一种智能搬运小车
技术领域
本实用新型涉及物流搬运技术领域，具体为一种智能搬运小车。
背景技术
随着电子商务的迅速发展，国民的网购频率逐年提高，随之而来的是物流行业的沉重的物流压力，物流行业出现物流慢，快递滞留时间过长等投诉居高不下。当下大部分工厂物流还是依靠人工，人工进行货物的分拣和搬运不仅成本高，而且人工长时间按机械化工作会分散注意力，增大出错误的概率导致货物运送错误并未能在有限的时间内送达，直接影响物流效率；繁重的物流压力也会激发人工的不满情绪可能造成暴力分拣，从而导致货物包装的损毁，严重制约着物流业的发展。特别是遇上电商的大型促销活动，网民大量集中进行网购，短时间带来巨大的快递数量，单靠有限人工对货物的分拣、搬运已经很难去应对沉重的物流压力。与此同时，随着社会自动化水平的提高，用一种能自主识别货物，自主夹持货物，自主装卸货物，自主分拣货物的智能搬运小车来协助人工分拣货物也逐渐成为了各大物流厂商追求的目标。
目前市场上技术较为成熟的就是AGV小车，AGV小车的优点是能够根据电磁导轨或者磁条导轨自主运行，具有较高的自动化水平；缺点也很明显：布置磁条导轨和电磁导轨成本高且不易更改轨迹、AVG小车自身成本高、小车轨道固定不能够自主躲避轨道上的障碍物且并不能够自主夹持货物，依然需要人工搬运，不能很好的满足当今物流工厂对小车自动化搬运的要求。因此制造出一种能够自主避障，带有机械臂的的全自动化的智能小车对现如今工厂的自动化货物搬运来说显得尤为重要。
为了解决上述问题，本案由此而生。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种智能搬运小车，能够根据红外传感器和超声波传感器进行自主避障，能够根据摄像头自主精准识别，通过特殊的夹持构件抓取货物并自主运输，增大夹持的可靠性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种智能搬运小车，包括车身、设于车身四侧的车轮、设于车身上的电机，每个车轮分别单独与每个电机的输出端一一对应相连，所述车身上设有控制部,其中包含单片机，每个所述电机均与控制部连接；所述车身前侧的下部安装有八路灰度传感器，其后侧的侧部对称安装的两个单灰度传感器，所述八路灰度传感器和单灰度传感器均连入控制部；还包括铺设在地面上的灰线，灰度传感器可以持续识别地面上灰线，并产生相应的信号，生成的信号传输至控制部中，并输出反馈信号至电机而驱动车轮转动；所述车身上设有机械臂装置，机械臂装置的电控线路连入控制部，车身移动至灰线的岔道，控制部给予相应的信号使得机械臂装置开始运行。
优选的，所述八路传感器安装在距前轮轴心10mm处。
优选的，所述机械臂装置包括大舵机、小舵机、摄像头、机械夹持构件、机械臂，所述大舵机设于车身上，机械臂枢接于大舵机输出端，并能够在竖直方向上进行转动；所述小舵机连接在机械臂的端部，机械夹持构件枢接于小舵机输出端，并能够在水平方向上以小舵机输出轴进行自转；所述摄像头设于机械夹持构件。
优选的，所述机械夹持构件包括耐烧舵机、小齿轮、机械夹a和机械夹b，耐烧舵机的输出端与小齿轮连接，所述机械夹a股摄于小齿轮一侧，机械夹b通过其端部设置的齿牙周向啮合于小齿轮上；两机械夹的内侧面矩形阵列有弹簧，所述弹簧的内侧固设有小平面板。
优选的，所述弹簧以12×9的形式进行矩形阵列，相邻两个弹簧的间距为0.5mm，每个所述弹簧的直径为3mm，所述小平面板的尺寸为4mm×4mm。
优选的，所述车身上设有转盘机构，转盘机构包括电机、轴承、齿轮、内齿轮，所述电机的输出端与齿轮连接，齿轮与内齿轮相啮合，所述内齿轮安装在轴承上，所述轴承通过垫圈安装在小车前上底板。
优选的，所述内齿轮上设有载物盒，载物盒呈上宽下窄状。
优选的，所述车身包括相互独立设置的前底板和后底板，前底板和后底板在相对位置分别设有可拆卸的轴承锁定座和轴承座，轴承锁定座和轴承座之间设有轴，所述轴沿小车长度方向横向布置。
优选的，所述车身上还设有太阳能板、电池，所述太阳能板位于上底板的机械臂装置一侧，并连接到电池上。
优选的，所述前底板的前侧设有红外传感器和超声波传感器，红外传感器和超声波传感器均连入控制部。
(三)有益效果
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具备以下优点：
1、本实用新型一种智能搬运小车，采用多个灰度传感器的分散布局，能够使小车根据地面的灰线的自主行驶，减少人为介入，并根据地面丁字形岔道停止和转向，有利于提高小车的运输效率，并配合机械臂实现自主识别货物，自主夹持货物，自主装卸货物。
2、本实用新型一种智能搬运小车，采取红外传感器和超声波传感器配合的方法，可实现小车对直向行车路径上和小车侧向行车路径(右侧)障碍物的测距功能，并反馈给控制部，从而能够实现小车自主检测障碍物，自主避开障碍物的功能。
3、本实用新型一种智能搬运小车，机械夹持构件配合摄像头，可实现机械夹对不同形状、颜色货物识别、定位的功能。同时，机械夹安装了小弹簧和小平面可以实现稳定夹持的功能，可解决的机械爪的夹持物品的位置固定、形状单一、夹持可靠性不高的问题。
4、本实用新型一种智能搬运小车，采用小车前后板两板分离结构，分离前后板通过长轴连接，可以根据实际使用情况调整小车的车身长度，实现不同货物要求的货物搬运，方便小车的维修和改装。
5、本实用新型一种智能搬运小车，采用转盘装置和机械臂配合的方式，可实现机械臂在小车上具有一个恒定的抓取点和摆放点，有效减少机械臂的运动路程，提高了机械臂夹持的工作效率和减少了机械臂的运行误差。
6、小本实用新型一种智能搬运小车，采用载物盒上宽下窄的设计，对于机械臂放物具有一定的容错性，提高小车装载货物的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型小车底面结构示意图；
图3为本实用新型中机械夹结构示意图；
图4为本实用新型中小车转盘结构示意图；
图5为本实用新型中小车中间结构图。
图中：1耐烧舵机、2耐烧舵机固定架、3机械夹a、4小弹簧、5小平面、6机械夹b、7机械夹固定架、8小齿轮、9摄像头底座、10摄像头、11小舵机输出头、12小舵机架、13小舵机、14大舵机、15/17U型架、16法兰杆、18大扭力舵机a、19八灰度传感器、20大扭力舵机b、21舵机输出头、22大舵机、23机械臂架、24后上底板、25后下底板、26麦克纳姆轮、27大电池、28超声波传感器固定座、29超声波传感器、30太阳能板、31单片机、32单灰度传感器、33前上底板、34小电池、35前下底板、36电机、37光电传感器、38垫圈、39轴承、40内齿轮、41载物盒底盘、42载物盒、43八路灰度传感器、44PWM电机、45电机固定架、46联轴器、47轴承锁定座、48轴、49轴承座、50轴承座支架、51齿轮、52红外传感器支架、53紧固螺柱。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细阐述。
如图1-5所示：一种智能搬运小车，包括车身、设于车身四侧的车轮(麦克纳姆轮)、设于车身上的PWM电机44，每个车轮分别单独与每个PWM电机44的输出端一一对应相连，车身上设有作为控制部，其中包含单片机31，每个PWM电机44均与控制部连接。小车前底板35下侧用铜柱安装有八路灰度传感器43，八路灰度传感器43安装在距前轮轴心约10mm处，这样安装，既保证了PWM电机44不会干涉八路灰度传感器43的光敏电阻接收发光二极管在地面返回的光，又能够让小车无论是在上坡还是下坡的过程中，八路传感器43与地面的高度始终保持在一个恒定范围的高度，从而在无需加入其余的结构保证八路灰度传感器43始终与地面保持的高度在其有效探测范围内。
具体为：八路灰度传感器43与控制部相连，小车从起始位置开始运动，八灰度传感器43可以持续识别地面上的已经铺设好的灰线，产生相应的信号，生成的信号传输至控制部中，控制部输出反馈信号到PWM电机44，后者控制麦克纳姆轮26的转动带动小车，使得小车根据地面上的已经铺设好的灰线运动。
当小车沿灰线行驶到有丁字形岔道的灰线时，小车后下底板25用铜柱和螺钉对称安装的两个单灰度传感器30检测到岔道口两侧某一侧的灰线岔道，传输信号至控制部，继而控制部输出信号控制PWM电机44停止转动，小车停止在十字岔道灰线处，准备向有灰线岔道的一侧夹持(放置)货物。
夹持(放置)货物通过机械臂装置实现。当小车检测到丁字形岔道的灰线时，控制部控制大舵机22运动带动机械臂在水平面内从初始正对小车前方的位置向有灰线岔道的一侧旋转90°，小舵机13能够带动机械夹持构件绕定轴360°翻转。
大扭力舵机a 20运动能够带动机械臂上部分转动法兰杆16及以上部分在垂直水平面的平面内转动，大扭力舵机b 18能够带动法栏杆16及以上部分同样地进行垂直水平面内的平面内运动，控制部控制大扭力舵机b 20和大扭力舵机a 18相互配合控制机械夹持构件移动到预先设定好的高度，摄像头10安装在摄像头底座9上，摄像头底座安装在夹持部位的机械夹固定架7上。
摄像头9能够实时获取货物的形状、大小、颜色图像数据，并识别物体，实时反馈信号到控部，控制部再根据所反馈的信号，进而输出信号到机械臂使得机械臂运动到指定位置：大舵机22带动机械臂向左侧(右侧)转动一定的角度，使得机械臂与所要夹持的物块处于同一平面，耐烧舵机1启动，正转带动小齿轮8转动使得机械夹b 6与机械夹a 3分开，大扭力舵机a 20和大扭力舵机b 18根据摄像头9获取的图像数据反馈到控制部生成的指令进行配合各自转动一定角度微调机械臂，使得机械夹持构件运动到所需夹持的物块两边，耐烧舵机1带动小齿轮8反转，带动机械夹a 3和机械夹b 6两夹收缩。
由于舵机为耐烧舵机1，当发生堵转时耐烧舵机1停止工作自我保护(增大了舵机的使用寿命)，此时机械夹持构件夹紧货物。
小车的机械夹持构件(附图3)，在机械夹a 3和机械夹b 6的55mm×55mm内侧平面内以12×9的形式矩形阵列的直径为3mm弹簧41，每个弹簧41之间相隔0.5mm，每个弹簧上面连接有4mm×4mm的小平面42。
在机械夹1夹持货物时，由于货物由于自身形状在各个接触的小平面42施加的压力，弹簧41会根据每个小平面42上施加的压力而产生相应的形变。从而对于不规则形状的货物，弹簧41能够根据货物施加在小平面42上的压力不同而产生相应的形变，使得各个小平面42能够根据物体的形状紧密贴合在货物的表面，达到增大夹持的可靠性的功能，得益于这个设计，机械夹持构件可应用于夹持形状规则和不规则的货物。
由于控制部控制输入不同信号到四个PWM电机，PWM电机44可以输出不同的转速和转向到四个麦克纳姆轮26上，其中四个麦克纳姆轮26以O-长方形的安装方式安装在小车的后下底板25和前上底板33的两侧，根据四个麦克纳姆轮的转速和转向不同，小车可以实现零半径转向，全向移动功能。
全向移动：PWM电机44驱动麦克纳姆轮26、麦克纳姆轮216、麦克纳姆轮226、麦克纳姆轮236保持相同的转向，正转可以实现小车的直线前进功能，反转可以实现小车的直线倒车功能；PWM电机44驱动麦克纳姆轮226、麦克纳姆轮26麦克纳姆轮正转，麦克纳姆轮216、麦克纳姆轮236麦克纳姆轮反转，可以实现小车向左横向平移功能，反之则可实现横向右移的功能；电机44驱动麦克纳姆轮226、麦克纳姆轮26正转，麦克纳姆轮216、麦克纳姆轮236不被驱动，可以实现小车左前方行驶，同样的还能使小车向左后方、右前方、右后方移动。零半径转向：44PWM电机驱动小车麦克纳姆轮226、麦克纳姆轮236正转，麦克纳姆轮26、麦克纳姆轮216反转，小车原地旋转，实现小车的零半径转向的功能。全部得益于麦克纳姆轮26使得小车能够适应于狭小的空间的工作。
小车的转盘结构(附图4)，电机36与齿轮51相连接，齿轮51与内齿轮40配合，内齿轮40安装在轴承39上，轴承39通过垫圈38安装在小车前上底板33上。控制部控制电机36每次转动相同的度数，使得齿轮51带动着内齿轮40上的载物盒41转动60度，从而达到保证下一个载物盒42转动到上一个载物盒41的位置，即每次转动结束，载物盒41相对小车的位置不变。由控制部控制大舵机22反转，使机械臂回到初始所在平面(初始正对小车前方的位置)。大扭力舵机a 18和大扭力舵机b 20反转配合带动夹持构件运动。
当使得机械夹持构件停留到一个载物盒41停留的固定位置的正上方时，大扭力舵机a 18和大扭力舵机b 20停止运动。此时控制部控制大舵机14向下转动带动机械夹持构件向下转动至夹持构件与载物盒41所成的平面垂直，耐烧舵机1反转控制机械夹a 3和机械夹b 6的张开，货物落入载物盒41中。
载物盒41以上宽下窄的设计，具有一定的容错性，所以物品可以准确的落入盒中。得益于转盘结构的存在，可以减少机械臂主动寻找空载物盒42的运动距离，提高机械臂的搬运(夹取)精度。
小车车身可伸长：小车的后下底板25和前下底板35、后上底板24和前上底板33分离，且前后两板在相同位置分别用螺柱和螺母连接有轴承座47锁定座、轴承座49和轴承座20支架，轴承锁定座47上链接有紧固螺柱53，轴承锁定座和轴承座之间连接有60mm轴48。调节车身长度：先将上下两底板的紧固螺柱53拧松，通过拉动分开小车前后两部分，带动轴48从轴承锁定座47中移出一段距离，再将紧固螺柱53拧紧，可以实现小车车身长度的调节功能，有利于保持小车装载体积较大的货物时，保证机械臂的自由运动不受小车上的货物的干扰。
小车采用混合动力，长续航，具体表现在：小车的后上底板24上机械臂结构的左边安装有一块太阳能板30(在小车结构上，采光最好的部分)，太阳能板30连接到大电池27上，当小车在户外时，太阳能板28利用光伏太阳能发电的原理，能够吸收光能，转化成为电能，储存在大电池27中。在小车的运行过程中，太阳能板30转化的电能能够在原有电量的基础上，为小车提供更长的续航能力。
全自动化小车：红外传感器37与红外传感器52固定座相配合，安装在前下底板35上方，将红外传感器37的探测距离调成200mm，超声波传感器29和超声波传感器固定架28相配合通过螺柱固定在小车的小车后上底板24的左方，超声波传感器35能不断发射超声波和红外传感器37能够发射红外线光束，当超声波和红外光束识别到障碍物，反弹回超声波传感器34和光电传感器35的接收口中，传感器通过IO输出一高电平，高电平持续时间就是超声波传感器从发射到返回的时间,从而控制部可以根据高电平的时间得到障碍物的距离，再做出相应的避障处理。
避障操作1：当红外传感器37测得小车前方障碍物距离小于等于180mm时，控制部反馈输出信号到四个PWM电机44，先控制小车横向右移100mm的距离；控制部再根据红外传感器37的输入信号进行判断。若传感器在小于等于180mm的探测范围依然能够检测到障碍物，则控制部重复上述反馈，直到红外传感器37检测在小车前端180mm内无障碍物为止，说明此时小车向前180mm的路径上无障碍物，避障操作1结束。
避障操作2：之后控制部控制PWM电机44带动小车直线前进，从障碍物的右端绕过障碍物，若在前进过程中在红外传感器37探测180mm的探测范围内有障碍物，则重复避障操作1，随之控制部控制小车直线前进，直到超声波传感器29在距离它150mm的范围内无障碍物时，控制部根据超声波传感器29的反馈信号，控制四个PWM电机44停止正转，小车停止直线运动，避障操作2结束。
避障操作3：若在前进过程超声波传感器29探测距传感器150mm的范围内无障碍物，再向左移动的距离100mm，若超声波传感器29探测距传感器150mm的范围内出现障碍物，则先重复避障操作1，再重复避障操作2，直至距离超声波传感器29的150mm的范围内无障碍物，控制部控制PWM电机44驱动小车横向左移100mm，并再次根据超声波传感器29反馈的信号进行判断，直至小车的单灰度传感器26开始检测到灰线到八路灰度传感器43检测到灰线之后，则说明小车返回到灰线，反馈信号到控制部，控制部控制PWM电机44停止转动，小车停止向左横向移动，小车回到灰线上，避障操作3结束。
小车得益于红外传感器37和超声波传感器29的存在，小车能够检测前方和左方的障碍物，并根据反馈的信号，控制小车进行避障操作1、避障操作2和臂章操作3，实现小车自主避开灰线上的障碍物的功能。
以上所述依据实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其保护的范围。
