隨著時(shí)代發(fā)展,人們外出旅行愈加頻繁,在火車(chē)站等地經(jīng)?？吹铰每吞嶂林氐男欣钕渖舷聵翘?十分不便為更好地服務(wù)大眾,同時(shí)激發(fā)當(dāng)代大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),設(shè)計(jì)了一款爬樓行李箱。目前國(guó)外對(duì)于類(lèi)似產(chǎn)品的研發(fā)已有較成熟的技術(shù),以色列"靈性機(jī)器人"公司曾設(shè)計(jì)一款可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟隨功能的爬樓行李箱,該行李箱控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)距傳感器感知主人的方位與距離,實(shí)現(xiàn)智能跟隨的功能,但價(jià)格十分昂貴;國(guó)內(nèi)對(duì)于爬樓行李箱的研究較晚,有學(xué)校設(shè)計(jì)出一款特殊的行李箱登階器,還有部分設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用星型輪制作運(yùn)貨上樓機(jī),但其實(shí)現(xiàn)的功能較少,智能化程度不高。因此,本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及人們的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)出了一款價(jià)格實(shí)惠、功能齊全,以爬樓為主要功能的爬樓行李箱,方便旅客出行。

1主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1箱體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

行李箱機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由雙面齒橡膠同步履帶、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、萬(wàn)向輪、可伸縮拉桿、關(guān)節(jié)軸承等部分組成。由于行李箱在爬樓時(shí)主要依靠臺(tái)階尖端部分受力,普通材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的履帶容易打滑,而雙面齒橡膠履帶具有較大的摩擦系數(shù),可牢牢"抓"在樓梯上。為保證行李箱能時(shí)刻完全覆蓋兩階臺(tái)階,履帶周長(zhǎng)定為l50cm,主動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪直徑定為8cm。在平地時(shí),用戶(hù)可以像拉動(dòng)普通行李箱一樣,此時(shí)主要靠萬(wàn)向輪產(chǎn)生作用。

同時(shí)為方便用戶(hù)使用,速度控制器被放置在拉桿處,用戶(hù)可隨時(shí)調(diào)節(jié)行李箱運(yùn)行速度。該行李箱適用臺(tái)階和箱體具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

1.2拉桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖l為爬樓行李箱拉桿結(jié)構(gòu),該拉桿結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)拉桿不同,不僅具備傳統(tǒng)拉桿可伸縮的特性,與關(guān)節(jié)軸承配合使用后還具備可旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。在行李箱爬樓過(guò)程中,行李箱是以"臥式"狀態(tài)前進(jìn),如果拉桿不能旋轉(zhuǎn),用戶(hù)必須"放低身段"彎腰拉動(dòng),給用戶(hù)造成不舒適感。因此,該行李箱拉桿處添加關(guān)節(jié)軸承解決上述問(wèn)題,在上下樓時(shí),用戶(hù)可根據(jù)自身高度調(diào)節(jié)拉桿角度,正常行走。

圖1行李箱拉桿結(jié)構(gòu)圖

2控制執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該行李箱控制執(zhí)行系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、同步帶、同步輪等組成,達(dá)到調(diào)速驅(qū)動(dòng)的目的。同時(shí)該控制執(zhí)行系統(tǒng)具備北斗導(dǎo)航定位模塊、超聲波障礙探測(cè)及警示模塊、數(shù)顯驅(qū)動(dòng)電路模塊。其控制執(zhí)行系統(tǒng)的總體系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.1硬件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

行李箱主要承擔(dān)運(yùn)載貨物的任務(wù),考慮到人日常行走的速度大概為0.75～l.50m/S,行李箱最大承重40kg,同步帶與樓梯摩擦系數(shù)在0.3～0.5,因此采用單片機(jī)輸出不同占空比PwM脈沖控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。

單片機(jī)輸出電流只有20mA左右,不能直接接到電機(jī)上驅(qū)動(dòng)電機(jī),還需要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊,該電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)含雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯

片,PwM有效范圍o.l%～loo%,同時(shí)可為單片機(jī)提供5V電源,并有5V輸出過(guò)流保護(hù)以及接入信號(hào)過(guò)壓保護(hù)。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可支持3oow電機(jī)工作,最大工作電流l5A,符合電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求。

2.2軟件驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該行李箱采用STC89C52芯片控制,通過(guò)單片機(jī)輸出不同占空比的脈沖信號(hào)來(lái)控制接入直流電機(jī)的平均電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。為提高用戶(hù)使用舒適度,凸顯時(shí)尚感,采用按鍵形式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,分為加速按鍵和減速按鍵。按鍵對(duì)應(yīng)不同占空比的PwM脈沖信號(hào),匹配不同的速度擋位。同時(shí),電機(jī)也具備最大速度和最小速度,當(dāng)電機(jī)達(dá)到最大速度時(shí),加速鍵不再產(chǎn)生作用,重復(fù)按下加速鍵只會(huì)保持最大速度運(yùn)行。同理,當(dāng)電機(jī)速度達(dá)到最小速度時(shí),減速鍵不再產(chǎn)生作用,重復(fù)按下減速鍵只會(huì)保持最小速度運(yùn)行。調(diào)速程序設(shè)置流程圖如圖3所示。

2.3定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為避免用戶(hù)在人流量較大的車(chē)站等場(chǎng)所錯(cuò)拿、忘拿、丟失行李箱,本項(xiàng)目提供行李箱定位功能。當(dāng)行李箱與客戶(hù)距離超過(guò)設(shè)定范圍時(shí),行李箱滑輪以及密碼鎖將自動(dòng)鎖定,同時(shí)通過(guò)微信云端直接向用戶(hù)發(fā)送警告以及行李箱的位置信息。用戶(hù)可實(shí)時(shí)解除警報(bào)或沿導(dǎo)航尋找行李箱。本項(xiàng)目使用北斗導(dǎo)航通信功能,采用三頻信號(hào),較有效地消除高階電離層延遲影響。本模塊采用UC2ll北斗芯片,使用IIC通信協(xié)議,利用EEPR0M存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息,模塊采用U-BL0xNE0-6M模組,模塊增加放大電路,增強(qiáng)無(wú)緣陶瓷天線快速搜尋功能。模塊通過(guò)串口進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置,保存在EEPR0M中方便使用。模塊自帶SMA接口,連接各種有源天線,模塊兼容3.3V/5V電平,連接單片機(jī)系統(tǒng)。北斗模塊通過(guò)天線不斷接收北斗定位衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文,接收到信號(hào)后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行串口初使化處理,然后從串口讀取相應(yīng)數(shù)據(jù),格式正確則輸出串口TTL電平信號(hào)與主AP進(jìn)行通信,傳輸相應(yīng)格式的信息流,主CPU通過(guò)處理的定位信息、地面數(shù)據(jù)信息等,按照一定公式進(jìn)行計(jì)算,經(jīng)過(guò)應(yīng)用邏輯處理,返回給用戶(hù)顯示。

3結(jié)語(yǔ)

本爬樓行李箱是一種方便用戶(hù)出行,減輕用戶(hù)出行負(fù)擔(dān),提高出行效率的創(chuàng)新型產(chǎn)品,具有可調(diào)速爬樓功能,兼具定位防丟失功能。拉桿設(shè)計(jì)也獨(dú)具一格,采用可伸縮、可彎曲結(jié)構(gòu),方便用戶(hù)拉動(dòng),可控性更強(qiáng),減少了操作強(qiáng)度。國(guó)外類(lèi)似產(chǎn)品價(jià)格昂貴且功能尚不完善。相信在未來(lái)發(fā)展中,爬樓行李箱的設(shè)計(jì)將會(huì)朝著使用更便捷、整體構(gòu)造更合理、自重更輕、安全系數(shù)更高的方向發(fā)展,針對(duì)不同人群、不同環(huán)境都有合適的爬樓行李箱。