一种适用于竞赛的起重机的制作方法

1.本实用新型涉及精准起重技术领域，具体为一种实现三维空间精准定位、精准抓取竞赛物品的起重设备。


背景技术：

2.基于全国大学生起重机大赛的背景下，需创新一种起重机适合调取稳定性不强的物品，并能实现物品的摆放以及物品的堆积。现有起重机一般应用在起重重物很重的情况下，即使将现有起重机等比例缩小其调取装置，仍然存在调取重物不稳定，需要人工操作做，不能实现物体精准摆放等一系列问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供了一种适用于竞赛的起重机，以解决现有起重设备无法完全适配竞赛标准的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种适用于竞赛的起重机，包括起重机构和车架，所述车架的四角分别设有空心铝方管，四根所述空心铝方管的上端均安装有支撑座，一对所述支撑座上设置有y方向同步带模组，另一对所述支撑座上设置有光轴，所述y方向同步带模组和光轴上设有x方向同步带模组，所述y方向同步带模组上设有第一步进电机，用于驱动x方向同步带模组；所述x方向同步带模组上设有z方向驱动机构，用于驱动起重机构在z方向上活动，所述x方向同步带模组上设有第二步进电机，用于驱动z方向驱动机构；
5.所述车架的四角安装有第三步进电机，所述第三步进电机的输出端设有麦克纳姆轮。
6.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
7.本实用新型可以完成物品之间的堆积。且可根据标识识别此物品，并将其正确摆放，达到了配合竞赛完成起重的效果。
8.通过设计了不同的钩子种类，用于适配不同的起重物品，解决了重物起吊不稳定的问题。并通过串联摄像头与电机之间的关系，实现了重物摆放位置的精准。
附图说明
9.图1为本实用新型适用于竞赛的起重机的主视示意图。
10.图2为本实用新型适用于竞赛的起重机的俯视示意图。
11.图3为本实用新型适用于竞赛的起重机的侧式图。
12.图4为本实用新型适用于竞赛的起重机的立体图。
13.图5为本实用新型一种实施例起重机构的结构示意图。
14.图6为本实用新型另一种实施例起重机构的结构示意图。
15.图7为本实用新型第三种实施例起重机构的结构示意图。
16.1、起重机构；2、车架；3、麦克纳姆轮；4、第三步进电机；5、摄像头；6、电机座；7、绕线圈；8、光轴；9、x方向同步带模组；10、绕线盘；11、无刷电机；12、固定座；13、y方向同步带模组；14、支撑座；15、第二步进电机；16、第一步进电机；17、电源；18、第二驱动器；19、第一驱动器；20、光电机构。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
18.请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种适用于竞赛的起重机，包括起重机构1和车架2，车架2的四角分别设有空心铝方管，四根空心铝方管的上端均安装有支撑座14，一对支撑座14上设置有y方向同步带模组13，另一对支撑座14上设置有光轴8，光轴8配合y方向同步带模组13起到定向效果。y方向同步带模组13和光轴8上设有x方向同步带模组9，y方向同步带模组13上设有第一步进电机16，用于驱动x方向同步带模组9在y轴方向上活动；x方向同步带模组9上设有z方向驱动机构，用于驱动起重机构1在z轴方向上活动，x方向同步带模组9上设有第二步进电机15，用于驱动z方向驱动机构在x轴方向上移动。此处为现有的三自由度驱动设备，在此不再赘述。
19.车架2的四角安装有第三步进电机4，第三步进电机4的输出端设有麦克纳姆轮3。车轮采用麦克纳姆轮3能够实现前后左右方向的直接移动，无需掉头从而节约运送时间以及运送成本。第三步进电机4连接四个麦克纳姆轮，通过电机驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动电机按设定的方向旋转一个固定的角度，调节脉冲的脉宽来调节电压，最终控制电机转速，在调速电路中，主要采用时基电路lm555和脉宽调制器sg1525来完成，lm555用于产生一个占空比一定，且有固定频率的方形波号。
20.z方向驱动机构包括绕线盘10，绕线盘10上设有电机座6，电机座6上安装有无刷电机11，无刷电机11的输出端上安装有两个绕线圈7，绕线盘10上开设有两个开口，且开口内插接有连接杆，连接杆的一端安装于绕线圈7的接线，另一端安装于起重机构1。通过启动无刷电机11对绕线圈7进行驱动，即可由接线带动起重机构1实现z轴方向上的位移。
21.绕线盘10上设有固定座12，用于支撑无刷电机11的输出端，保证无刷电机11的转动稳定性。
22.车架2上设有摄像头5，车架2上设有第一驱动器19，用于驱动第三步进电机4；车架2上设有第二驱动器18，用于驱动无刷电机11、第一步进电机16和第二步进电机15，车架2上设有电源17，电源17用于给其他电器设备供电。摄像头5型号为openmv4摄像头，通过摄像头5识别取货区的所给信息，反馈给stm32，stm32根据所收到信息，传给电机，电机通过正转、反转，pid闭环等功能实现货物摆放的精准定位。
23.第一驱动器19和第二驱动器18均采用stm32板对电机进行控制，电机的黑色控制线接地，红色是电调输出，控制电调用的pwm波的频率是50hz，即周期是20ms，高电平时间小于1ms时(占空比5％)，电机停转。高电平时间达到2ms占空比(10％)时，达到最大转速。控制其速度变化，增加速度稳定性。车体驱动速度可达0.1～0.25m/s,车体上方物体移动速度可
达0.5～0.65m/s。
24.如图5所示，本实用新型提供一种起重机构1，包括第一竖杆，第一竖杆的两端横向设置有一对短杆，竖杆的中间处横向设置有一对长杆；长杆的伸出长度为250～280mm，两伸出长度间距为10mm，适用于抓取位置精确，抓取牛奶箱极稳这种参赛要求。在使用过程中，起重机构1呈平放状态。
25.如图6所示，本实用新型还提供另一种起重机构1，与上述技术方案不同的是，起重机构1包括第二竖杆，第二竖杆的上端横向设置有两根长杆，第二竖杆的下端横向设置有两根短杆；两根长杆伸出长度为300mm，两伸出长度间距为10mm，其特点在于车子并不需要离取物区过近便可实现抓取功能，主要适用于抓取位置较远这种参赛要求。在使用过程中，起重机构1呈平放状态。
26.如图7所示，本实用新型还提供第三种起重机构1，与上述技术方案不同的是，起重机构1包括一根横杆，横杆的两端设置有一对竖杆。形成一个“工”字形。“工”字钩的宽度可以和牛奶箱的提手完美契合，增加钩子稳定性，减少奶箱摇晃程度，工字型结构其收到的应力较均匀，工字钩主要适用于抓取牛奶箱极稳这种参赛要求。在使用过程中，起重机构1呈平放状态。
27.工作原理
28.循迹部分如下：循迹方面采用了光电机构20，用于识别在竞赛场地上铺上的明暗条，串口输出0，1信号，转给stm32单片机，单片机再根据输入的信号反馈给第三步进电机4一个信号，让其能按照轨线进行运输。
29.第三步进电机4与麦克纳姆轮3相连接，第三步进电机4靠电机座与整个车架2相连，从而完成车体的驱动。选用步进电机因为步进电机锁定力度大，不同于伺服电机在受外力位置丢失以后再找回位置，步进电机在分度控制的应用中更精确。步进电机pwm支持的最大脉冲速率为100khz，要改变步进电机的转速只需改变输出周期的和占空比，改变其占空比就能改变高电平在整个周期的时间比例，达到实现控制车速的目的。因为存在误差，轮子受摩擦力的影响，电机受电压的影响，速度会略有不同。只需依靠光电，光电扫描所走路线，如果扫描不到了，说明车体因外在影响已发生偏移，此时只需调节电机的转速，使其回到本来的轨迹上去，这是光电再一次寻到了轨迹，保持原来的速度即可。根据此流程，可以完整的实现循迹效果。
30.抓取摆放部分如下：依靠两条同步带模组，实现xy方向的基本定位，第一步进电机16和第二步进电机15控制其运动，z方向采用无刷电机11控制，用接线实现z方向运动。
31.两条同步带通过步进电机的转动带动同步带模组的转动实现xy此平面的运动，无刷电机11带动绕线盘旋转，从而带动接线所连起重机构1升降。实现空间中的任意位置运动，从而达到抓取摆放的功能。车前装有摄像头，通过摄像头的识别，可以完成抓取制定目标，摆放至指定位置的功能。摄像头识别牛奶箱前的标识信息，将此信息通过串口发送给主控板，主控板收到串口并根据此串口发送给第一步进电机16和第二步进电机15和无刷电机11信号，使其执行移动的精准步数，从而实现机构完成起重。
32.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。