RGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉俏

摘 要：介紹了一種新型的RGV導(dǎo)軌技術(shù)，采用地下鋪設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的形式來實(shí)現(xiàn)RGV車體的導(dǎo)向、供電和地址獲取等功能。并通過具體的工程項(xiàng)目來舉例分析了軌道的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和通訊原理、車載夾具的設(shè)計(jì)過程，通過實(shí)際的應(yīng)用，項(xiàng)目取得了很好的使用效果。

關(guān)鍵詞：RGV；通訊；夾具設(shè)計(jì)；軌道

中圖分類號：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Introduce a new rail technique of RGV（Rail Guide Vehicle）； and take steel structure underground surface to achieve the RGV's directions、power-up and get address， and give an engineering project to analysis the process of the rail designment、control systems and communication of principle、grip on the RGV and so on， and the project have a good effects in the course of using.

Key words： RGV； communication； grip design； rail

目前隨著企業(yè)自動化的意識和自動化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在無論在汽車裝配還是在零部件裝配中，都應(yīng)用到RGV（Rail Guide Vehicle，RGV），具有運(yùn)行速度較快、性能穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)，到目前為止RGV根據(jù)設(shè)計(jì)功能的不同，簡單的分為裝配型和運(yùn)輸型兩種，分別應(yīng)用于產(chǎn)品部件的裝配和工廠中物料的運(yùn)輸。根據(jù)軌道形式分為往復(fù)式RGV和環(huán)形RGV，主要區(qū)別是環(huán)形RGV可以在同一軌道上運(yùn)行多輛車體，可大大提高運(yùn)輸和裝配的能力，目前大多數(shù)工廠都會選擇環(huán)形軌道RGV。在本文中主要講述的是沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司根據(jù)國內(nèi)某大型變速箱廠的要求，摒棄了其傳統(tǒng)的RGV的聯(lián)動模式（既一個工位RGV停止其他所有的工位RGV也全部停止的模式，其存在電纜供電、地上工字鋼導(dǎo)軌安裝方式、認(rèn)址不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)），而是采用由十幾臺新型RGV車體、車載夾具、車載控制器、通訊系統(tǒng)、地面控制臺、調(diào)度控制系統(tǒng)、供電設(shè)備及地下環(huán)形軌道組成的新型柔性裝配線系統(tǒng)。

1 工藝流程及主要特點(diǎn)

（1）工藝流程：在一個變速箱裝配系統(tǒng)中，由數(shù)臺RGV及環(huán)線軌道構(gòu)成的一個輸送線。在這個環(huán)線上按照工藝需要布置相應(yīng)的裝配工位（站點(diǎn)），在每個工位上自動或人工完成指定的裝配或調(diào)整工作。

當(dāng)一臺RGV從準(zhǔn)備工位運(yùn)行到最后工位時，就應(yīng)該有一臺按照要求裝配測試完成的成品。從準(zhǔn)備工位開始，RGV每到達(dá)一個工位，就停下來等待工人進(jìn)行裝配操作，當(dāng)操作完成后由操作者按動RGV上相應(yīng)的按鈕，RGV就會自動運(yùn)行到下一個工位等待裝配操作。

（2）主要特點(diǎn)：環(huán)行裝配線RGV系統(tǒng)由RGV車體、車載控制器、通訊系統(tǒng)、運(yùn)行軌道、地面控制臺、調(diào)度控制系統(tǒng)、供電設(shè)備等構(gòu)成。車載輪系統(tǒng)采用前后布置單主動輪結(jié)構(gòu)，輪本體帶有導(dǎo)向及水平轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，可根據(jù)軌道的彎曲自動調(diào)節(jié)輪徑方向，以保證直線及彎道的正常行走。車載控制器采用西門子的S7-200系列的PLC，變頻器采用西門子的配套產(chǎn)品。通訊系統(tǒng)采用無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)RGV和控制臺之間的信息交換。RGV認(rèn)址采用高可靠性的傳感器實(shí)現(xiàn)，主要通過傳感器上的可見紅色激光去測定相關(guān)條碼的位置，主要由以下三步來實(shí)現(xiàn)：首先，傳感器頭讀取條碼帶上的條碼，其次，掃描光線上的掃描區(qū)域測定其在條碼帶上的位置，最后通過代碼信息來計(jì)算車體所在的具體位置。RGV軌道采用地下軌道系統(tǒng)。RGV車體前側(cè)裝有紅色防碰傳感器和安全保險(xiǎn)杠，在車前后裝有燈光警示，用于在工作或故障時的聲光報(bào)警，并在車體兩側(cè)有急停按鈕，任何時候按下這些急停按鈕，RGV都會緊急停車，車體平臺上安裝用于裝配變速箱和離合器的夾具等特點(diǎn)。

2 RGV車體構(gòu)成及主要技術(shù)參數(shù)

RGV車體由車架、驅(qū)動輪單元、隨動輪、保險(xiǎn)杠、夾具總成、無線通訊、電氣元件倉及各種罩板等組成如圖1和圖2所示，其外形和技術(shù)指標(biāo)如下：

最大載重量 ：600kg ； 工作載重量：450kg；

最大運(yùn)行速度：45米/分鐘； 轉(zhuǎn)彎半徑：2 000毫米；

停車精度：±10毫米； 供電方式：滑觸線；

通訊方式：無線局域網(wǎng)； 滑觸線芯數(shù)：四芯電源；

RGV車體設(shè)計(jì)主要加強(qiáng)了安全性問題的考慮，為了確保RGV車體在運(yùn)行過程中的自身保護(hù)及人員安全，RGV采取了多級安全措施。在RGV車體的運(yùn)行前端設(shè)有紅外防碰傳感器和安全保險(xiǎn)杠，主要保護(hù)穿梭環(huán)線的行人和避免兩車之間間隙過近。在車體的正前方裝有紅綠警示燈，用于RGV在工作時或是發(fā)生故障時提示操作工人。并且在RGV車體兩側(cè)有設(shè)有急停開關(guān)按鈕，操作工人只要在任何時候按下這些急停按鈕，RGV都會緊急停車，以免發(fā)生事故。RGV車體前端的天線主要是通過無線局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)RGV和控制臺之間的信息交換。

3 電氣控制系統(tǒng)

3.1 控制臺和調(diào)度控制系統(tǒng)

控制臺搭載的WinCC環(huán)境平臺是RGV系統(tǒng)的核心，它主要功能包括通訊管理，RGV運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行狀態(tài)顯示。控制臺可實(shí)時在屏幕上顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括RGV的數(shù)量、位置、狀態(tài)。RGV調(diào)度管理系統(tǒng)可以采用集中調(diào)度管理方式，控制臺根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下達(dá)的任務(wù)和各個RGV的工作狀態(tài)、運(yùn)行情況，通過通訊系統(tǒng)將命令和任務(wù)傳遞給RGV。RGV調(diào)度管理系統(tǒng)也可以采用非集中調(diào)度管理方式。在這種方式下，調(diào)度管理系統(tǒng)只負(fù)責(zé)信息的采集和信息的定點(diǎn)（對象）傳送。RGV調(diào)度管理系統(tǒng)主要完成下述任務(wù)：

（1）信息的接收和分配傳輸；

（2）RGV運(yùn)行狀態(tài)上報(bào)；

（3）RGV狀態(tài)監(jiān)測；

本系統(tǒng)中與WinCC連接通訊的是S7-200系列的PLC，WinCC和S7-200之間是通過OPC方式實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)通訊。

3.2 系統(tǒng)界面概覽

（1）用戶登錄

只有授權(quán)的用戶才能登錄系統(tǒng)，并完成系統(tǒng)的設(shè)置。當(dāng)點(diǎn)擊左側(cè)的按鈕“用戶登錄”時，彈出提示框（圖3），輸入用戶名和口令，點(diǎn)擊“確定”按鈕登錄系統(tǒng)，以完成系統(tǒng)的設(shè)置與運(yùn)行。當(dāng)輸入的用戶名不存在或是口令錯誤，都將給出相應(yīng)的提示。在進(jìn)行需要授權(quán)的操作時，如果當(dāng)前用戶沒有該權(quán)限，則彈出提示框如（圖4）。

（2）系統(tǒng)設(shè)置（圖5）

用戶登錄系統(tǒng)后，只有完成系統(tǒng)設(shè)置才能使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

“設(shè)置RGV站點(diǎn)停留時間”欄目，可以控制緩沖工位的RGV停留時間。

“設(shè)置上線RGV”欄目，可以控制RGV上線的車號。選定上線RGV車號后點(diǎn)擊“確定”按鈕。

（3）監(jiān)控

監(jiān)控界面（圖6）中顯示上線RGV的工作狀態(tài)，當(dāng)RGV出現(xiàn)故障時也會在這個界面顯示出故障原因。該界面下面有上線RGV的整體控制按鈕，其中包括“初始化”、“系統(tǒng)運(yùn)行”、“系統(tǒng)掛起”、“系統(tǒng)急停”和“系統(tǒng)恢復(fù)”。當(dāng)在“系統(tǒng)設(shè)置”中選定了上線的RGV后，則在此界面進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)首次運(yùn)行時，需要使用“初始化”進(jìn)行RGV的初始化和地址排序的分配。系統(tǒng)初始化后就可以點(diǎn)擊“系統(tǒng)運(yùn)行”使系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)需要停止運(yùn)行的時候，請點(diǎn)擊“系統(tǒng)掛起”。當(dāng)系統(tǒng)有緊急情況需要急停的時候，請點(diǎn)擊“系統(tǒng)急停”，系統(tǒng)急停狀態(tài)下恢復(fù)正常運(yùn)行時，點(diǎn)擊“系統(tǒng)恢復(fù)”。

（4）RGV狀態(tài)

該界面顯示RGV當(dāng)前地址、目標(biāo)地址、當(dāng)前夾具的翻轉(zhuǎn)角度、執(zhí)行狀態(tài)、完成狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。如圖7所示：

通過以上電氣控制系統(tǒng)和地面控制臺的管理，已經(jīng)把RGV整套的通訊管理、運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行狀態(tài)顯示都實(shí)時地通過顯示屏幕呈現(xiàn)出來。方便了操作者了解RGV的運(yùn)行狀態(tài)和任務(wù)分配，也方便知道RGV運(yùn)行錯誤的原因，使操作者可以在第一時間處理問題，這樣操作系統(tǒng)才能更加人性化與智能化。

4 RGV軌道及相關(guān)部件

（1）此裝配系統(tǒng)中的RGV軌道和常規(guī)的RGV地面上的軌道有很大的不同，常規(guī)的地面軌道采用的是地面上安裝工字鋼，并在工字鋼的側(cè)面安裝供電系統(tǒng)的滑觸線接頭，使其與車體的供電系統(tǒng)相連接。由于地面上安裝型鋼，導(dǎo)致了工人很大的操作不方便和不安全性，而新系統(tǒng)中的RGV軌道采用地下安裝鋼結(jié)構(gòu)，并在地面下安裝供電系統(tǒng)通過供電小車中的滑觸線接頭來實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)。這樣的軌道設(shè)計(jì)即保證了整條環(huán)線的平坦性，方便人員和物流小車的穿插出入，又能保證人員在環(huán)線中穿梭的安全性，非常方便。如圖8所示：

本導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)主要有以下內(nèi)容：首先在地面上先開出地基槽，然后用螺母調(diào)整安裝機(jī)架，使其高度和地平面持平。采用供電滑動小車的形式來從滑觸線中進(jìn)行取電并采集相關(guān)地址進(jìn)行反饋。最后在鋼結(jié)構(gòu)及取電系統(tǒng)的上部全部鋪設(shè)了鋼板，如圖9所示，可以清晰地看出地基上蓋板和環(huán)線外側(cè)的地面是一致的，這樣可以很方便操作工人的運(yùn)行和物料的傳送，同時又可以避免RGV驅(qū)動車輪在行駛過程中對地面造成的磨損。

在為寶雞法士特齒輪廠提供的RGV系統(tǒng)中，RGV車輛為18臺，根據(jù)裝配工藝的安排和車體的導(dǎo)向輪與地基相連接的取電小車相對位置，并通過幾何計(jì)算和車體本身的朝向得出RGV車體的導(dǎo)向溝槽長度、弧度和具體的布置位置。如圖10所示。

在軌道設(shè)計(jì)中增添了許多軌道維修口，并在地基的最下面帶有排水口，這樣可以方便RGV的檢修及供電小車的維護(hù)，具體樣式如圖11所示。

（2）供電小車的主要結(jié)構(gòu)（如圖12所示）。從圖12中可以看出取電小車采用滾動軸承進(jìn)行導(dǎo)向，通過重載連接器來為RGV車體進(jìn)行供電，并通過認(rèn)址傳感器來識別相關(guān)地址，并且供電小車與每個RGV車體通過銷槽快插的形式進(jìn)行連接，可以方便地把RGV車體從環(huán)線的任意位置于RGV車體脫離，并在RGV車體出現(xiàn)故障時可以快速的脫離環(huán)線進(jìn)行維修，并可將RGV快速的安裝到環(huán)線中。這是不同于傳統(tǒng)的RGV需要先拆掉滑觸接頭才能使RGV車體同軌道進(jìn)行分離。

通過以上的說明可以看出，軌道設(shè)計(jì)完全出于人性化方面考慮，既方便了RGV車體在運(yùn)行過程中的維修，又減少了傳統(tǒng)RGV對地面的磨損。非常美觀和安全。

5 RGV車載夾具說明

為寶雞法士特齒輪廠設(shè)計(jì)的車載夾具分別適應(yīng)了13種不同的變速箱和離合器殼體的夾具集成。如圖13所示。采用通過人工按鈕操作控制電機(jī)來調(diào)整減速機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度，使夾具整體處于每個箱型裝配的最佳位置。在設(shè)計(jì)夾具的過程中，充分考慮了人體工程學(xué)在夾具的高度和旋轉(zhuǎn)角度上都非常適合工人進(jìn)行操作，使工人在操作時簡潔方便。由于裝配工藝中提出在上線的RGV中可能摻雜不同類型的變速箱和離合器殼體，所以整套夾具具有快換功能。并且為了防止工人在裝卡夾具時出現(xiàn)馬虎和不認(rèn)真情況，容易造成工件的掉落，本文采用夾具糾錯設(shè)計(jì)，如果工人把工件沒有牢實(shí)的固定在夾具上，夾具下面與工件相連的大螺栓在擰緊的過程中會非常吃力，如遇到這種情況，工人可重新吊裝工件并且牢固的把工件放在夾具中。

6 結(jié)束語

伴隨我國物流系統(tǒng)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展，同時各種控制技術(shù)日益成熟，對RGV在裝配廠和物流系統(tǒng)中的應(yīng)用也提出了更高要求。通過以上供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和通訊、軌道設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用，使得RGV在生產(chǎn)和生活中得到了更加安全方便、更加人性化的發(fā)揮。上述RGV系統(tǒng)和車載夾具已經(jīng)在陜西寶雞法士特齒輪廠應(yīng)用了3年多時間，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，并得到了客戶的好評。