一種新型移動式千斤頂?shù)慕Y構和控制研究

周子悅

摘要：針對傳統(tǒng)的千斤頂適用范圍小，無法在特殊環(huán)境下放置工作的問題，提出了一種新的搭載有無線遠程控制和實時通信模塊的移動式千斤頂，通過手機等設備來控制千斤頂?shù)钠鹇浜鸵苿?，解決千斤頂人工操作局限性大的問題，實現(xiàn)特殊地段的勘察和特殊的救援場合。

關鍵詞：無線遠程控制;實時通信;千斤頂

0? 引言

天災人禍往往是一種不可抗拒的力量，由于自然災害、公共安全事件等因素而造成的災害時常發(fā)生，在救災過程中，救援人員因為不能及時的把倒塌的樓板撐開縫隙而導致被困人員殘疾或死亡的例子比比皆是。所以在一些場合，新型的移動式千斤頂運用前景廣闊。基于這種情況，利用電力驅動的千斤頂，通過手機APP等操作平臺使其自行進入到指定地點起頂撐開重物，減少因地形原因導致被困人員無法被及時救出的事件。

在千斤頂技術的研究方面，千斤頂技術的研究現(xiàn)狀與展望[1]一文中就提出了千斤頂未來發(fā)展的方向是重量輕，攜帶方便，外形美觀，使用可靠，自動化，智能化的。而現(xiàn)在的千斤頂大部分都是朝著這個方向在發(fā)展，不過大多都是在普通環(huán)境下使用的，對于應用在特殊環(huán)境中的很少。一種T-32遠程手動控制救援液壓千斤頂?shù)脑O計與研究[2]論文中對一種在特殊環(huán)境下使用的千斤頂進行了論述，但這種千斤頂還是需要人工放置，在某些環(huán)境中十分受限。

1? 千斤頂總體設計方案

本設計的一個千斤頂由底座、千斤頂、攝像頭和單片機組成。以移動救援的案例為設計場景。一個智能千斤頂結構示意圖見圖1。

底座由三角履帶支撐，使得底座的靈活性得到極大地提升。同時底座上帶有一個活動塊，活動塊的上部為半圓形，由拉簧與底座相連。

千斤頂?shù)牡撞繛榘雸A形，在立起的時候與底座上的活動塊上部相交使活動塊下降，讓活動塊的底部落地，起到支撐千斤頂?shù)淖饔谩?/p>

該結構操作簡單，制作方便，可降低生產(chǎn)成本，且有如下優(yōu)點：

①性能良好：起頂高度低，可達高度高;

②結構簡單：重量輕，堅固耐用，成本低;

③操作方便。

針對目前市面上存在人力搬運千斤頂費時費力的不足，設計改良千斤頂能夠自行運動，同時擁有無線控制功能， 在千斤頂起頂時，可以通過手機等設備來控制推拉桿使千斤頂立起著地，千斤頂起頂示意圖如圖2所示。當千斤頂處于起頂狀態(tài)時，底座下方的活動塊會與千斤頂?shù)牡撞拷佑|，使活動塊的彈簧拉伸，在此過程中活動塊底部會慢慢的接觸地面，直至起頂結束。當千斤頂收回時，活動塊彈簧收縮，使活動塊離開地面，并且千斤頂?shù)撞恳矔c活動塊分離。

2? 控制硬件設計

2.1 硬件總體設計

為克服傳統(tǒng)千斤頂需人力搬運并手工操作的問題，采取用履帶底盤載運千斤頂，上位機遠程對其起頂收放控制的總體方案。運動時，利用直流電機，控制履帶轉動及轉向。單片機通過控制舵機轉動的角度來實現(xiàn)千斤頂?shù)捻斊?、回落過程。而底座頭部的攝像頭則實時傳輸環(huán)境圖像，便于監(jiān)控人員調(diào)整位置。硬件總體設計見圖3。

2.2 千斤頂?shù)闹饕O計技術指標

千斤頂作為常用的舉升工具，其主要功能是承受被舉物體的重量。設計是根據(jù)車用千斤頂改進的，因此為了使設計的產(chǎn)品具有普遍適用性，將其最大承受載荷設計為1000kg，其具體技術指標如下：

①最大承受載重：1000kg;②最低高度：165mm;③起升高度：220mm;④最大高度：385mm;⑤驅動方式：電動;⑥凈重：5kg;⑦外型尺寸：257×248×136。

由于受材料及現(xiàn)實問題，采用模型試驗方式來驗證設計的千斤頂結構及功能。

3? 軟件設計

軟件總體設計部分擬按照如圖4所示流程設計。

軟件總體設計分為三部分：第一部分為主控單片機控制程序設計，負責控制底座運動、千斤頂?shù)钠痦敿皵z像頭模塊的工作。第二部分為無線通訊模塊的程序設計，是無線遠程控制千斤頂工作的保障。第三部分為上位機及手機APP程序的開發(fā)，它是接收攝像頭輸送圖像的窗口，利用它可以實時監(jiān)控周圍環(huán)境狀況并及時調(diào)整達到最佳起頂位置。

系統(tǒng)主函數(shù)流程及代碼如圖5所示。

綜合考慮選取的單片機規(guī)格和編寫程序的難易，采用裸機程序開發(fā)。第一、第二軟件編程部分均采用stm32庫函數(shù)方式完成編寫，采用模塊化的設計方法，與各子程序做為實現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成底盤前進、后退和轉向，舵機轉動，視頻傳輸?shù)裙δ艿脑O計。

程序的編寫采用模塊化的編程思想，提高代碼的移植能力，對代碼進行模塊化設計。

單片機根據(jù)寫入內(nèi)部的程序直接控制直流電機、舵機以及車載其他部件。搭載的攝像頭能將視頻傳送上位機，便于用戶監(jiān)控;另外，用戶也可在遠處使用手機APP操作端實現(xiàn)對千斤頂?shù)目刂啤?/p>

PC機的軟件采用VB編寫，主要用來完成數(shù)據(jù)存儲、界面顯示、與單片機的通信等功能，工作界面直觀，操作簡單，實現(xiàn)了良好的人機對話。單片機的軟件采用C語言編寫，用來完成與PC機的通信，數(shù)據(jù)采集，以及通過人機交互監(jiān)控畫面，進而實現(xiàn)對千斤頂?shù)倪h程控制。

4? 總結

隨著突發(fā)安全事件在各種復雜地形中發(fā)生，千斤頂?shù)倪m應性也日益受到關注，而改變運動方式，提高靈活性是提高適應性的途徑之一。當在復雜環(huán)境和空間未知時，人為安放千斤頂無法確保準確性，環(huán)境越復雜，千斤頂?shù)倪m應性越低。因此本文提出了采用帶三角履帶的底座承載千斤頂來控制千斤頂運動到合適位置展開。最后采用無線通訊傳輸使地形內(nèi)部信息傳輸?shù)酵饨?，為監(jiān)控千斤頂工作提供了可靠性保證，對于實際應用還有待驗證，特別是在特殊環(huán)境下如何選取合適的千斤頂支點，還需要綜合考慮很多因素。由于實驗條件所限，本設計只能做一個大概的模型，如果有條件的話，還可以對千斤頂進行全面的優(yōu)化設計。

參考文獻：

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