钮金亮（左）、张会杰（右）代表团队参加2017中国创新设计大会暨中国好设计颁奖仪式
2017“中国好设计”创意奖项目——导向吊具摆杆定位牵引运行门式起重机是来自大连理工大学机械工程学院2016级硕士研究生钮金亮、关泽明、张会杰、代一诚、侯宝旺的团队作品，指导教师屈福政教授、张元良教授。
为满足社会对智能化起重机的需求，团队设计了一台导向吊具摆杆定位牵引运行的门式起重机。起重机主要包括导向吊具、定位摆杆、同步起升机构、牵引行走系统和动力控制五个部分。起重机采用铝合金可拆装门架结构，直流减速电机驱动，摆杆和夹钳采用舵机驱动；以航模电池组作为驱动和控制动力，采用Arduino单片机，程序控制、霍尔元件配合永磁标识，实现起升机构和牵引行走系统的准确定位，配有无线遥控系统，便于安装调试；全部搬运操作一键完成，也可以手动操作搬运。
导向吊具摆杆定位牵引运行门式起重机
2017年春，大连理工大学屈福政教授鼓励自己的学生钮金亮、张会杰、代一诚、侯宝旺参加第二届中国大学生起重机创意大赛。开学后，他们在教研室多次讨论参赛方案，最终确定了舵机驱动摆杆方案。有了既定方案，四个人开始设计具体实施方法。他们使用SolidWorks建立方案的三维模型，每人负责建立三维模型的一部分，再由钮金亮负责总体三维装配和队内任务统筹分配。只利用了两个下午的时间，团队完成初步三维模型。之后，团队围绕方案的具体细节和可能出现的问题又进行了一次讨论，最终决定采用动力牵引的驱动方式代替电机轮驱动。
方案设计完成后，四个人开始着手寻找委托加工场地。由于现有的团队成员都是结构设计方向的学生，为了更好地发挥方案创意，团队决定寻找一位研究电控方向的新“队友”。就这样，张元良教授的学生关泽明加入团队。团队的五名成员来自不同家乡，性格、创新风格也各有特色，经过团队磨合，沟通良好，合作愉快。
走在创新之路上，困难是难以绕过的。最难的一次挑战，是摆杆铰耳的加工和制作。项目作品采用铝材质，点焊较为合适，但铰耳是承载零件，点焊满足不了要求，满焊则会产生很大的变形，达不到使用要求。同时，由于配合关系不合适，导致摆杆末端下垂严重。经过几次重新加工，委托加工人员认为团队焊接铰耳不恰当，提出加工成一体铰耳的意见，也有团队成员附议。经过合议，一体加工方案最终确立了下来。在导师屈福政教授的指导下，团队设计出了合理的轴孔配合关系，完成了技术攻关。
2017年7月，在屈福政、张元良教授的指导下，团队完成了方案的加工、安装和外购件的购买。经过不断调试，作品趋于完善。
该方案为一台沿轨道运行的门式起重机。沿轨道运行，保证了起重机在往复运动过程中的速度和定位精度。起重机的吊具具有自动脱、挂钩和摆臂精确定位功能，保证起重机在起始点一次抓取五个箱体，起重机沿轨道运行过程中通过摆臂摆动完成箱体的五环精确定位。专用吊具装有导向轮，实现与门架杆件间的垂直导行，避免了运行过程中吊具摆动，提高平稳性。起升机构采用多卷筒同轴驱动形式，保证吊具的垂直平稳提升。改向滑轮的采用使得起升机构减速机和门架结构受力合理。起重机牵引行走系统采用直流电机减速机驱动，配合霍尔元件反馈控制起重机的精确定位。起升机构采用直流电机加蜗轮蜗杆减速机驱动，省去了制动器。吊具上的摆臂和挂钩由舵机驱动。直流电机和舵机采用单片机控制，电源采用22.2V电池。
开始时，起重机五个挂钩直线排列，起重机运行到箱子初始位置，起升机构下放吊具，挂钩，起升。箱体离地后，起重机行走系统运行，起升机构继续运行，同时摆臂旋转使箱子呈五环位置，到达下放区域，起重机行走系统停止运行，起升机构下放吊具，脱钩。重复上述过程即可完成搬运。
导向吊具摆杆定位牵引运行门式起重机的创新点在于：
牵引式轮轨行走系统，保证了起重机在轨道上的精确定位；
起升机构采用具有自锁功能的双输出轴涡轮蜗杆减速电机，四卷筒同轴驱动保证吊具水平；
吊具设有导向轮，消除吊具摆动，保证搬运效率；
摆臂、吊具升降、大车运行可多机构同时操作，提高搬运效率；
程序控制配合霍尔元件和永磁标识，可实现一键完成搬运。
大车沿轨道运行，保证了速度和定位精度，在轨道端部设有止挡，定位精确，简化了控制，提高了效率；吊具上的摆臂实现箱体挂钩和精确定位；摆臂过程、起升或下降、大车运行同时进行，节省时间；吊具有刚性导向轮，消除了摆动，提高了定位精度和效率；多卷筒同轴驱动，提升平稳；改向滑轮的采用使得起升机构减速机和门架结构受力合理。
导向吊具摆杆定位牵引运行门式起重机具有一键智能搬运功能，可实现搬运的无人化作业，符合未来智能制造的发展趋势。
责编/彭砚淼
