基于慧鱼模型的叉车机器人设计

孙 波，魏 巍，吴洪斌

1山东科技大学；2泰山科技学院

基于慧鱼模型的叉车机器人设计

孙 波1，魏 巍2，吴洪斌1

1山东科技大学；2泰山科技学院

智能小车（轮式机器人）发展至今，已被应用于无人驾驶的汽车、自动化生产线、仓库、服务性质的机器人等领域，它可以按照预先设定的模式在特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的目标，大大方便了人们的生活，机器人已经和人类社会的生活、生产紧密的结合在一起。本文以慧鱼创意组合模型为平台，设计出一种循迹叉车智能机器人。

智能机器人；慧鱼；循迹；自动装卸

1 智能叉车实现功能

本文所研究的智能叉车按功能可分为循迹功能和货叉起升功能。循迹功能可细分为寻找轨迹和循迹前进，货叉起升功能可细分为货叉升降和货叉停止。智能叉车主要任务要求为：先货叉位置校准→寻找轨迹→沿指定轨迹路线行驶→叉车停止→托起托架和货物→掉头→寻找轨迹→继续沿指定轨迹路线行驶→叉车停止→放下托架和货物→掉头→沿轨迹驶回初始地点。

2 循迹智能叉车机器人结构设计

机器人要实现自动导引功能就必须要感知导引线，而感知导引线相当于给机器人一个视觉功能。智能循线是基于智能导引叉车系统，采用轨迹传感器进行寻线。叉车的货叉要实现准确的上升、下降和停止就必须要识别得到货叉导轨的上顶端和下底端，智能升降是给予叉车系统程序，采用微动开关的信号输入来实现货叉的启动、升降和停止。

2.1 硬件设计

智能叉车采用轮驱动，前后各用一个直流双向电机驱动，调制两个轮子的转速从而达到控制转向的目的。将轨迹传感器装在车体前部的下方，当车的右边传感器I1检测到黑线的边界时，控制系统控制左轮电机M2停止驱动，右轮电机M1按原方向继续驱动，车向左修正，当车的左边传感器I2检测到黑线边界时，控制系统控制右轮电机M1停止驱动，左轮电机M2按原方向继续驱动，车向右修正，黑线在车体的中间时，传感器一直检测到黑线，当偏离黑线时就开始修正，从而使叉车沿着黑色的轨道行走。

货叉起升功能同样采用电机驱动，在货叉上方用一个直流双向电机驱动，通过蜗轮蜗杆传动机构，驱动控制叉车货叉的升降。将两个微动开关分别装在货叉升降导轨的上顶端和下末端，货叉的升降移动过程中会碰触到微动开关，输入信号，系统程序接收信号实现货叉的复杂动作的完成。

2.2 机器人各部分设计

（1）行走部分：由于设计的是叉车搬运类机器人，因此机器人运行的路面情况在实际情况中也不会很复杂，采用车轮式行走结构。这种移动方式由两个车轮以及两个万向轮组成，方向调整灵活，轮胎摩擦性能好，不易打滑。

（2）货叉部分：货叉起升功能同样采用直流电机驱动，在货叉上方用一个直流双向电机驱动，通过蜗轮蜗杆传动机构，驱动控制叉车货叉的升降。将两个微动开关分别装在货叉升降导轨的上顶端和下末端，货叉的升降移动过程中会碰触到微动开关，输入信号，系统程序接收信号实现货叉的复杂动作的完成。

（3）循线部分：机器人循线功能由轨迹传感器进行操控，可以找到白色表面的黑色轨道。传感器检测包含两个发射和两个接收装置。

（4）车灯部分：智能叉车机器人具有很高现实意义，模拟现实叉车，因此车灯也要根据实际条件，具备现实中车灯应有的照明、警示功能，即：叉车在行车过程中前车灯打开照明，在叉车倒车过程中，顶端的红色警示灯打开提醒旁人注意安全。

3 智能叉车的软件控制与主程序设计

智能叉车控制系统由软件和硬件两大部分组成，本节介绍叉车的软件控制系统，软件和硬件结合实现叉车的智能运作。

本次设计拟定让叉车顺利完成预定的货物搬运任务，需要根据实际情况进行叉车软件程序的编写工作，因此构想先完成各个局部动作的控制子程序，然后根据实际情况，如工作方式，轨迹线的路径等，设计叉车的行程和转向，最后将子程序组合，叉车顺利完成任务。

图1 总程序图

主程序开始→叉车货叉位置的校准定位（travel position）→沿轨迹行走（follow trail）→直行（straight）→左转寻找轨迹（seek trailleft）→沿轨迹行走（follow trail）→托起托架（pick up pallet）→沿轨迹行走（follow trail）→直行寻到轨迹（seek trail-fwd）→沿轨迹行走（follow trail）→放下托架（unload pallet）→沿轨迹行走（follow trail）→直行（straight）→左转寻找轨迹（seek trail-left）→沿轨迹行走（follow trail）→右转掉头寻找轨迹（seek trail-right）→等待五秒→反行走方向进行上述步骤→程序循环。

通过调试后,叉车能够执行相应的程序，顺序的完成动作。

[1]朱学敏.慧鱼模型指导书[M].北京：机械工业出版社，2010

[2]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].浙江：浙江大学出版社，2001

[3]慧鱼六合一手册[S].北京：北京中教仪科技有限公司，2005

[4]毛茂林.慧鱼创意模型试验教程[M].西南交通大学出版社，2010

孙波（1995-），男，山东省齐河县人，专业：机械设计制造及其自动化；

魏巍（1998-），男，山东省莱芜市人，专业：财政学；

吴洪斌（1997-），男，山东省商河县人，专业：地质工程。