基于无线电遥控技术的运输车运行及转向控制

基于无线电遥控技术的运输车运行及转向控制

0自动化生产线上的生产设备和生产流程再造、呈势随着生产、科学和技术的发展，我国制造业和仓库物流行业的自动化水平不断提高。除了自动和连续的生产线，以及在大型仓库物流运输中运行电话、负载和其他设备外，它还配备了许多非连续性单件、小批量、高精度和复杂产品的生产线。由于数控机床、加工中心等自动化生产设备广泛使用,对物料的运输也提出了自动化要求。但是,由于此类生产的批量小、品种多且产品改型频繁,产品生产工艺流程调整快、变化大,使得当前应用于连续地、大批量自动化生产线上由PLC控制的有轨自动运输车,无法在这种非连续化的自动生产线上使用。所以,目前在这类产品的生产车间或工场中,物料的工位转换和产品的仓储、搬运仍然采用人工手推车式的搬运方式,不仅劳动强度大,而且也不利于先进生产设备高效快速生产优势的发挥。为此,采用遥控、遥感、红外探测等先进技术,研究设计了一种无轨遥控无轨物料运输吊车,以促进我国工业生产和物流运载自动化水平的进一步提高。1总体结构的设计根据实际调研,该车的应用定位于机械加工生产车间和中小型仓库、工场中一定范围内的物料起重和搬运。由此确定此车的总体结构设计方案,如图1所示。在研究工作中,将其划分成3部分进行设计:物料装载机械工作机构、行走控制装置、异物探测报警装置。(1)装置的传动和工作原理该部分由起重传动机构和散料装载箱组成。其中起重传动机构包括起重装置和卷扬驱动装置两部分。起重装置采用钢丝绳和滑轮组三角支撑结构,卷扬驱动装置采用直流串激电机驱动的开式传动和电磁闸瓦制动结构。工作中由直流电机经带传动和一对开式齿轮传动,将运动和动力传递给卷扬筒,再通过钢丝绳和滑轮组将重物提起。在车体的上方设计一个长方形箱体,为散料装载箱,主要用于小件物品和散料的装载和运输。(2)后拖电缆系统该部分由运行控制装置和遥控信号收发装置组成。由于是遥控系统,所以在运行控制装置的设计中,使用蓄电池作为能源,用串激直流电动机提供动力,以解决交流电动机需要后拖电缆的问题,实现了车辆的无轨运行。采用前转向后驱动的传动系统,实现车辆的行走和方向控制。前轮用万向轮控制方向,后轮靠蜗杆传动传递运动和动力。利用蜗杆自锁功能实现刹车制动,利用电动机的正反转、停止来实现车辆的前进,后退及停车,这样既排除了停车时的前倾现象,又解决了不能迅速停车的弊端,同时还省去了专门的制动器,简化了结构,减轻了重量。另外在车厢的首尾部均安装有前、后、左、右的方向指示灯,作为运行的方向标志和照明。(3)红外开关探测器在车体的前后方均装有异物探测系统,在设计上采用反射式光电开关探测器,检测车的前方是否有物体,用反射式红外线开关探测器,检测车的运行前方是否有人。当吊车运行时,任何一个探测器发现有障碍物时,都将自动停止并发出报警声,直到障碍物被清除后,吊车继续运行。2客车进出控制系统的控制要求:(1)实现吊车对重物的升降和停止控制;(2)实现运输车的前进、后退、左转、右转和停止的控制;(3)在运输车行进中,发现异物能自动停车并发出报警信号;(4)在运输车行进中或多工位呼叫时,能自动实现未响应屏蔽功能;(5)响应呼叫的条件:运输车处于停止运行状态且其解除工位停车自锁控制。为了实现安全生产,针对上述控制要求,采用重物升降和车辆运行各自独立的控制方案,重物的升降控制采用手动控制系统,车辆的运行控制采用遥控遥感控制系统。控制系统原理如图2所示。2.1twh98/32电—遥控运行驱动控制系统该系统主要完成运输车的前进、后退、左转、右转和停止的控制功能。其控制原理电路如图3所示。图中M1与M2分别为运输车后部的左、右轮驱动电机,它们均为直流串激电动机。由于直流串激电动机轻载时运行转速能自行提高,且动载能力大,因此使用直流串激电动机能提高工作效率。对于M1与M2的控制,由前、后、左、右4个运行方向的控制电路来控制其正反转和停止。遥控信号的收发,采用TW923/38遥控信号收发组件,实现对运输车前进、后退及转向的远程控制。在TWH92/38接收器A、B、C、D的4个输出端分别连接4个放大器,进行信号运算和功率放大。经过放大的控制信号传输给方向控制电路,并利用放大器具有放大与截止的特性来实现对各方向控制电路中继电接触器的通断控制,继而实现各向运行状态的操控。另外,在各方向控制电路中,设置了互锁支路,以实现各向行走的锁定功能。运行驱动控制原理为:需前进(后退)时,按下遥控发射器的前进(后退)键A(B),TWH9238接受器的A(B)端与I0端同时输出高电平信号,通过运算后使放大器导通,前进(后退)控制电路中的“运行”继电器吸合,主电路中的前进(后退)线路接通,两电机同时正(反)转,驱动吊车前进(后退),并锁定行走方向。当释放A(B)键时,I0端变为低电平,主电路中的停止线路接通,电机停转,吊车停止运动。需左(右)转时,同时按下发射器上的A、C(D)键。由于接收器TWH9238的C输出端与I0端输出高电平,通过运算使放大器导通后,却使左(右)转控制电路中的“停止”继电器吸合,在主电路中,左(右)轮驱动线路断开,左(右)轮电机停转,此时右(左)轮正常驱动,即实现了吊车的向左(右)转弯。当释放C(D)按键时,C(D)输出端变为低电平,主电路中左(右)轮驱动线路接通,左(右)电机又开始转动,吊车继续前进。此外,在控制某一方向运行的同时,相应方向的指示灯电路接通,该方向的指示灯亮。后退及其左右转弯的原理与上述相似。2.2光电开关检测吊车在行进的过程当中,当运行前方遇到障碍物或人时,必须能自动停止运行,并同时发出报警,提醒有关人员避开或排除障碍物。所以在吊车的首尾都安装了异物探测报警装置,其控制系统由超声波检测电路、状态控制器、紧急停车控制电路和声光报警电路组成,其电路组成原理如图4所示。在电路中用反射式热释电红外传感器进行有无行人的探测。当人体辐射的红外线通过光学系统聚焦在热释电红外传感器的探测元上时,检测电路中的传感器将输出电压脉动信号,该信号先通过一个带通滤波器进行滤波调理,再经整形调制电路将前级尖脉冲信号整形调制为等幅方波脉冲信号。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右),而且是一个变化的信号,所以本设计运用集成运算放大器来进行两级放大,以使其获得足够的增益。将放大后的信号送入电压比较电路中,与预先按人与车的安全距离换算设定的电压数值进行比较,从而决定输出的状态。当检测到的信号电压与设定电压一致时,电路输出高电平,急停控制电路中的继电器线圈通电,使运行驱动主电路中急停接触器断开,左右驱动电机停转,吊车停止运行,同时蜂鸣器发出报警声,发光二极管闪亮,进行声光报警。对障碍物的探测采用反射式光电开关,当被测物体进入光电开关检测电路中受光器的作用范围时,被反射回来的光脉冲进入光敏三极管,并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号,再经放大器放大和同步选通整形,用RC积分方式排除干扰后,输出光电开关电压信号。若该信号与预设电压数值进行比较后输出高电平,则驱动急停电路和声光报警电路,实现吊车的急停和报警。光电开关一般都具有良好的回差特性,因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态,从而可使其保持在稳定工作区。当行人离开或将障碍物移开后,按下遥控器上的报警解除按钮,此时检测信号经比较电路输出低电平,急停控制电路中的继电器线圈断电,运行驱动主电路中急停接触器闭合,左右驱动电机转动,吊车继续运行。2.3起落架控制原理与稳定性分析在吊车尾部的控制箱上安装有手动运行停止锁定旋转按钮QS。当吊车到达一个工位时,操作人员可将QS断开,运行指示灯灭,吊车断电,从而避免在此工位还没工作完的情况下,由于其他人员的遥控呼叫操作而使吊车离开或发生事故,实现了对其他工位的呼叫屏蔽。当此工位完成工作后,将QS闭合,吊车通电,指示灯亮,其他人员才可以遥控操作实现工位转换。另外,在遥控信号接收电路中设有响应呼叫“自锁”回路。当多个工位同时呼叫时,接收器一旦响应了某一呼叫信号后,立即通过“自锁”回路将其他呼叫信号屏蔽,直到运输车停止运行且解除工位停车自锁控制为止。起重操作采用独立的控制电路,在起重机构的支架上安装有起重升、降、停止的控制面板,以便进行重物的起落操作。在电路的设计上,利用正反转电路控制起重电机的正反转运动,实现对重物的提升、降落的操作功能。用方向制动电路控制电机停转,实现提升和降落运动的停止。为了确保重物起吊之后的安全可靠性,除了在控制电路中设有升、降控制的“自锁”和“互锁”回路外,在机构中还装有电磁制动器。当重物提升到一定高度或降落到位之后,按下停止按钮切断电机直流电源的同时,接通了制动线路中的继电器线圈,主电路中的主动接触器闭合,电磁制动器得电,闸瓦抱合形成制动,使起重电机快速停转,保证了吊车载重运行中,重物提升位置的稳定可靠。3主要技术指标与稳定性分析遥控无轨自动运输车是一种主要用于工场、车间、仓库或工地等较小范围的中、轻载型物料运输的工程车辆。其设计的主要技术指标:最大提升高度1.5m;最大起重量750kg;最大载重量1250kg;车的总重2000kg;启动时间约为5s;最大行驶速度3ms;平均速度1.3ms;最大遥控距离100m。为安全起见,对于这种移动式起重机,还进行了稳定性计算分析。根据起重机设计理论可知,吊车在提升重物过程中稳定条件为:抗倾力矩是使吊车保持稳定的力矩,倾覆力矩是重物力矩。在本设计中,倾覆力有:提升的最大重量G、伸臂杆的重量G1和支撑杆的重量G2。