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基于STM32的智能仓库搬运装置设计.doc
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2023-03-21
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基于STM32的智能仓库搬运装置设计.doc
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摘 要
仓库搬运装置是现代化的货物运输系统的关键组成部分,其是由多层存放货物的高架
仓库系统组成,可以在 STM32 控制下,无人工干预的完成对货物的自动地存储和取出控
制系统。在现代货物系统中的搬运装置对企业提高生产率、降低生产成本意义重大。
本文由智能仓库搬运装置的结构以及特点,对搬运装置的关键零部件进行了设计以及
校核,画出了搬运装置重要的部件图和总装配图以及电控原理图,从搬运装置的特点以及
主要结构的叙述开始,接着按照具体的工作要求和工作环境设计出了搬运装置的整体设计
方案。然后分析货架的受力情况以及按照强度和刚度设计准则,完成了达到承重要求而又
高而窄的单立柱支架;设计出了搬运装置的行走机构以及升降机构,采用 Altium Designer
软件结合单片机 STM32 对该搬运装置的控制部分进行设计以及绘制相应的电控原理图,
完成了一种体积较小、灵敏度较高、动作可靠、带有安全保护装置的单立柱有轨巷道式搬
运装置以及控制系统。
论述了普遍应用在现代大中型企业中的智能仓库搬运装置的设计方案。机械部分重点
对升降机构、行走机构、伸缩式货叉机构的设计以及强度校核分析,根据校核分析的结果
对各个机构进行取值,电控系统使用 STM32 对仓库中货物进行查询以及货格中是否有货
物进行了智能识别。
关键词:STM32;搬运装置;升降机构;行走机构;伸缩式货叉
Abstract
Warehouse handling device is the key to the modernization of cargo transportation system
component, it is composed of multilayer and elevated warehouse system for storage, can under
the STM32 control, automatically without manual intervention to complete the goods storage
and access control system. In the modern cargo system, the conveyors are of great importance
for enterprises to improve productivity and reduce production costs.
In this paper, by intelligent warehouse handling device structure and characteristics of the
key components for the handling device design and check, draw out the handling device
important parts and total assembly drawings and the electric control schematic diagram, from the
characteristics of handling device and main structure of the narrative, and then according to the
specific job requirements and working environment design out of the overall design scheme of
handling device. Then, according to the strength and rigidity design criteria, the single-column
support with high and narrow load bearing capacity was completed. Designed the travel
mechanism of handling equipment and lifting mechanism, using Altium Designer software
combined with single chip microcomputer STM32 control part of the handling device design and
draw the corresponding electric control schematic diagram, completed a small volume, high
sensitivity, reliable action, with a single pillar rail roadway type safety protection device
handling device and control system.
This paper discusses the design scheme of intelligent warehouse handling device which is
widely used in modern large and medium-sized enterprises. Mechanical part focus on the lifting
mechanism, travel mechanism, the design of the telescopic goods fork mechanism and the
intensity analysis of the various agencies according to the result of checking analysis on value,
electronic control system using STM32 to query and goods, goods in warehouse have the goods
in the intelligent recognition.
Key words: STM32; stacking crane;elevator Gou;walk organization; fork telescoping
mechanism
前言
在现代化的物流存取系统中,立体货架以及搬运装置起着关键的作用,为了实现货物
在高层立体仓库各个货格之间的高效搬运、存取,因此需要先进的智能仓库搬运装置,同
时为提高搬运装置对货架中监测,搬运装置控制系统也会对智能仓库中的货物出入库产生
有重要的影响。
本文主要对该搬运装置的整个设计过程是通过研究并且设计智能仓库搬运装置并完
成相应图纸,通过对图纸的学习让自己以及想了解基于 STM32 的智能仓库搬运装置的人
理解该基于 STM32 的智能仓库搬运装置的构造,并绘制电控原理图,在这个过程中,自
己可以了解更多基于 STM32 的智能仓库搬运装置的基本构造以及控制原理,其中搬运装
置主要包括搬运装置结构的力学分析和设计,主要零部件的强度与刚度校核,搬运装置的
整体稳定性的校核以及升降台和取货叉的结构设计与校核,在进行参数的合理选择校验后
还要利用计算机进行辅助设计,软件部分是采用 Altium Designer 软件结合单片机 STM32
对该搬运装置的控制部分进行设计;通过机械类设计以及电控类软件设计极大地缩减了前
期设计的时间。
对于机械机构设计方面主要包括搬运装置机构受力分析和设计,主要零部件的强度与
刚度校核,搬运装置的整体稳定性的校核以及升降台和取货叉的结构设计与校核,CAXA
软件完成对各个主要零部件的设计,然后根据上述设计完成搬运装置整体的总装配图。最
后是总结该搬运装置的改进和发展方向,提出自己对于搬运装置设计和应用的展望。
1 概述
1.1 研究背景
发展现代化的物流业有助于提高各个企业在物品运输方面的能力,是衡量一个企业综
合能力的标志,其成长迅速且目前多往智能化方向发展。所以,需要加快建设拥有自主知
识产权的现代化物流业,减少对人员的依赖,在提高城市经济的信息化、市场化水平具有
十非常重要的意义。仓库搬运装置是现代物流体系的主要组成部分,其是在多层寄存货物
的高层仓库中搬运货物的装置。它是由计算机网络发出信号和自动控制系统发出指令,控
制搬运装置实现货物的存储和取出。智能仓库最先诞生在美国,到了 20 世纪 80 年代,其
成长迅速,使用范围触及几近全部行业,它的呈现标志着当代工业技术步入了一个加快成
长的阶段。智能仓库手艺的钻研对优化资源配置、进步企业生产率,下降生产成本有着非
常重要的意义搬运装配是智能仓库究竟主要的其重堆垛装备,它可以或许在仓库巷道中往
返穿梭运行,将位于巷道口的货色存入货格。
在 1973 年,我国开始自主研制第一座由计算机控制的智能立体仓库以及相应搬运装
置,但该系统的仓库高 15 米,机器部的起重很卖力,应用效果不是很理想。根据相关的
不完全统计,到 2016 年底,我国智能仓库的保有量超过 1000 座。目前,我国的智能仓库
制造生产已实现了与其他信息协议体系的集成,国内的很多公司以及科研机构也在做智能
化和模糊控制的研究。但与工业发达国家相比,在这方面的发展也存在着一定的差距。
智能立体仓库有着货物存储量大,占地面积小,可便捷对货物存取的优点,因此其搬
运装置容易实现仓库管理的机械化、智能,从而可以减少工人的劳动强度,提高入、出库
的作业效率和仓库周转能力和提高了库存管理的准确性和快速性。这样有利于实时的掌握
库存货物信息,通过精确控制存取货物,可以缩短交货时间;智能识别与存取,可以有效
减少人为失误,提高操作的安全性以及减少货物及货架的损坏,从而有助于提高服务质量
以及整个工厂生产效率。智能立体仓库也正在逐步替代面积利用率极低且陈旧落后的平面
仓库,有助于提高现代化仓储物流业的整体水平。综合智能立体仓库在运转以及管理上的
高效性和便利性,其正在被越来越多的企业所重视。目前,世界上拥有智能仓库最多的国
家有美国、日本、德国和英国。但是我国在智能仓库有关研究方面的起步比较晚,在七十
年代开始对智能仓库进行研究设计,但发展比较缓慢。
随着国民经济迅速的增长,我国在智能仓库的研究也加大了力度,从而进一步的促进
了智能仓库的应用和发展,但是我国的智能立体仓库的数量和技术与发达国家相比仍然有
较大的差距。所以有必要加大对我国智能仓库的研发投入,增加对仓库搬运装置的应用研
究,针对其中存在的问题进行改进与在应用,不断提高。目前,随着信息化与互联网信息
的到来,增加仓库搬运装置的智能控制,采用以计算机控制技术作为主要手段组成的智能
立体仓库,变的很有必要。而我国对该课题的研究起步较晚,尤其缺少对物流信息论、输
送系统控制和优化调度的系统性理论研究,因此现在很多公司的立体仓库在物流信息化方
面不是很完善,降低了企业对仓库货物的高效调度以及配送,使得企业的运行速度及效率
比较低。
1.2 研究目的及意义
根据智能立体仓库设计以及结构特点,智能控制的仓库搬运装置在货物进出仓库有着
重要的作用,对其进行优化管理、调度和作业优化是一个需要引起人们的高度重视的方面,
从而有效地发挥智能立体仓库以及搬运装置的性能。
随着互联网以及控制技术的迅速发展,现代企业在生产规模上不断扩大,现代化的物
流管理以及货物存取装置对其企业有着重要的作用,因此智能立体仓库搬运装置在仓库货
物存取中越来越受到各个企业的追捧并得到较大的应用。特别是近些年,智能仓库搬运装
置的技术进步比较快,在企业精细化管理货物的生产、流通以及调配方面,起着重要的作
用。因此各个大中小的企业很多都在这方面加大了研发的投入,以达到整体的物流合理化。
在智能立体仓库中,立体货架和巷道式搬运装置是重要的组成部分,而搬运装置又是立体
仓库中关键的起重、搬运以及货物存取设备,对物资存取库的工作效率与搬运装置的工作
效率有关,除搬运装置的调度外,搬运装置本身的性能参数也是是影响其工作效率的一个
主要因素,因此研究搬运装置本身的性能参数问题,对提高立体仓库的工作效率具有非常
重要的实际意义而且具有很高的理论价值。
1.3 搬运装置国内外发展现状
智能立体仓库发展到现在,大致经历了四代的历程。第一代是一种机械式立体仓库,
主要根据电器按钮来控制机械设备的出入库作业,后来逐步增添了、自动导引小车、条形
码阅读器等设备。第二代智能仓库实现了控制智能。第三代智能仓库搬运装置是侧重系统
模块化和物流结构层次化,从而构成了由管理级、监控级、下位控制级组成的三级控制结
构。第四代仓库能自动完成货物出入库的整个流程,能根据生产计划制定所需材料和劳动
力,提出外购建议,逐步采用了部分人工智能算法。目前,以智能化、集成化、信息化为
主要特点的第五代立体仓库正在逐步推广使用。据不完全统计,美国拥有各种类型的智能
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