李 偉

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

0 引言

近幾年，智能立體庫在國內(nèi)快速發(fā)展，已經(jīng)被廣泛使用到各行各業(yè)中，高速智能料架存儲庫是針對料架開發(fā)的一種智能立體庫，它能夠利用有限的空間實現(xiàn)高密度存取，高效存取，高精度定位，另外該設(shè)備可以通過計算機集中控制，也可單機操作，實現(xiàn)管理、存取自動化。

本文設(shè)計的高速智能料架存儲庫包括了貨叉行走機構(gòu)、型材骨架和出入口[1]。設(shè)備外形尺寸為6500mm(長)×1600mm(寬)×2500mm(高)，料架尺寸300mm(長)×300mm(寬)×500mm(高)，單臺設(shè)備能存放95個料架，設(shè)備整體示意圖如圖1中所示。

圖1 高速智能料架存儲庫結(jié)構(gòu)示意

1 貨叉行走機構(gòu)

1.1 貨叉行走機構(gòu)的運動方式

貨叉行走機構(gòu)是實現(xiàn)料架存取動作的部件，該機構(gòu)能實現(xiàn)三個方向雙向運動，水平前后X軸、豎直上下Y軸、和水平左右Z軸，Y、Z軸運動采用同步帶形式，X軸運動采用貨叉(艾拉德 ARES 40)，貨叉行走機構(gòu)示意如圖2所示，三個方向均采用安川SGM7J型伺服驅(qū)動，其中X軸和Y軸為單伺服驅(qū)動，Z軸為頂部(隨動)和底部(主動)兩套伺服同步控制驅(qū)動，由于Z軸運動是通過側(cè)掛在頂部和底部的滑軌實現(xiàn)的，采用兩套伺服同步控制能有效地避免上下滑軌出現(xiàn)不同步而導(dǎo)致的傾斜情況，保證整個機構(gòu)的垂直度和存取精度。通過伺服控制的整個貨叉行走機構(gòu)的定位精度可以達到±0.5mm，存取平均節(jié)拍約15s/次。安川伺服電機全部采用絕對值編碼器，可以隨時記住整個貨叉行走機構(gòu)的絕對位置，當設(shè)備意外斷電時，重新上電后設(shè)備不需要進行復(fù)位操作，可準確地直接動作到目標位置，控制簡單準確。

圖2 貨叉行走機構(gòu)示意圖 圖3 料架防傾倒和外形檢測

1.2 關(guān)鍵技術(shù)及解決辦法

料架放滿貨物總重量約20kg，高度約500mm，貨叉行走機構(gòu)高速運行時，會因為料架重心高導(dǎo)致料架有傾倒的風險，因此當料架被取到貨叉上以后，需要對料架做限位來防傾倒，考慮到料架高度比較高，從料架頂部進行限位效果更好[2]。

1) 防傾倒設(shè)計：如圖3所示，在貨叉正上方搭一個高度為545mm的鋁型材框架，框架斜對角分別安裝一個伸縮氣缸(MGPM16-30-M9NV)，氣缸端部安裝一塊軟材質(zhì)聚氨酯，聚氨酯既不會損壞料架，也能增加摩擦力。氣缸行程30mm，當氣缸處于縮回狀態(tài)時，保證料架留有30mm安全距離在貨位和貨叉之間來回取放，當氣缸伸出時，聚氨酯正好壓住料架頂部，每個氣缸可提供最大1MPa的壓力，確保料架在機構(gòu)運行的過程中不會傾倒，每個氣缸帶有2個M9NV磁開關(guān)，來檢測氣缸伸縮是否到位，確保氣缸準確動作。

2) 超外形檢測：在框架的4個位置裝有4個光電傳感器，檢測料架的外形，傳感器采用OPTEX BGS系列，該傳感器不受背景顏色干擾，不會由于設(shè)備零件的顏色不同導(dǎo)致誤檢測，同時結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合尺寸緊湊的高速智能存儲庫。該傳感器可設(shè)定的檢測距離范圍為20mm-100mm，傳感器500us的快速響應(yīng)，當貨叉在快速運行(滿載330mm/s)的過程中，料架意外出現(xiàn)移動超出外形時，該傳感器立刻檢測到并報警，設(shè)備停止動作，防止碰撞造成料架以及設(shè)備的損壞。此外，設(shè)備上安裝傳感器的固定板一直都用不銹鋼材質(zhì)，以及某些零件必須使用不銹鋼材質(zhì)，該傳感器具有抑制不銹鋼背景干擾的功能，適用于設(shè)備不同場合。該設(shè)備的探空傳感器也選擇BGS系列的傳感器。

該傳感器LED發(fā)射的光斑直徑隨著檢測距離增加而增大，100mm時光斑最大為10mm，料架框架是由12mm的鋁型材圓柱組成，在傳感器檢測范圍內(nèi)可準確檢測到料架的外形尺寸，不存在超出而檢測不到的情況，安全可靠，如圖4所示。

圖4 BGS傳感器特性

2 型材骨架

設(shè)備的整個骨架由幾種不同型號的鋁型材組成，可大幅減輕設(shè)備的重量。貨位上料架支撐板采用2mm鈑金激光切割加折彎成型，受力分析支撐板滿載最大變形僅為0.07mm，應(yīng)力均在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)[3]，支撐板完全能滿足應(yīng)力和應(yīng)變的要求，如圖5所示。在每個支撐板上裝有兩個料架限位導(dǎo)向板，料架在貨位上有輕微的震動可以通過限位保證處于安全的范圍內(nèi)，確保貨叉能安全取放料架。

圖5 料架支撐板示意、支撐板受力分析

3 出入口

設(shè)備左側(cè)設(shè)置有一個出入口，該出入口可以采用人工和AGV自動存放兩種方式，料架放置在出入口的皮帶上以后，伺服電機正反轉(zhuǎn)帶動皮帶前后運動，實現(xiàn)料架在出入口處進出。出入口前端設(shè)有機械限位，保證料架在出入口前后方向準確定位，前端左右方向各有一個定位氣缸，料架前端碰到機械限位后，左右定位氣缸伸出，將料架定位后，貨叉方可取貨。出入口高度距離地面最低490mm，高度可調(diào)，后期可以與生產(chǎn)線對接。

4 結(jié)束語

本文針對料架設(shè)計了一種高速智能料架存儲庫，該存儲庫在有效的空間內(nèi)實現(xiàn)最大化容量，出入庫自動化節(jié)約了人力成本，通過軟件管理系統(tǒng)，準確的記住每個料架的庫位，防止取放過程中的誤操作，提高了生產(chǎn)效率。