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摘要：為解決傳統(tǒng)AGV在搬運(yùn)卷類物料時因軸向搬運(yùn)方式導(dǎo)致的與設(shè)備碰撞干涉問題，本文提出一種基于徑向搬運(yùn)的新型AGV設(shè)計(jì)方案。這種設(shè)計(jì)的目的是為了向市場提供一種安全可靠、使用方便、節(jié)約空間的用于搬運(yùn)卷類物料的自動導(dǎo)引車。該設(shè)計(jì)采用擺桿機(jī)構(gòu)結(jié)合蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)，通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，與控制系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)卷類物料的徑向取卸貨，使自動導(dǎo)引車突破搬運(yùn)方向的局限性，不再需要人工干預(yù)和方向調(diào)轉(zhuǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明，該AGV可適應(yīng)不同尺寸的卷類物料，顯著提升物流效率并降低運(yùn)營成本。
關(guān)鍵詞：卷類物料搬運(yùn)；AGV；徑向搬運(yùn)；物流效率；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
作者：王新宇 王越 王小鐸 張志浩 韓國梁 尉維雅
機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司
一
引言
AGV作為現(xiàn)代智能制造和物流系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其性能直接影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。隨著工業(yè)4.0和智能制造的快速發(fā)展，市場上對于各類型物料的搬運(yùn)需求不斷增加，AGV在工業(yè)搬運(yùn)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。在重載卷類物料（如電纜盤、鋼卷等）搬運(yùn)領(lǐng)域，市面上傳統(tǒng)AGV多采用從卷類物料的軸向駛?cè)?，然后直接升降貨叉的方式進(jìn)行托舉搬運(yùn)，如圖1所示。
圖1 市面?zhèn)鹘y(tǒng)搬運(yùn)方向示意
但由于某些成卷設(shè)備框架尺寸的限制（如圖2所示），如果沿用以上從軸向搬運(yùn)的方式，AGV車體會與設(shè)備本身發(fā)生碰撞干涉，無法滿足這一場景的使用要求。這種對接設(shè)備物料搬運(yùn)的使用場景，傳統(tǒng)解決方案是由人工將卷型物料推出對接設(shè)備，并調(diào)整物料的方向后再由AGV從軸向搬運(yùn)。這種方式效率低下且成本高昂。
圖2 成卷設(shè)備照片
針對這一痛點(diǎn)，本研究提出一種基于徑向搬運(yùn)的AGV創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本研究設(shè)計(jì)通過協(xié)同優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)AGV對卷類物料的徑向搬運(yùn)（如圖3所示）。這一設(shè)計(jì)能使AGV成功避開成卷設(shè)備的框架本身，避免兩者發(fā)生碰撞，在滿足使用要求的同時避免人工介入，實(shí)現(xiàn)卷類物料的高效安全搬運(yùn)。
圖3 本研究設(shè)計(jì)搬運(yùn)方向示意
二
徑向搬運(yùn)AGV的設(shè)計(jì)
1.機(jī)械結(jié)構(gòu)及其功能
本研究設(shè)計(jì)的AGV主要包括車體部分、改造支腿部分，如圖4所示。車體采用具有高負(fù)載能力的托盤式叉車，改造支腿安裝在車體的支腿一側(cè)。
改造支腿包含主框架和支撐滾輪部分，如圖5所示。主框架起到骨架作用，固定支撐支腿外側(cè)封板、安裝拖鏈線纜等部件。系統(tǒng)通過控制支撐滾輪的抬起和放下，可以實(shí)現(xiàn)貨叉的抬起和放下。主框架內(nèi)安裝有前支撐和后支撐，前后支撐同時靠近物料起到支撐的作用。
圖4 車體結(jié)構(gòu)示意圖
圖5 改造支腿示意圖
如圖6、圖7所示，前支撐座部件包括前支撐座和擺桿等。前支撐座活動安裝在絲杠上，絲杠能夠帶動前支撐座進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動，通過控制絲杠帶動前支撐座?？吭诓煌恢?，可適應(yīng)不同直徑的卷類物料。
圖6 改造支腿剖面示意圖
圖7 前支撐部件示意圖
前支撐座的上方通過支撐墊板固定安裝有轉(zhuǎn)動電機(jī)和減速器，轉(zhuǎn)動電機(jī)與減速器連接，實(shí)現(xiàn)減速增扭的效果；軸承座安裝有蝸桿，蝸桿兩端安裝在軸承座上，通過轉(zhuǎn)動電機(jī)及減速器驅(qū)動實(shí)現(xiàn)蝸桿運(yùn)動，蝸桿與蝸輪嚙合帶動蝸輪實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于蝸輪與蝸桿之間傳動具有自鎖特性，可實(shí)現(xiàn)擺桿回轉(zhuǎn)的自鎖功能，確保擺桿的位置穩(wěn)定。此外，蝸輪與蝸桿之間傳動具備較大的減速比，可提供高承載能力。
蝸輪上固定安裝有小齒輪，小齒輪隨蝸輪一起回轉(zhuǎn)。小齒輪與大齒輪嚙合，帶動大齒輪一同轉(zhuǎn)動。大齒輪與擺桿固定安裝，帶動擺桿回轉(zhuǎn)。通過小齒輪與大齒輪嚙合，可進(jìn)一步放大扭矩。擺桿活動安裝在前支撐座上。
前支撐座的下方兩側(cè)設(shè)置有支撐輪，具有滑動和承載的功能。
2.搬運(yùn)取貨流程
該AGV徑向搬運(yùn)卷類物料的取貨動作流程如圖8所示。當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)在接收到生產(chǎn)下發(fā)的取貨信號后，向AGV下達(dá)指令調(diào)度其運(yùn)行至指定位置，當(dāng)車體后支撐與物料接觸時AGV停止，待AGV穩(wěn)定后，控制擺桿旋轉(zhuǎn)90°（此時擺桿與物料還有一定的距離），控制絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動絲杠帶動擺桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，使擺桿與物料接觸時停止，然后控制支撐滾輪向下伸出，使改造支腿和物料抬高，此時AGV可以載貨駛出此工位。
圖8 取貨流程示意圖
3.搬運(yùn)卸貨流程
該AGV徑向搬運(yùn)卷類物料的卸貨動作流程如圖9所示。當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)在接收到生產(chǎn)下發(fā)的卸貨信號后，向AGV下達(dá)指令調(diào)度其運(yùn)行至指定位置，待AGV在指定位置停穩(wěn)后，控制支撐滾輪向上收回，使改造支腿降低直至卷類物料落地，然后控制絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動絲杠帶動擺桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，使擺桿與物料完全脫離一段距離后停止，待AGV穩(wěn)定后，控制擺桿旋轉(zhuǎn)90°收回。此時AGV可以駛出此工位。
圖9 卸貨流程示意圖
本研究對搬運(yùn)卷類物料提供了新的思路，突破了常規(guī)的物料搬運(yùn)方向限制；在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，利用蝸輪蝸桿組件結(jié)合絲杠傳動，使承載能力加大的同時，可以適應(yīng)不同直徑的物料搬運(yùn)，AGV的使用范圍更大。
三
徑向搬運(yùn)AGV的實(shí)際應(yīng)用
本研究設(shè)計(jì)的徑向搬運(yùn)AGV已經(jīng)成功運(yùn)用于各種需要進(jìn)行卷類物料搬運(yùn)的行業(yè)，填補(bǔ)了行業(yè)空白。下面以某電線電纜廠的生產(chǎn)工藝為例，介紹該設(shè)計(jì)在具體行業(yè)中的應(yīng)用。
當(dāng)該電線電纜廠同心絞和框絞機(jī)的收線、絕緣擠塑機(jī)的收放線（主要為1.8米/2米線盤）生產(chǎn)任務(wù)結(jié)束后，自動或人工手動降下固定線纜盤的龍門架，將線纜盤具放至地面，即AGV對接的指定位置。放貨時AGV與設(shè)備需要進(jìn)行安全互鎖，確保對接時安全可靠。
人工通過MOM系統(tǒng)（Manufacturing Operation Management，制造運(yùn)營管理系統(tǒng)）或手持PDA（Personal Digital Assistant，掌上電腦），向AGV發(fā)起下盤及空盤補(bǔ)充的任務(wù)。AGV接收到任務(wù)后，將指定庫位的空盤轉(zhuǎn)運(yùn)到龍門架線邊緩存位置，設(shè)備與AGV通訊，發(fā)送呼叫信息。AGV進(jìn)入收（放）線龍門架將線盤轉(zhuǎn)運(yùn)到緩存區(qū)指定庫位，AGV與龍門架自動對接（如圖10），將線邊緩存的空盤轉(zhuǎn)運(yùn)到龍門架內(nèi)進(jìn)行下一輪生產(chǎn)。
圖10 AGV與龍門對接現(xiàn)場圖
AGV在取指定空盤和滿盤轉(zhuǎn)運(yùn)時，可以通過RFID自動讀取盤具信息進(jìn)行確認(rèn)，并反饋MOM。AGV在與同心絞、框絞機(jī)、絕緣擠塑機(jī)收放線的龍門架對接，進(jìn)行取放貨時，需提前進(jìn)行通訊，確保龍門架?？吭谥付ㄎ恢貌⒃试SAGV進(jìn)入取放，避免出現(xiàn)安全隱患。
本研究設(shè)計(jì)的徑向搬運(yùn)AGV在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著效果（搬運(yùn)現(xiàn)場如圖11所示）。物流效率大幅度提升，搬運(yùn)時間縮短40%，人工干預(yù)減少90%。同時，該AGV支持5噸載重，兼容多種盤具尺寸，適應(yīng)性顯著增強(qiáng)。此外，通過通訊互鎖與自鎖機(jī)構(gòu)，有效避免碰撞風(fēng)險，提升安全性。
圖11 AGV搬運(yùn)現(xiàn)場圖
四
總結(jié)
本研究設(shè)計(jì)的徑向搬運(yùn)AGV通過創(chuàng)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制邏輯，成功解決了卷類物料搬運(yùn)中的方向局限性與碰撞干涉問題。實(shí)際應(yīng)用表明，該設(shè)計(jì)兼具高效性、安全性與適應(yīng)性，能為工業(yè)物流自動化提供可靠解決方案。本研究為AGV車體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路和方法，對推動AGV技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
———— 物流技術(shù)與應(yīng)用 ————
編輯、排版：王茜
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