一种多功能搬运的绿色轻型起重机

1.本发明涉及起重机设备领域，具体涉及一种多功能搬运的绿色轻型起重机。


背景技术：

2.起重机是一种广泛应用于建筑、制造、物流等领域的机械设备，主要用于吊装、运输、装卸等工作，包括桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、汽车起重机等等，为工业生产提供强有力的技术支持。
3.随着社会经济的不断发展和环境问题的日益突出，产品绿色、减量、节能是当今机械工业发展的重要趋势，机械设备从原来的笨重型逐步向绿色轻小型等方向转型。
4.机械设备的设计和生产过程面临着环境污染、噪声污染、能源浪费等问题，物流系统体积逐渐减小将带来复杂狭窄环境的物料搬运问题。综合以上考虑，需设计一种顺应时代要求，能在复杂环境下进行高效搬运的轻型起重机。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明公开一种多功能搬运的绿色轻型起重机，旨在以绿色化、减量化发展要求为前提，解决有限空间内多种物料的全自动高效搬运问题。
6.技术方案：为实现起重机满足时代发展要求的前提下，能在有限空间内进行全自动高效的多种物料搬运，一方面从选材、结构和布局上对起重机进行绿色设计制造，另一方面加入视觉识别技术用于捕捉和识别货物种类，对于不同种货物采取不同的抓取和放置方式，大大提高了搬运效率。
7.该多功能搬运的绿色轻型起重机，其特征在于，所述起重机由全自动地面行走系统、可旋转机架系统、可升降可移动吊具系统、树莓派主板控制系统四大部分组成。
8.选材上，本发明大部分采用6061合金铝管、碳纤维板和cr-pla材料打印件。6061合金铝管质量轻且强度高，具有易加工、耐腐蚀、高导热、高可靠性等优点；碳纤维板质量轻且强度高，具有良好的耐磨损性和耐腐蚀性；cr-plc材料质量轻且环保，具有良好的生物降解性和耐热性，易于加工。此外三种材料都是可回收材料，具有良好的可再生性，不仅可以减少资源的浪费，还能降低环境污染，符合绿色、可持续发展理念。
9.结构上，将6061合金铝管做成空心管用于整机结构的搭建，包括底盘、可旋转机架和可升降手臂的结构框架，既大大减轻了整机的质量，也便于对铝管进行打孔，为结构的装配带来了便利。碳纤维板和轻型角码用螺栓固定于合金铝管之间，使结构稳定且具有足够的承载能力和抗倾覆能力。起重机车轮采用麦克纳姆轮，麦克纳姆轮连接在电机输出轴上，电机通过电机支架螺栓连接于底盘铝方管。可旋转机架系统底部装有舵机，控制机架系统的旋转角度和旋转速度。吊具系统的升降和移动通过同步带实现，同步带与同步带轮啮合，升降系统的同步带轮分别安装在碳纤维方板和支撑横梁上，移动系统的同步带轮分别安装在升降手臂的头部和尾部，均通过同步带轮支架固定，由编码器电机控制同步带轮的转动。升降手臂与支撑方管、移动吊具与升降手臂之间均通过轴承滑动模块连接，轴承滑动模块
由碳纤维板和微型轴承制作，利用微型轴承与合金铝管接触滑动，结构轻巧且滑动顺畅。移动吊具采用气动吸盘，吸盘通过碳纤维板和cr-plc材料打印件固定于升降手臂的头部，吸盘顶端连接塑料气管，气管另一端插在气泵接口。
10.布局上，该起重机采用“轴承式布局”，中心为可旋转机架系统，前后方为方形载物台，一侧为圆柱形载物台，另一侧为吊具系统吊取货物的运动空间，每个部分进行模块化和可拆卸设计，便于更换和维修，符合减量化设计要求。该布局一方面大大提升了空间利用率，通过高密度的运输路线可以快速的将货物进行运输，另一方面多种载物台的布置增加了可承载搬运货物的种类，大大提高了起重机的适用范围和搬运效率。
11.技术上，该起重机采用树莓派主板控制系统，包括树莓派4b主控板、四路红外循迹模块、高清摄像头模块、步进电机驱动模块、编码器电机驱动模块、数字舵机驱动模块和继电器模块。树莓派4b主控板包括硬件和其他所有控制模块的驱动程序。四路红外循迹模块用于实时检测地面是否存在黑色循迹带，实时调整车身位置。高清摄像头模块运用视觉识别技术，实时捕捉和识别货物种类，对不同的货物采用不同的抓取动作和放置位置，体现该起重机的多功能抓取性能。步进电机驱动模块用于控制步进电机的启停和转速。编码器电机驱动模块用于控制同步带轮的启停和转速。数字舵机驱动模块用于控制可旋转机架系统的转动角度和转动速度。继电器模块用于控制气泵和电磁阀所在电路的开关。
附图说明
12.为更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为多功能搬运的绿色轻型起重机结构实例轴测图；图2为多功能搬运的绿色轻型起重机结构实例正视图；图3为多功能搬运的绿色轻型起重机结构实例侧视图；图4为控制系统实例图。
14.附图标记说明：图中1为底盘铝方管；2为驱动步进电机；3为麦克纳姆轮；4方形载物台；5为底座角形碳纤维板；6为移动吊具；7为升降手臂头部同步带轮；8为升降手臂尾部同步带轮；9为移动吊具滑动模块，10为升降手臂滑动模块；11为支撑方管；12为头部角形碳纤维板，13为矩形头部（铝方管拼接）；14为支撑横梁；15为头部同步带轮；16为升降手臂头部同步带轮；17为底座同步带轮；18为编码器电机支架；19为碳纤维方板；20为底座铝方管；21为中心铝圆盘；22为方形载物台；23为圆柱筒；24为环台；25为舵机。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
16.在本发明的描述中需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语
“ꢀ
连接”应做
广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个零件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.本发明的目的在于提供一种多功能搬运的绿色轻型起重机，用于解决有限空间内多种物料的全自动高效搬运问题，下面结合附图对本发明的多功能搬运的绿色轻型起重机作进一步详细说明。
18.请参阅图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种多功能搬运的绿色轻型起重机，主要包括全自动地面行走系统、可旋转机架系统、可升降可移动吊具系统、树莓派主板控制系统。
19.所述全自动地面行走系统包括麦克纳姆轮（3）、驱动步进电机（2）、电机支架、载物台（4、22）、底盘铝方管（1）和中心铝圆盘（21）；所述麦克纳姆轮（3）与步进电机（2）输出轴连接，步进电机安装在电机支架上，电机支架螺栓连接于底盘铝方管（1）；所述底盘铝方管（1）分为横管和竖管，呈“井”字形对称布置，用螺栓将接触部分固定连接，横管用于承载前后位置的方形载物台（22）及货物，竖管用于承载可旋转机架系统和侧边位置的圆柱形载物台（4）；所述中心铝圆盘（21）布置于“井”字中心，采用餐盘轴承结构与横管固定连接，餐盘轴承中心通过滚珠连接使得转动顺畅，所需转矩小；所述可旋转机架系统包括圆盘底座、四根支撑方管（11）、矩形头部（13）、支撑横梁（14）和舵机（25），圆盘底座与支撑方管、矩形头部与支撑方管之间均通过角铝和角形碳纤维板（5、12）螺栓连接，矩形头部与支撑横梁通过螺栓固定连接，圆盘底部装有舵机，控制圆盘的转动角度和转动速度；所述圆盘底座由碳纤维圆板（21）、四根底座铝方管（20）和碳纤维方板（19）组成，均通过螺栓连接，中间采用镂空设计，减少材料的用料，减轻质量，碳纤维方板上装有同步带轮（17），通过支架固定连接，同步带轮与编码器驱动电机输出端连接；所述支撑横梁（14）固定于矩形头部（13）中间，横梁底部装有同步带轮（15），通过支架连接；所述可升降可移动吊具系统包括轴承滑动模块（9、10）、同步带轮（7、16）、同步带、升降手臂（8）和移动吊具（6），升降手臂与支撑方管（11）、移动吊具和升降手臂之间均通过轴承滑动模块连接，支撑方管可视作升降手臂的滑轨，升降手臂可视作移动吊具的滑轨；所述同步带轮（15）与同步带轮（17）之间通过同步带连接，同步带与升降手臂（8）固定连接使得升降手臂能随同步带的升降而升降；所述同步带轮（7）与同步带轮（16）之间通过同步带连接，同步带与移动吊具（6）固定连接使得移动吊具能随同步带的前后移动而移动；所述移动吊具（6）采用气动吸盘，吊具头部装有高清摄像头用于捕捉和识别货物，吸盘顶端连接塑料气管，气管另一端插在气泵接口；所述树莓派主板控制系统包括树莓派4b主控板、四路红外循迹模块、高清摄像头模块、步进电机驱动模块、编码器电机驱动模块、数字舵机驱动模块和继电器模块，整个控
制系统都安装于前方载物台底部的控制区；所述四路红外循迹模块安装于起重机前方载物台的底端，通过螺栓将其固定于距离地面合适位置。
20.工作原理：根据搬运场地和搬运货物制定搬运方案，编写各个运行模块的程序，由树莓派4b主控板控制各个模块，实现货物从堆放区至卸料区的搬运过程。步进电机驱动模块和四路红外循迹模块控制起重机在指定搬运地点和目的地之间运行；数字舵机驱动模块控制可旋转机架系统，在搬运过程中将吊具旋转至指定位置；编码器电机驱动模块控制可升降可移动吊具系统，在搬运过程中将吊具移动至指定高度；高清摄像头模块拍摄、识别和分析所需搬运货物的类型，将信号反馈回树莓派主控板；继电器模块控制气泵和电磁阀的开关，实现气动吸盘的吸取和放下。
21.本发明所提供的多功能搬运的绿色轻型起重机可以搬运多种表面平整的货物，并且一个路径下可以将货物暂存于载物台，一并搬运至目的地，具有多功能、高效率、绿色轻型等优势。

技术特征：
1.一种多功能搬运的绿色轻型起重机，包括全自动地面行走系统、可旋转机架系统、可升降可移动吊具系统、树莓派主板控制系统。2.根据权利要求1所述的一种多功能搬运的绿色轻型起重机，其特征在于，整机大部分选用6061合金铝空心管和碳纤维板，采用减量化的设计结构，机身周围增设载物台。3.根据权利要求1所述的一种多功能搬运的绿色轻型起重机，其特征在于，所述全自动地面行走系统包括麦克纳姆轮（3）、驱动步进电机（2）、电机支架、载物台（4、22）、底盘铝方管（1）和中心铝圆盘（21），各部分连接均采用螺栓连接。4.根据权利要求2和3所述的载物台，其特征在于，分为方形载物台（22）和圆柱形载物台（4）两种，分别布置在起重机的前后和侧边位置。5.根据权利要求3所述的底盘铝方管（1）和中心铝圆盘，其特征在于，底部铝方管按“井”字对称布置，中心铝圆盘布置于“井”字中间，铝圆盘由环台（24）和圆柱筒（23）组成，中间通过大量的滚珠连接。6.根据权利要求1所述的一种多功能搬运的绿色轻型起重机，其特征在于，所述可旋转机架系统包括圆盘底座、四根支撑方管（11）、矩形头部（13）、支撑横梁（14）和舵机（25），圆盘底座与支撑方管、矩形头部与支撑方管之间均通过角铝和角形碳纤维板（5、12）螺栓连接，矩形头部与支撑横梁通过螺栓固定连接，舵机固定连接于圆柱筒（23）底部。7.根据权利要求6所述的圆盘底座和支撑横梁（14），其特征在于，圆盘底座从下到上由碳纤维圆板（21）、四根底座铝方管（20）和碳纤维方板（19）组成，均采用螺栓连接，底座中间为镂空设计，碳纤维方板和支撑横梁上装有同步带轮（17），中间通过支架固定连接。8.根据权利要求1所述的可升降可移动吊具系统，其特征在于，升降系统和移动系统均通过同步带传动，碳纤维方板（19）上固定有同步带轮（17），升降手臂（8）头部和尾部装有同步带轮（7、16），升降手臂与支撑方管（11）、移动吊具（6）和升降手臂之间均通过轴承滑动模块（9、10）连接，支撑方管可视作升降手臂的滑轨，升降手臂可视作移动吊具的滑轨。9.根据权利要求8所述的移动吊具（6），其特征在于，吊具头部装有高清摄像头，吊具采用气动吸盘，吸盘顶端连接塑料气管，气管另一端插在气泵接口。10.根据权利要求1所述的一种多功能搬运的绿色轻型起重机，其特征在于，所述树莓派主板控制系统包括树莓派4b主控板、四路红外循迹模块、高清摄像头模块、步进电机驱动模块、编码器电机驱动模块、数字舵机驱动模块和继电器模块。11.根据权利要求10所述的四路红外循迹模块安装于起重机前方载物台的底端，通过螺栓将其固定于距离地面合适位置。

技术总结
本发明提出一种多功能搬运的绿色轻型起重机，涉及一种基于视觉识别、可搬运多种物料的起重设备，适用于空间狭窄、物料种类多、自动搬运的工作条件当中。本发明整体设计结构分为底盘、机架和吊具三大模块。底盘采用麦克纳姆轮实现平面各种方向的移动，底盘三个方向设有不同的载物台，用于实现不同货物的同时搬运；机架由圆盘底座和四根支撑方管组成，圆盘底部舵机控制机架旋转；吊具由手臂和吸盘组成，手臂升降和吸盘前后移动都由同步带实现，手臂的头部装有摄像头用于捕捉和识别货物。本发明从选材、结构设计、整机布局，控制技术上贯彻了减量、节能、绿色的发展理念，符合未来起重机发展的方向。的方向。的方向。


技术研发人员：董青 苏友成 顾永龙 苟寒斌
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/13