车载智能货柜研究员

斌强

摘要：本文介绍了一种新型车载智能货柜，作为车载智能自动化新研产品，结合机电一体化、机械制造、自动化等多个学科的知识，实现车载式智能货柜设计与研究首要面对和解决的问题就是如何从总体上研究分析将所学科技术融合及应用，对新型车载智能货柜应用背景、使用用途、系统组成、工作原理、总体设计、关键技术等几方面进行探讨。

关键词：骨架结构;传动系统;机械手臂;传感系统

1引言

随着自动化系统技术的发展，为了满足提高工作效率、人机工程、运输安全、降低人工操作的风险等，根据需求设计一款新型的车载式智能货柜意义重大。车载式智能货柜是用于存储、运输保障设备、器材、备件、工具等主要运输、储存装置，将保障设备、器材、备件、工具等固定于货柜（或货架）上，在保障车辆到达预定位置后，进行对保障对象进行快速保障。现阶段，部队保障车辆安装货柜（或货架）多为骨架结构，安装在厢式车或方舱内，通过扎带等形式将保障设备、器材、备件、工具等安装在在货柜（或货架）上，将保障设备、器材、备件、工具等运输到指定位置进行检测、维修、保障。然而，部队战士使用时需要逐一将保障设备、器材、备件、工具等取下，在使用时取放操作相对比较繁琐、效率低下、运输种类繁多、车辆上空间有限、操作繁琐等因素影响，严重制约我军技术保障能力。因此，在如何提高车载式货柜（或货架）存在的难题亟需解决，根据车载电子信息工程、智能化、自动化发展应用表明，车载式智能货柜设计思想将是解决这一难题最佳选择。

2用途

车载货柜（或货架）是我国电子保障车存储、运输保障设备、器材、备件、工具等主要方式方法，将保障设备、器材、备件、工具等固定于货柜（或货架）上，在保障车辆到达预定位置后，进行对保障对象进行快速保障。

2系统组成

该货柜主要由骨架、传动系统，机械手臂，传感系统，控制系统等组成。

3工作原理

机械手臂在控制系统作用下，通过丝杆轨道上下运动等动作完成箱体的定位和升、降。

定位：机械手臂安装有传感系统，通过传感系统“寻隙”功能确定需要取放箱体的具体位置。

升、降：机械手臂通过伺服电机驱动在丝杆上运动，并驱动展开机械手臂，对箱体进行托举。机械手臂向上运动时，完成箱体的提升，向下运动时，完成箱体的下降。

4系统设计

4.1控制系统

控制系统主要将传动系统、机械手臂和传感系统统一控制、信号处理，实现自动升降货柜箱体的取放。货柜控制系统由多组传感器、多组电机配合智能控制系统完成箱体摆放的功能。控制系统控制传动系统运转，带动机械臂上下移动，结合红外传感器扫描功能根据需要定位机械臂停靠位置，完成后续的抬放箱体的运作。传动系统定位后，当需要抬起箱体时，结合距离传感器，控制机械臂固定箱体，之后运转传动系统实现抬起箱体动作，结合压力传感控制抬起高度。当需要回放箱体时，智能系统控制传动系统下降，结合压力传感判定箱体是否摆放完成，之后通过控制和距离传感回收机械臂，再完成传动系统复位。

4.2传动系统

传动系统主要由电机及丝杆升降机组成，一组电机驱动两组丝杆升降机同步运动。丝杆采用丝杆转动，螺母升降的工作形式。其中电机采用双头出轴，卧式安装形式，紧急情况下，可通过手柄转动输入动力[3]。具体传动图如下所示：

4.3机械手臂

自动伸缩机械手臂是一套安装于丝杆螺母机构中作升降直线运动的螺母滑块上。该机械手臂通过红外线传感器、压力传感器和距离传感器共同作用，实现高度方向的定点伸出与收缩动作，完成对携行箱的托举与装放。

传动原理：传动机构采用凸轮机构，将凸轮的旋转推动机械臂做往复直线运动。凸轮转动一周，机械臂完成一次伸出和一次缩回动作（机械臂靠拉伸弹簧拉力总处于缩回趋势）。通过电机输入提供动力。电机采用3/6/12/24V直流电机，电机通断控制靠压力传感器反馈控制。

工作过程：直流电机驱动蜗杆转动，蜗杆传动涡轮，涡轮转动中心与凸轮转动中心重合且刚性连接，则凸轮沿同一方向转动，机械臂托板在拉伸弹簧拉力作用下始终与凸轮保持接触，则机械臂托板随凸轮转动而实现来回伸缩运动，凸轮转动一圈，机械臂托板伸出和缩回一次。

4.4传感系统

传感系统主要有压力传感、距离传感和红外传感器组成，通过控制系统实现对传动系统和机械手臂的位置、距离、运动动作的定位、控制。

机械手臂上压力传感器：在机械手臂前端安装有压力传感器，当机械手臂插入箱体底部时触发压力传感信号，箱体取放完成后，機械手臂离开箱体时压力传感信号关闭，机械手臂停止运动，自动回收。

机械手臂上距离传感器：在机械手臂前端安装有距离传感器，当机械手臂插入箱体底部额定值时触发距离传感信号，机械手臂停止，箱体取放完成后，机械手臂离开箱体额定值时触发距离传感信号，机械手臂停止运动，自动回收[2]。

辨识箱体位置的红外传感器：按下取放箱体的编码后，传动系统启动，每经过箱体之间触发红外传感器发出信号，并记录数据，到达对应的设定编码后，停止运动[1]。

4总结

近些年，随着电子检测维修装备的智能化、自动化程度越来越高，智能化、自动化也成为装备主要的发展、研究方向。车载式智能货柜就是一款采用人机交互界面，控制系统控制传动系统运转，带动机械臂上下移动，结合红外传感器扫描功能根据需要定位机械臂停靠位置，完成后续的抬放箱体的运作，实现货柜功能智能化、自动化产品。此产品在我国国防事业保障系统将会有很大发展空间，全力推进我国国防科技智能自动化建设，缩短与发达国家差距。

参考文献：

[1]李艳，李新娥，裴东兴.应变式压力传感器及其应用电路设计[J].计量与测试技术，2007.

[2]程江涛，蒋和生，张济生.电阻应变式微位移传感器的设计[J]. 兵工自动化，2007.

[3]简辉华.自动化控制模块设置于机电设备[J].电子制作，2013（7）.