汪明川

上海發(fā)網(wǎng)云物流科技有限公司 上海 200431

引言

自動引導(dǎo)車(AGV)是依據(jù)控制系統(tǒng)的指令，在預(yù)先設(shè)計好的程序控制下，通過車載傳感器定位，沿著規(guī)定的行駛路線和停靠位置自動行駛，完成物料搬運等功能一種現(xiàn)代化智能設(shè)備[1]。電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)購物等新型服務(wù)業(yè)態(tài)的迅猛發(fā)展，促進了電商AGV市場的發(fā)展。為了保證倉庫庫容率與倉庫運作效率，倉儲AGV貨架高、負(fù)載重、運行速度快，這對AGV的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高，因此市面上大部分倉儲AGV結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)制作成本較高，影響了AGV的推廣與使用。

1 設(shè)計目的

為了實現(xiàn)倉庫內(nèi)貨物搬運，改善人力搬運貨物的重勞動作業(yè)，降低供應(yīng)鏈成本。簡化倉庫作業(yè)人員的工作，使其能更快、更好地完成倉庫生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)。需要設(shè)計一種新的倉儲AGV舉升和懸掛結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低、互換性好，適應(yīng)大批量化生產(chǎn)和市場推廣。

2 技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

FD600旋轉(zhuǎn)舉升AGV背負(fù)貨架高度為2m，層數(shù)為5層。載重為600kg，AGV長寬高是920×7600×270mm，自重200kg，自旋半徑925mm，最小巷道要求1100mm，空載速度使2m/s，滿載速度是1.5m/s，定位精度±10mm，停止精度±5mm，停止角精度±1°，導(dǎo)航方式是二維碼慣性導(dǎo)航[2]。

3 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 整體結(jié)構(gòu)分析

見圖1、圖2，F(xiàn)D600旋轉(zhuǎn)舉升AGV主要由①AGV底盤，②驅(qū)動懸掛部分，③舉升結(jié)構(gòu)，④旋轉(zhuǎn)部分，⑤外殼總成，⑥萬向輪，⑦電池組件，⑧激光避障傳感器，⑨下掃碼攝像頭組件，⑩上掃碼頭組件，?嵌入式控制系統(tǒng)，?電氣系統(tǒng)等組成。

圖1 整車結(jié)構(gòu)

圖2 底部結(jié)構(gòu)

3.2 工作原理

FD600旋轉(zhuǎn)舉升AGV主要應(yīng)用于倉儲內(nèi)高位貨架的搬運。倉儲訂單管理系統(tǒng)OMS推出波次訂單給倉儲管理系統(tǒng)WMS，WMS讀取每個訂單的商品信息，獲取商品所在位置，分解成具體搬運任務(wù)下發(fā)給AGV調(diào)度系統(tǒng)RCS。RCS 能根據(jù)物料搬運任務(wù)請求，自主規(guī)劃路徑，分配調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，通過無線模塊與嵌入式控制系統(tǒng)通信。嵌入式控制系統(tǒng)接收到RCS分配搬運任務(wù)后，控制驅(qū)動器驅(qū)動電機減速機等執(zhí)行元器件完成搬運動作。

AGV可實現(xiàn)行走、舉升及旋轉(zhuǎn)三個動作。AGV輪系部分采用兩驅(qū)動輪、四萬向輪結(jié)構(gòu)，驅(qū)動輪部分設(shè)置有懸掛機構(gòu)。舉升部分采用舉升電機減速機驅(qū)動鏈輪鏈條，帶動三滾珠絲桿實現(xiàn)同步舉升。旋轉(zhuǎn)部分安裝在舉升機構(gòu)頂板上，采用回轉(zhuǎn)支撐軸承實現(xiàn)轉(zhuǎn)向[3]。

4 重點模塊設(shè)計實現(xiàn)

4.1 輪系布置及驅(qū)動懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計

FD600旋轉(zhuǎn)舉升AGV是兩輪差速控制二維碼慣性導(dǎo)航AGV，當(dāng)左右輪子出現(xiàn)速度差值時產(chǎn)生自身旋轉(zhuǎn)角度。二維碼慣性導(dǎo)航AGV做車體的運動控制時，AGV通過掃碼攝像頭讀取地面二維碼的X坐標(biāo)，Y坐標(biāo)及角度值，與預(yù)定行駛路線做對比，然后由這些反饋過來的差值做補償，實時調(diào)整控制兩驅(qū)動輪的運轉(zhuǎn)速度做差速控制，保證AGV的行駛精度。AGV掃碼頭安裝位置及角度精度、掃碼頭與兩驅(qū)動輪之間的相對位置，對AGV的行駛精度影響較大。設(shè)計時需保證掃碼頭與兩驅(qū)動輪之間水平方向的相對位置度，驅(qū)動輪與地面的正壓力。

FD600V2旋轉(zhuǎn)舉升AGV輪系布置采用六輪結(jié)構(gòu)，兩驅(qū)動輪布置在車架中間左右兩側(cè)，驅(qū)動輪組件上設(shè)置有彈簧懸掛結(jié)構(gòu)、四萬向輪固定在AGV車架方式。此結(jié)構(gòu)行走及轉(zhuǎn)向過程中穩(wěn)定性好，更適用于600kg級別、貨架高度為2m的電商AGV。

驅(qū)動懸掛部分，包含電機減速機組件，行走支架焊件，直線軸承，直線導(dǎo)軌，行走減速機護套，驅(qū)動輪，行走減速機蓋板，行走支架封板，矩形彈簧，彈力調(diào)節(jié)螺母，行走支架封板安裝螺栓，電機減速機安裝螺栓，直線軸承安裝螺栓，驅(qū)動輪安裝螺栓，行走減速機蓋板安裝螺栓。①電機減速機、驅(qū)動輪等通過直線軸承可在直線導(dǎo)軌導(dǎo)向作用下上下浮動，可減少驅(qū)動輪浮動對運動控制精度產(chǎn)生不利影響。②矩形彈簧套在直線導(dǎo)軌上，通過彈力調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)矩形彈簧壓縮量可預(yù)設(shè)驅(qū)動輪正壓力，保證整車的牽引力穩(wěn)定性，適應(yīng)不同負(fù)載搬運。③減速機軸上套有行走減速機護套，減速機護套對電機減速機有保護作用，使驅(qū)動結(jié)構(gòu)能適應(yīng)反復(fù)啟動、急停等惡劣工況。④兩彈簧連線中心與驅(qū)動輪中心重合，保證驅(qū)動輪傳遞來的力與彈簧之間不產(chǎn)生扭矩，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好。

4.2 舉升結(jié)構(gòu)設(shè)計

FD600旋轉(zhuǎn)舉升AGV旋轉(zhuǎn)舉升傳動原理：舉升電機減速機通過鏈輪帶動三滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)同步舉升頂板功能。其中兩鏈輪張緊裝置將鏈條張緊，鏈條同步給三絲桿扭矩。旋轉(zhuǎn)電機減速機與回轉(zhuǎn)支承通過齒輪嚙合，配合兩差速輪可實現(xiàn)頂升圓盤與背負(fù)貨架相對靜止情況下AGV轉(zhuǎn)向功能。頂升頂板上裝配有旋轉(zhuǎn)開關(guān)，頂升圓盤每隔90°設(shè)置有一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)檢測板，AGV每轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)開關(guān)就會給PCB板一個位置信號。頂升圓盤上設(shè)置有凸臺，背負(fù)的貨架底部橫梁可沿著凸臺滑下去與頂升圓盤接觸良好；上掃描圖組件能識別貨架上二維碼的位置及ID信息，通過差速控制兩驅(qū)動力使頂升圓盤對準(zhǔn)貨架，保證頂升精度；頂升圓盤上裝配有強磁鐵，可保證頂升圓盤與貨架間接觸良好，在運行過程中貨架晃動小。

4.3 車架結(jié)構(gòu)及外觀設(shè)計

FD600旋轉(zhuǎn)舉升AGV外殼總成包含前外殼，中間外殼，后外殼。前外殼上裝配有激光避障傳感器、燈帶、急停開關(guān)等；后外殼上裝配有燈帶、急停開關(guān)等。前外殼、后外殼由鈑金加工而成，通過螺栓固定在AGV底盤上。中間外殼是塑料件，連接在前外殼、后外殼上。整個AGV前外殼與后外殼形成一個橢圓柱形，采用流線型設(shè)計；前外殼仿人形設(shè)計。

5 運行調(diào)試

FD600V2旋轉(zhuǎn)舉升AGV主要進行了安全性測試、可靠性測試、功能測試等幾項測試。安全性測試指的是指失效模式下AGV的安全性能，AGV是否能有效停止工作?？煽啃詼y試指的是AGV連續(xù)運行8小時，是否會發(fā)生故障。功能測試指的是自動避障、自動充電、舉升功能、原地旋轉(zhuǎn)、狀態(tài)指示等功能測試。性能測試指的是定位精度&重復(fù)定位精度。

表1 設(shè)備性能綜合測試表

6 結(jié)束語

FD600V2旋轉(zhuǎn)舉升AGV的項目采用鏈輪鏈條傳動、三滾珠絲桿舉升方式。通過鏈輪鏈條傳遞力矩到滾珠三絲桿上，三滾珠絲桿同步舉升頂板。整個舉升結(jié)構(gòu)由3個鏈輪、鏈條、兩個張緊裝置、三絲桿和頂板組成。與市面上同類型產(chǎn)品相比，此舉升結(jié)果比較簡潔，成本低、穩(wěn)定性好，占用空間小，AGV整車高度較低，電氣元器件布置及走線更加容易和規(guī)范。與國內(nèi)同類型產(chǎn)品比較，懸掛部分采用導(dǎo)桿直線軸承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，驅(qū)動輪只能豎直方向上下浮動，減少了驅(qū)動輪浮動位置變化對運動控制精度產(chǎn)生的擾動，提高了AGV運行精度