阅读说明：本技术 一种电涵道悬臂起重机 (Electric duct cantilever crane ) 是由 邱超 李梦 程涵 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电涵道悬臂起重机,包括：车体、电涵道风扇、电动绞盘以及悬臂梁；其中,所述车体上设置立柱,所述悬臂梁呈悬臂式状态与所述立柱铰接连接,悬臂梁一端用于悬挂货物,另一端通过拉绳连接所述电动绞盘,所述电动绞盘固定安装于所述车体上,所述电涵道风扇安装于所述车体上远离悬臂梁用于悬挂货物的一端,电涵道风扇用于在起重时产生向下的推进力。本起重机通过将航空动力技术与起重机进行结合,使电涵道风扇进行配重,具有结构简单、作业稳定和搬运精准的特点,能够满足民航仓储物流的多样化需求。(The invention provides an electric culvert cantilever crane, comprising: the electric culvert device comprises a vehicle body, an electric culvert fan, an electric winch and a cantilever beam; the electric hoisting device comprises a vehicle body, a cantilever beam, an electric capstan, an electric ducted fan, a supporting column, a pull rope, an electric motor and a lifting rope, wherein the vehicle body is provided with the vertical column, the cantilever beam is in a cantilever type state and is hinged with the vertical column, one end of the cantilever beam is used for hanging goods, the other end of the cantilever beam is connected with the electric capstan through the pull rope, the electric capstan is fixedly installed on the vehicle body, the electric ducted fan is installed at one end, away from the cantilever beam. This hoist makes the electric duct fan carry out the counter weight through combining aviation power technology and hoist, has simple structure, the operation is stable and the accurate characteristics of transport, can satisfy the diversified demand of civil aviation storage commodity circulation.)

一种电涵道悬臂起重机

技术领域

本发明主要涉及起重机相关技术领域，具体是一种电涵道悬臂起重机。

背景技术

现代民航仓储物流中，需要使用到运输工具进行货物的运输。传统方式中的运输工具一般包括运输车、起重机等，通过起重机吊起待装的货物至运输车，通过运输车进行运输。传统方式的运输工具笨重、难以满足精准化、灵活稳定的作业需求。因此设计一种结构简单、运行稳定，能够进行精准搬运的轻质小型起重机以为民航机场机械和民航物流机械提供一种应用方案和技术储备是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种电涵道悬臂起重机，其具有结构简单、作业稳定和搬运精准的特点，能够满足民航仓储物流的多样化需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电涵道悬臂起重机，包括：车体、电涵道风扇、电动绞盘、悬臂梁以及控制系统；

其中，所述车体上设置立柱，所述悬臂梁呈悬臂式状态与所述立柱铰接连接，悬臂梁一端用于悬挂货物，另一端通过拉绳连接所述电动绞盘，所述电动绞盘固定安装于所述车体上，所述电涵道风扇安装于所述车体上远离悬臂梁用于悬挂货物的一端，电涵道风扇用于在起重时产生向下的推进力；

所述悬臂梁上设置有用于测量悬臂梁姿态的姿态传感器；

所述控制系统用于基于所述姿态传感器测量的悬臂梁状态以及货物重量控制所述电涵道风扇的转速，从而使所述电涵道风扇的推进力智能改变以保证货物在起吊、运输过程中起重机不会倾覆。

进一步，所述控制系统存储有防止起重机倾覆的电涵道风扇、悬臂梁状态以及货物重量的线性曲线关系式，控制系统基于所述姿态传感器测量的悬臂梁状态以及货物重量根据所述线性曲线控制所述电涵道风扇的转速。

进一步，所述悬臂梁状态包括悬臂梁的角度以及角加速度，所述角度以及角加速度通过所述姿态传感器测量。

进一步，所述姿态传感器型号为MPU6050，姿态传感器的输出信号通过卡尔曼滤波后计算得到最终角度与角加速度。

进一步，所述的电涵道风扇为无刷电机涵道风扇，所述的无刷电机涵道风扇的转速通过改变风扇的供电电压实现。

进一步，所述悬臂梁为平行四边形悬臂结构。

进一步，所述电动绞盘为具有自锁功能的涡轮蜗杆式电动绞盘，所述蜗轮蜗杆式电动绞盘设置在电涵道风扇以及立柱之间，所述电动绞盘通过所述控制系统控制。

进一步，所述的拉绳为凯夫拉线。

进一步，所述车体包括底盘以及设置于所述底盘下方的四个麦克纳姆轮，通过所述麦克纳姆轮能够实现所述车体的前后移动以及转向。

进一步，四个麦克纳姆轮均连接有一个直流有刷电机，通过所述控制系统控制直流有刷电机的转速，从而改变车体的运动状态。

本发明的有益效果：

1、本发明所设计的起重机，能够实现货物的吊装以及运输，通过将航空动力技术与起重机进行结合，使电涵道风扇进行配重，通过电动绞盘配合悬臂梁进行货物的吊装，通过车体实现货物的运输，其整体结构设计简单紧凑，是一种具有作业稳定和能够实现精准搬运的轻质小型起重机，能够为民航机场机械和民航物流机械提供一种多样化的应用方案和技术储备，满足民航仓储物流的多样化需求。

2、本发明的悬臂梁采用平行四边形结构，使用时稳定性强，通过姿态传感器进行悬臂梁姿态的检测以便使电涵道风扇提供合适的配重力度，其整体结构简单合理、成本低廉，且适用于大部分轻质货物的吊装和运输。

3、本发明的电涵道风扇采用无刷电机涵道风扇，通过向空气借力，在不增加额外质量下减小倾覆力矩，相比螺旋桨等方式，涵道推力矢量能够更好保持，动力集中，能够提供可变的配重。

4、本发明的车体通过麦克纳姆轮进行运输，控制简单，技术成熟，能够实现移动和转向的运输需求。

附图说明

附图1为本发明中总体结构示意图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1所示，为本发明提供的电涵道悬臂起重机总体结构示意图。本发明的电涵道悬臂起重机属于轻质小型起重机，该起重机融合了航空动力与起重机技术，是一种利用电涵道风扇进行配重以实现民航仓储物流多样化需求的新技术。

如图1所示，本发明的起重机结构如下：

包括车体、电涵道风扇3、电动绞盘4、悬臂梁7、控制系统；其中，所述车体上设置立柱6，所述悬臂梁7呈悬臂式状态与所述立柱6铰接连接，悬臂梁7一端用于悬挂货物9，另一端通过拉绳5连接所述电动绞盘4，所述电动绞盘4固定安装于所述车体上，所述电涵道风扇3安装于所述车体上远离悬臂梁7用于悬挂货物9的一端，电涵道风扇3用于在起重时产生向下的推进力。悬臂梁7上设有姿态传感器11，姿态传感器用于采集悬臂梁7的状态，控制系统用于控制电涵道风扇3的转速、电动绞盘4动作以及车体的运动状态。

本发明的上述结构中，车体其具体的包括底盘1，底盘1使用有麦克纳姆轮2。麦克纳姆轮2由轮毂和围绕轮毂的辊子组成，麦克纳姆轮2辊子轴线和轮毂轴线夹角成45°。可以把麦轮小车底盘1中心做为平面坐标系的原点，则小车在xoy平面内有三个自由度，即沿着x轴的前后移动方向，沿着y轴的左右平移方向，还有绕着原点360度旋转的方向。把小车前后左右轮胎的受力进行分析只要给小车的每个轮子以不同的旋转方向，就能使小车不同的状态运动。同时还可以结合给小车4个轮子不同的转速(即使小车的四个轮子所受的力)不同来使小车达到更加复杂的运动状态。在底盘的控制系统中，所使用的电子元器件包括MEGA2560、L298、稳压板以及四个直流有刷电机，其中四个电机通过AVR单片机输出PWM信号控制电机的转速，从而达到麦克纳姆轮的特点。

本发明的悬臂梁7如图所示，采用平行四边形悬臂式结构，保证货物在搬运过程中姿态稳定。立柱6底部固定在底盘1上，立柱上部与悬臂梁7构成铰接连接的结构，从而使悬臂梁7形成一个杠杆，悬臂梁7外端设置挂钩8用于吊起货物9。呈杠杆结构的悬臂梁7在电动绞盘4的拉绳5拉动下，能够进行摆动吊起货物9或放下货物9。为了保证结构的稳定性，在立柱6与底盘1之间还设置有固定绳10，用于保持结构的稳定性。作为优选，固定绳10以及拉绳5均采用凯夫拉线。电动绞盘4采用具有自锁功能的涡轮蜗杆式电动绞盘，其设置在电涵道风扇3以及立柱6之间，其能够提起要求重量的货物并锁定位置。

电涵道悬臂起重机的悬臂通过蜗轮蜗杆电机控制，选择力矩大，能够自锁的涡轮蜗杆电机，能够提起要求重量的重物并锁定位置。在摇臂杆上安装MPU6050姿态传感器11。初始化I2C协议和MPU6050后，MPU6050读取悬臂的角度以及角加速度并输出信号，因为MPU6050获得的信号由于起重机本身振动产生误差，随后将输出信号通过卡尔曼滤波通过公式计算出最终角度与角加速度。

电涵道风扇3作为本发明的设计重点，其位于车体的尾部。尾部的电涵道风扇3在起重时产生向下的推进力，起到防止车身倾覆的配重作用。随着货物提升高度的改变，并考虑到车身的速度变化，在控制算法作用下，电涵道风扇3的推进力智能改变。具体的，姿态传感器11用于采集悬臂梁7的状态，从而确定货物9的提升高度，随着货物9提升高度的改变，使电涵道风扇3的推进力智能改变，从而使起重机整体达到一个平衡状态，保证货物起重及运输过程中的稳定性。电涵道的转速由改变电涵道功率，即改变电压实现，通过力学分析与实际测试，可计算出电涵道风速与悬臂位置、货物重量的最佳关系式，将MPU6050读取的角度与叫加速的信息与风速结合，拟合出符合起重机实际要求的曲线及多项式存储于控制系统中。在进行控制时，控制系统基于姿态传感器11反馈的信号根据线性曲线控制电涵道风扇的转速。

为了进一步说明，本发明的起重机结构及原理，本发明提供有如下实施例。

实施例：

本实施例属于模型结构，主要用于说明本起重机的可行性实施。本实施例中，电涵道悬臂起重机车体超过80％部分由碳纤维材料构成，整车重量约2.7kg，最大移动速度为1.5m/s，能在行走中以0.8米的最大起重半径动态吊运超过自重的货物。底盘1采用固定悬挂和麦克纳姆轮2，能够保证起重机同时前进、横移、自旋等移动。起重悬臂梁7采用平行四边形的结构，保证货物在搬运过程中的姿态稳定。起升机构与底盘1之间通过拉紧的凯夫拉线保持结构稳定。车身尾部的电涵道风扇3在起重时产生向下的推进力，起到防止车身倾覆的配重作用。安装在悬臂梁7上的姿态传感器11型号为MPU6050，初始化I2C协议和MPU6050后，MPU6050读取悬臂的角度以及角加速度并输出信号，因为MPU6050获得的信号由于起重机本身振动产生误差，随后将输出信号通过卡尔曼滤波通过公式计算出最终角度与角加速度。在控制方面，通过电调驱动无刷电涵道，电涵道的转速由改变电涵道功率，即改变电压实现，通过力学分析与实际测试，计算出电涵道风速与悬臂位置的最佳关系式，将MPU6050读取的角度与叫加速的信息与风速结合，拟合出符合起重机实际要求的曲线及多项式。如此，即可根据重物重量以及悬臂梁7的姿态控制电涵道风扇的转速，使其提供适应的推力以进行平衡配重。

该起重机利用电涵道风扇成功地向空气“借力”，将航空动力技术与起重机充分结合，在保证作业效果的同时省去配重，全动底盘提高了起重机的机动性能。大量碳纤维复合材料和凯夫拉稳定绳索的使用，在保证起重机结构强度的同时，大幅降低整车重量。实践证明，本发明的起重机结构具有结构简单、作业稳定、适应性强的优点。

实践证明，本发明中，起重机在作业中，随着重物的高度变化，整体重心也在不断变化，采用自适应配重算法，使风扇推力随重物高度平滑连续变化，为作业质量提供较大的控制鲁棒性。