一种多功能搬运的绿色轻型起重机

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：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

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。

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：
技术公布日：2024/1/15