体的智能搬运车，及其使工作效率和智能化程度高的控制方法，成为本领域技术人员丞待解决的技术课题。

发明内容

智能搬运车的功能，具体是通过以下技术方案实现的：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够适用于非固定路线搬运，安放物品位置随机，搬运不同大小尺寸的物品，集码垛、搬运、装卸一体化功能集成性高的智能搬运车，及其提高工作效率和智能化程度的控制方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种智能搬运车，其特征在于，包括搬运车和主机控制单元；

所述搬运车包括带有行进机构的车体以及安装在车体上的如下部件：

机械手爪模块，用于夹取和放置物品；

传送模块，用于传送和存放物品；

避障模块，用于自动避障和紧急制动；

驱动模块，用于驱动所述的行进机构以及机械手爪模块和传送模块的电机；

限位模块，用于所述机械手爪模块和传送模块的位置控制；

监控模块，用于远程监控搬运车行进及搬运过程；

第一无线接收模块，与所述驱动电机模块相连，用于接收所述第一无线发送模块的信号并向所述的驱动模块输出控制信号；

第二无线发送模块，用于发送所述避障模块、限位模块以及监控模块的信号；

所述的主机控制单元包括：

第一无线发送模块，用于与所述第一无线接收模块通信；

第二无线接收模块，用于与所述第二无线发送模块通信；

中央处理单元，与所述第一无线发送模块和第二无线接收模块相连，用于信号处理；

人机界面模块，与所述中央处理单元相连，用于查看小车状态和输入控制命令；

手持智能设备，可实时在线显示所述人机界面模块。

优选的，避障模块，由第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器组成，分别安装在小车的前、后、左、右四个位置。

优选的，所述的机械手爪模块包括旋转底座、升降机构和夹持器。

升降机构包括传动装置、内门架、外门架和第三直流电机，旋转底座由第一舵机驱动，旋转底座固定在所述车体上，升降机构固定在旋转底座上。

优选的，所述的夹持器包括夹子、螺盘、第二舵机、曲杆、压力控制模块，实现对不同大小的物品的夹取。

优选的，所述的传送模块由传送带，第二直流电机和夹紧装置组成。

优选的，所述的限位模块，由第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关、第四限位开关组成，分别安装在所述升降机构的上下两个极限位置以及所述传送模块的前方和后方两个极限位置。

优选的，所述的驱动模块由第一驱动装置和第二驱动装置组成，第一驱动装置控制第一直流电机、第二直流电机、第三直流电机工作，第二驱动装置控制第一舵机、第二舵机工作。

优选的，所述的人机界面模块显示控制面板和监控视频。

优选的，所述的手持智能设备与人机界面模块利用无线网络进行在线连接，实时显示工作状态，形成虚拟的操作面板。

一种智能搬运车的控制方法，包括以下步骤：

（1）接通总电源，在手持智能设备观察到小车所处的状态和位置信息；

（2）操作手持智能设备中的控制面板，驱动小车运动到达目的地；

（3）在手持智能设备中的观察物品的位置，操作控制面板使夹持器夹取物品并放置在传送带上；

（4）步骤（3）完成后，传送带向后旋转，夹持器运动返回初始位置；

（5）传送模块中传送带装满物品后即可通过操作手持智能设备中的控制面板使搬运车到达存放地点；

（6）到达存放地点后通过操作卸下物品。

在手持智能设备中操作控制面板产生的命令由中央处理单元通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传送给驱动模块，执行该命令下的动作；步骤（2）中小车行进过程中遇到障碍时，第一、第二、第三或第四光电传感器的信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第一直流电机停止转动，从而可实现紧急制动，然后通过调整小车行进方向越过障碍；在步骤（5）中当物品到达传送带的前后两个极限位置时，第三限位开关或第四限位开关信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第二直流电机停止转动，即传送带停止运动；在步骤（3）、（4）和步骤（6）中夹持器的夹取、放置、卸货动作可由程序自主完成，夹持器夹取过程中夹子的变形量由压力控制模块变为开关量通过第二无线发送模块和第二无线接收模块反馈给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第二驱动装置，使第二舵机停止工作，即停止夹持器的夹取动作，然后再执行上升命令，当夹持器上升过程中接触到第一限位开关时，信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第三直流电机停止工作，执行下一个旋转命令后，夹持器下降过程中接触第二限位开关，其信号发送和接收流程同第一限位开关，夹持器再执行放置命令，传送带向后运动，最后夹持器返回到初始位置，卸的过程与其相反。

本发明比较现有技术，具有以下优点：

1、机械手爪模块利用车身的灵活性可实现码垛和装卸功能，传送模块可实现传送和存放功能，限位模块配合主机控制单元，实现自动化装卸功能。

2、操作员利用手持智能设备能够增加操作的灵活性。

3、本发明结构简单，可实现智能控制与避障，搬运不同大小尺寸的物品，功能集成性高，能够提高工作效率和智能化程度，适用于非固定路线搬运，安放物品位置随机的工厂环境，值得推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是机械手爪的结构示意图；

图3是传送带的截面示意图；

图4是本发明中搬运车自动装流程图；

图5是本发明中搬运车自动卸流程图；

图6是本发明中控制系统的电路框图。

附图标记：1、机械手爪模块；1-1、升降机构；1-2、夹持器；1-3、旋转底座；1-4、第三直流电机；1-5、减速箱；1-6、外门架；17-、内门架；1-8、曲杆；1-9、压力控制模块；1-10、夹子；1-11、螺盘；1-12、传动装置；1-13、第一舵机；1-14、第二舵机； 2、车体；2-1、第一直流电机；3、传送模块；3-1、第二直流电机；3-2、传送带；3-3、传动轮；3-4、夹紧装置；4、驱动电机模块；4-1、第一驱动装置；4-2、第二驱动装置；5、避障模块；5-1、第一光电传感器；5-2、第二光电传感器；6、限位模块；6-1、第一限位开关；6-2、第二限位开关；6-3、第三限位开关；6-4、第四限位开关；7、监控模块；8、第一无线接收模块；9、第二无线发送模块；10、主机控制单元；10-1、第一无线发送模块；10-2、第二无线接收模块；10-3、中央处理单元；10-4、人机界面模块；10-5、手持智能设备。

具体实施方式

如图1所示，机械手爪模块1包括升降机构1-1、夹持器1-2和旋转底座1-3，用于夹取和放置物品；旋转底座1-3由第一舵机1-13驱动并固定在车体2上；驱动电机模块4包括第一驱动装置4-1和第二驱动装置4-2组成，第一驱动装置4-1控制第一直流电机2-1、第二直流电机3-1、第三直流电机1-4工作，第二驱动装置4-2控制第一舵机1-13和第二舵机1-14工作；限位模块6包括第一限位开关6-1、第二限位开关6-2、第三限位开关6-3、第四限位开关6-4组成，分别安装在所述升降机构1-1的上下两个极限位置以及所述传送模块3的前方和后方两个极限位置，用于机械手爪模块1和传送模块3的位置控制；监控模块7安装在外门架1-6上，用于远程监控搬运车行进及搬运过程；避障模块5包括第一光电传感器5-1和第二光电传感器5-2，用于自动避障和紧急制动；第一无线接收模块8，与驱动电机模块4相连，用于接收第一无线发送模块10-1的信号并向驱动电机模块4输出控制信号；第二无线发送模块9，用于发送避障模块5、限位模块6以及监控模块7的信号。

如图2所示，升降机构1-1包括第三直流电机1-4、外门架1-6、内门架1-7和传动装置1-12，升降机构1-1固定在旋转底座1-3上；夹持器1-2包括曲杆1-8、压力控制模块1-9、夹子1-10、螺盘1-11、第二舵机1-14，实现对不同大小物品的夹取。

如图3所示，传送模块3由第二直流电机3-1、传送带3-2、传动轮3-3和夹紧装置3-4组成，用于传送和存放物品。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的控制工作过程如下：

（1）接通总电源，在手持智能设备10-5中通过监控视频观察到小车所处的状态和位置信息；

（2）操作手持智能设备10-5中的控制面板，驱动小车运动到达目的地；

（3）在手持智能设备10-5中观察物品的位置，通过控制面板使夹持器1-2夹取物品并放置在传送带上；

（4）步骤（3）完成后，传送带3-2向后旋转，夹持器1-2返回至初始位置；

（5）传送带3-2装满物品后即可通过操作手持智能设备10-5中的控制面板到达存放地点；

（6）到达存放地点后通过操作手持智能设备10-5中的控制面板卸下物品。

在手持智能设备10-5中操作控制面板可以产生相应的命令，由中央处理单元10-3通过第一无线发送模块10-1和第一无线接收模块8传送给驱动电机模块4，执行该命令下的动作；

步骤（2）中小车行进过程中遇到障碍时，第一光电传感器5-1或第二光电传感器5-2的信号通过第二无线发送模块9和第二无线接收模块10-2传递给中央处理单元10-3，处理后的信号通过第一无线发送模块10-1和第一无线接收模块8传递给第一驱动装置4-1，使第一直流电机2-1停止转动，如图6所示，从而可实现紧急制动，然后通过调整小车行进方向越过障碍；

在步骤（5）中当物品到达传送带3-2的前后两个极限位置时，第三限位开关6-3或第四限位开关6-4信号通过第二无线发送模块9和第二无线接收模块10-2传递给中央处理单元10-3，处理后的信号通过第一无线发送模块10-1和第一无线接收模块8传递给第一驱动装置4-1，使第二直流电机3-1停止转动，即传送带3-2停止运动；

步骤（3）、（4）和步骤（6）装卸过程可由程序自主完成，如图4，夹持器1-2夹取过程中夹子1-10的变形量由压力控制模块1-9变为开关量通过第二无线发送模块9和第二无线接收模块10-2反馈给中央处理单元10-3，处理后的信号通过第一无线发送模块10-1和第一无线接收模块8传递给第二驱动装置4-2，使第二舵机11-4停止工作，即停止夹持器1-2的夹取动作，然后再执行上升命令，当夹持器1-2上升过程中触及第一限位开关6-1时，信号通过第二无线发送模块9和第二无线接收模块10-2传递给中央处理单元10-3，处理后的信号通过第一无线发送模块10-1和第一无线接收模块8传递给第一驱动装置4-1，使第三直流电机1-4停止工作，执行下一个旋转命令后，夹持器1下降过程中触及第二限位开关6-2，其信号发送和接收流程同第一限位开关6-1，夹持器1-2再执行放置命令，传送带3-2向后运动，最后执行相反的动作，最后夹持器1-2返回到初始位置，卸的过程与其相反，如图5所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

本发明未涉及的部分与现有技术相同。

Claims (11)

1.一种智能搬运车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接通总电源，在手持智能设备观察到小车所处的状态和位置信息；

(2)操作手持智能设备中的控制面板，驱动小车运动到目的地；

(3)在手持智能设备中的观察物品的位置，操作控制面板进行物品的夹取和放置；

(4)步骤(3)完成后，传送带向后旋转，夹持器运动返回初始位置；

(5)小车车体的传送模块装满物品后即可通过操作手持智能设备中的控制面板使搬运车到达存放地点；

(6)到达存放地点后通过操作卸下物品；

在手持智能设备中操作控制面板产生的命令由中央处理单元通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传送给驱动模块，执行该命令下的动作；

步骤(2)中小车行进过程中遇到障碍时，第一、第二、第三或第四光电传感器的信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第一直流电机停止转动，从而可实现紧急制动，然后通过调整小车行进方向越过障碍；

步骤(5)中当物品到达传送带的前后两个极限位置时，第三限位开关或第四限位开关信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第二直流电机停止转动，即传送带停止运动；

步骤(3)、(4)和步骤(6)中夹持器的夹取、放置、卸货动作可由程序自主完成，夹持器夹取过程中夹子的变形量由压力控制模块变为开关量通过第二无线发送模块和第二无线接收模块反馈给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第二驱动装置，使第二舵机停止工作，即停止夹持器的夹取动作，然后再执行上升命令，当夹持器上升过程中接触到第一限位开关时，信号通过第二无线发送模块和第二无线接收模块传递给中央处理单元，处理后的信号通过第一无线发送模块和第一无线接收模块传递给第一驱动装置，使第三直流电机停止工作，执行下一个旋转命令后，夹持器下降过程中接触第二限位开关，其信号发送和接收流程同第一限位开关，夹持器再执行放置命令，传送带向后运动，最后夹持器返回到初始位置，卸的过程与其相反。

2.一种如权利要求1所述智能搬运车的控制方法的智能搬运车，其特征在于，包括搬运车和主机控制单元；

所述搬运车包括带有行进机构的车体以及安装在车体上的如下部件：

机械手爪模块，用于夹取和放置物品；

传送模块，用于传送和存放物品；

避障模块，用于自动避障和紧急制动；

驱动模块，用于驱动所述的行进机构以及机械手爪模块和传送模块的电机；

限位模块，用于所述机械手爪模块和传送模块的位置控制；

监控模块，用于远程监控搬运车行进及搬运过程；

第一无线接收模块，与驱动模块相连，用于接收所述第一无线发送模块的信号并向所述的驱动模块输出控制信号；

第二无线发送模块，用于发送所述避障模块、限位模块以及监控模块的信号；

所述的主机控制单元包括：

第一无线发送模块，用于与所述第一无线接收模块通信；

第二无线接收模块，用于与所述第二无线发送模块通信；

中央处理单元，与所述第一无线发送模块和第二无线接收模块相连，用于信号处理；

人机界面模块，与所述中央处理单元相连，用于查看小车状态和输入控制命令；

手持智能设备，可实时在线显示所述人机界面。

3.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的避障模块，由第一光电传感器、第二光电传感器、第三光电传感器和第四光电传感器组成，分别安装在小车的前、后、左、右四个位置。

4.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的机械手爪模块包括旋转底座、升降机构和夹持器。

5.按照权利要求4所述的智能搬运车，其特征在于，所述升降机构包括传动装置、内门架、外门架和第三直流电机，旋转底座由第一舵机驱动，旋转底座固定在所述车体上，升降机构固定在旋转底座上。

6.按照权利要求4所述的智能搬运车，其特征在于，所述的夹持器包括夹子、螺盘、舵机、曲杆、压力传感器，可实现对不同大小的物品的夹取。

7.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的传送模块由传送带，第二直流电机和夹紧装置组成。

8.按照权利要求4所述的智能搬运车，其特征在于，所述的限位模块，由第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关、第四限位开关组成，分别安装在所述升降机构的上下两个极限位置以及所述传送模块的前方和后方两个极限位置。

9.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的驱动模块由第一驱动装置和第二驱动装置组成，第一驱动装置控制第一直流电机、第二直流电机、第三直流电机工作，第二驱动装置控制第一舵机、第二舵机工作。

10.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的人机界面模块显示控制面板和监控视频。

11.按照权利要求2所述的智能搬运车，其特征在于，所述的手持智能设备与人机界面模块利用无线网络进行在线连接，实时显示工作状态，形成虚拟操作面板。