尹力涵 武新濤 張磊 劉暢 徐兵

摘 要：為解決傳統(tǒng)輸送帶無(wú)法靈活多變和新型AGV小車無(wú)法連續(xù)長(zhǎng)久的輸送問(wèn)題，本文在傳統(tǒng)輸送帶和AGV小車原型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種結(jié)合傳統(tǒng)的可伸長(zhǎng)輸送帶和AGV小車的新型輸送小車，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一套柔性傳送系統(tǒng)。該傳送系統(tǒng)更具靈活性，適用于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜的環(huán)境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性，使工廠等場(chǎng)所的物料運(yùn)輸更加便利。

關(guān)鍵詞：可伸長(zhǎng)傳送帶;AGV小車;柔性;微輸送單元;傳送系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH165 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2022）7-0037-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.008

Abstract： In order to solve the traditional conveyer belt can't flexible and new type of AGV car can't continuous long transportation problem， in this paper， on the basis of the traditional belt and AGV car prototype， we design a combined with the traditional can elongate conveyor belt and AGV car of new car， and on this basis， design a set of flexible transmission system. The transmission system is more flexible， suitable for complex site conditions， can greatly reduce labor costs， improve transmission efficiency， and ensure the continuity of material transport， so that factories and other places of material transport more convenient.

Keywords： extendable conveyor belt; AGV car; flexible; micro conveying unit; transmission system

0 引言

物料的裝卸搬運(yùn)是物流過(guò)程中發(fā)生頻率高、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高的作業(yè)活動(dòng)[1]。物料輸送技術(shù)是物流技術(shù)與裝備中的重要組成部分[2]。傳送帶廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、電力、冶金、建材等行業(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的控制設(shè)備之一[3]。帶式輸送線具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、效率高等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于運(yùn)輸生產(chǎn)中[4]。傳統(tǒng)方式主要通過(guò)人力與軌道鋪設(shè)的方式對(duì)物料進(jìn)行輸送，但工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、障礙區(qū)間時(shí)變，常常需要重新規(guī)劃和調(diào)整傳送路徑，人力和軌道鋪設(shè)的方式無(wú)疑成本較高，效率較低[5]。隨著自動(dòng)化物流系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、自動(dòng)化立體化倉(cāng)庫(kù)等的發(fā)展，自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS）作為物流系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)中的關(guān)鍵子系統(tǒng)，得到越來(lái)越多的應(yīng)用[6]。自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)AGVS是指由自動(dòng)導(dǎo)引車AGV和地面導(dǎo)引系統(tǒng)組成的、進(jìn)行物料搬運(yùn)作業(yè)的光機(jī)電信息技術(shù)一體化的系統(tǒng)[7]?，F(xiàn)有技術(shù)中雖然有通過(guò)AGV小車進(jìn)行物料傳輸?shù)姆绞?，但物料輸送缺乏連貫性和整體性。為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種柔性傳送系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)個(gè)特殊AGV小車作微輸送單元組成一條柔性線路，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)微輸送單元的自由拼接，相比于傳統(tǒng)的輸送方式，該產(chǎn)品更具靈活性，適用于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜的環(huán)境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性。

1 總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)中用于柔性傳送系統(tǒng)的微輸送單元主要由小車車體和可伸縮二級(jí)傳送帶組成。小車車體包括安裝移動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和控制小車移動(dòng)和檢測(cè)的電控板，小車車體的主要作用是讓小車到達(dá)指定位置?？缮炜s二級(jí)傳送帶包括雙層伸縮裝置、對(duì)接機(jī)構(gòu)，其中對(duì)接機(jī)構(gòu)又包括可伸縮漏斗和夾緊機(jī)構(gòu)，可伸縮二級(jí)傳送帶的主要作用是讓兩個(gè)小車直接形成連接從而可以運(yùn)輸物料和通電。微輸送單元的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 工作原理

柔性傳送系統(tǒng)包括上位機(jī)和微輸送單元。上位機(jī)用于對(duì)環(huán)境進(jìn)行障礙地圖建模，并計(jì)算出規(guī)避障礙物到達(dá)目的地的最短路徑;基于微輸送單元的傳送范圍將最短路徑分解為由多個(gè)微輸送單元組成的傳送路徑，控制對(duì)應(yīng)的各微輸送單元移動(dòng)到指定的位置，并發(fā)送指令使各微輸送單元調(diào)整姿態(tài)和第二傳送帶的伸出長(zhǎng)度，將各微輸送單元依次通過(guò)對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接。

應(yīng)用微輸送單元的柔性傳送系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置底座和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，可以對(duì)安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的雙層伸縮裝置的位置和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)將雙層伸縮裝置設(shè)置為包括固定的第一傳送帶和可伸縮的第二傳送帶，可以調(diào)整整個(gè)微輸送單元的傳送范圍。通過(guò)設(shè)置對(duì)接機(jī)構(gòu)，可以通過(guò)可伸縮漏斗的伸縮和夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊，將相鄰微輸送單元對(duì)接，使物料能夠從第一臺(tái)微輸送單元的第二傳送帶經(jīng)漏斗落入另一臺(tái)微輸送單元的第一傳送帶上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)微輸送單元的自由拼接，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)柔性傳送路徑提供可能性。相比于傳統(tǒng)的輸送方式，本設(shè)計(jì)更具靈活性，適用于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜的環(huán)境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性（見(jiàn)圖2）。

3 裝置介紹

3.1 小車部分

小車部分包括底座、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、電控板和移動(dòng)機(jī)構(gòu)。

3.1.1 底座和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。底座底部安裝有帶動(dòng)其移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu);旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，安裝在底座上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與底座構(gòu)成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu);旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括底板和步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)用于帶動(dòng)底板旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而對(duì)安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的雙層伸縮裝置姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，如圖3和圖4所示。

3.1.2 移動(dòng)機(jī)構(gòu)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用麥克納姆輪（見(jiàn)圖5），麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，是很成功的一種全方位輪。麥克納姆輪被安裝在底座上，在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)小滾子的包絡(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動(dòng)。有4個(gè)這種新型輪子進(jìn)行組合，可以更靈活方便地實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)功能。

3.1.3 電控板和上位機(jī)控制的地圖路徑規(guī)劃。電控板里面含有控制小車移動(dòng)和檢測(cè)小車位置的電控部分。

采用一種刪除邊的算法來(lái)求解k次短路徑問(wèn)題;實(shí)例仿真證明了改進(jìn)的A*（A-Star）算法的可行性，通過(guò)與其他求解k次短路徑問(wèn)題的算法進(jìn)行對(duì)比，證明刪除邊的算法簡(jiǎn)單、可行[8]。

3.2 可伸縮二級(jí)傳送帶部分

可伸縮二級(jí)傳送帶部分包括雙層伸縮裝置和對(duì)接機(jī)構(gòu)，其中對(duì)接機(jī)構(gòu)又包括可伸縮漏斗和夾緊機(jī)構(gòu)。

3.2.1 雙層伸縮裝置。雙層伸縮裝置安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，包括固定的第一傳送帶和可活動(dòng)的傳送機(jī)構(gòu)。傳送機(jī)構(gòu)包括第二傳送帶和用于控制其伸縮的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上連接有絲杠，絲杠上安裝有滑塊組，滑塊組與第二傳送帶連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)滑塊組移動(dòng)，從而帶動(dòng)第二傳送帶整體移動(dòng)。當(dāng)?shù)诙魉蛶б粋?cè)伸出時(shí)，與第一傳送帶共同組成一條長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的傳送平臺(tái)（見(jiàn)圖6）。

3.2.2 對(duì)接機(jī)構(gòu)。對(duì)接機(jī)構(gòu)包括可伸縮漏斗和夾緊機(jī)構(gòu)。可伸縮漏斗安裝在第二傳送帶的伸出側(cè)，并隨第二傳送帶移動(dòng);可伸縮漏斗包括上層漏斗與下層漏斗，上層漏斗與下層漏斗之間通過(guò)伸長(zhǎng)機(jī)構(gòu)連接。夾緊機(jī)構(gòu)安裝在第一傳送帶上方遠(yuǎn)離可伸縮漏斗的一側(cè)，用于夾緊相鄰微輸送單元中的可伸縮漏斗;夾緊機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)電動(dòng)伸縮桿和分別與其連接的兩個(gè)夾緊部，兩個(gè)電動(dòng)伸縮桿用于帶動(dòng)兩個(gè)夾緊部對(duì)向移動(dòng)，對(duì)下層漏斗進(jìn)行夾緊;當(dāng)兩個(gè)夾緊部對(duì)向移動(dòng)時(shí)，其間的距離縮短，從而夾緊下層漏斗。

下層漏斗上安裝有導(dǎo)電金屬片，夾緊部上設(shè)置有與導(dǎo)電金屬片匹配的導(dǎo)電接頭，導(dǎo)電接頭與導(dǎo)電金屬片接觸時(shí)，形成電線通路。當(dāng)可伸縮漏斗設(shè)置為圓形時(shí)，導(dǎo)電金屬片設(shè)置為兩個(gè)半圓形金屬片，導(dǎo)電接頭可設(shè)置為與其貼合接觸的金屬片。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的應(yīng)用微輸送單元的柔性傳送系統(tǒng)通過(guò)將相鄰微輸送單元對(duì)接，使物料能夠從第一臺(tái)微輸送單元的第二傳送帶經(jīng)漏斗落入另一臺(tái)微輸送單元的第一傳送帶上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)微輸送單元的自由拼接。相比于傳統(tǒng)的輸送方式，本設(shè)計(jì)更具靈活性，適用于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜的環(huán)境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性[9]。調(diào)試表明，該系統(tǒng)能夠滿足搬運(yùn)物料的設(shè)計(jì)目的，對(duì)提高生產(chǎn)效率具有較高的應(yīng)用價(jià)值[10]。實(shí)際應(yīng)用表明其工作穩(wěn)定可靠、性能價(jià)格比較高。

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