全向移動智能起吊轉運車的研制

田大肥，王 哲

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司北京研發中心，北京 100013）

0 引言

刮板機的總裝調試是其生產過程的重要環節，當前的工作方式是由天車或叉車將待組裝的零部件吊運到場地內，然后由天車將各種零部件分散吊運到位。其中齒軌、電纜槽這類的部件的特點是：（1）重量較大，由人工操作非常困難；（2）重量與天車的載荷有較大差距；（3）數量較多。這就使得組裝齒軌、電纜槽的過程中，需要操作人員與天車司機緊密配合，完成定位，效率非常受限。而天車的數量就成為制約總裝節奏進一步提高的瓶頸環節。另一方面，天車的載荷很大，將其頻繁用于100 kg左右零部件的吊運，無法發揮天車的工作能力，浪費了寶貴的資源。定位安裝需要人工輔助操作，存在著作業效率低、工人勞動強度大、定位精度差、危險性高等諸多缺點。現場工人由于長期繁重體力勞動，大多存在勞動損傷，對降低勞動強度有強烈的訴求。

1 約束條件

（1）工作載荷

該轉運車的主要工作對象是齒軌，齒軌的規格型號很多，質量最大的約180 kg。

（2） 活動空間

現場情況如圖1所示，左側有一套大型刮板機，右側并列有3套刮板機正在組裝，中間通道的寬度大約5 m。右側并列的3套刮板機，相鄰兩排之間的過道寬度應約為0.8 m，以便于工人行走或放置工具。刮板機與廠房墻壁之間的距離約為2 m。這就要求轉運車的底盤在滿足功能性要求的前提下盡量緊湊，以便能夠在狹小空間內自由活動[1]。

圖1 現場布置情況示意圖

（3）工作半徑

用戶要求轉運車的工作半徑至少能夠覆蓋左側這類大型刮板機。當前最大的刮板機槽寬約為1.4 m，考慮鏟板的寬度以及預留的間隙，則轉運車的工作半徑應達到大約2 m。

（4） 工作行程

在高度方向上，2 m的行程便能夠滿足日常使用。同時由于天車要在工作場地的上方往復運動，所以轉運車在滿足高度方形行程要求的前提下，自身的高度應當盡量小，以免干擾天車的正常使用。

（5） 供電方式

由于每次刮板機在組裝時所占用的位置并不固定，而且現場空間緊張，所以轉運車不能采用軌道，也不能采用拖曳電纜供電，而應該采用自帶動力。

（6） 環境因素

根據氣象記錄，當地一月份平均氣溫為-9.3～-6.5℃，冬季最低氣溫能達到-20℃，日平均氣溫穩定在0℃以上日數在250天左右。而且工作場地處于室外，很多精密儀器設備在這種環境下無法正常工作，在設計時必須重點考慮。應選用能夠在冬季低溫環境下正常使用的設備，或者是為設備附加保溫措施[2-3]。

2 解決思路

解決思路是將助力機械臂一類的機構集成到運動底盤上，在將要安裝齒軌的位置停穩，由人工操作助力機械臂抓取齒軌完成安裝定位。助力機械臂可以選取適當的載荷，保證性能得到充分發揮，既可以提高效率，又可以降低工人的勞動強度。

現有產品是將助力吊集成到手推平板車上，可以滿足設備在工作場地內靈活運動的要求。但是由于手推車自重較小，為了保證吊裝過程中不發生側翻，需要在四面展開支撐桿，待吊裝作業結束，需要移動位置時，再將支撐桿收起。在齒軌裝配過程中，需要頻繁轉移位置，如果采用此種方案，就需要頻繁地展開與收起支撐桿，效率低下。而且助力吊在工作過程中需要拖曳電纜實現供電，設備整體無法適應冬季室外的工作環境，無法滿足要求。

針對現有產品存在的不足，提出相應的改進方案。

（1）以地平車為底盤，尺寸限制在大約2 m 2 m范圍內，采用四輪驅動，能夠完成原地轉向，能夠在有限的場地內自由活動。采用自帶電池提供動力，避免拖帶電纜。裝載齒軌沿刮板機運動，過程中操作助力機械臂完成齒軌的定位安裝，依靠搭載的齒軌重量與地平車自重保持平衡，避免傾覆，最大程度提高工作效率。

（2）助力機構采用智能平衡器，具有操作簡單易學、省力、高效的特點。

（3） 在滿足功能要求的前提下，采用簡單可靠的智能平衡器，使其在任何季節、任何溫度環境下都能正常使用，以適應冬季低溫環境。

3 方案設計

按照上述思路，設計得到一種自帶動力的全向移動智能起吊轉運車，如圖2所示，該轉運車包括車體、控制箱、運動輪、智能平衡器、吊車立柱、折臂的主臂、折臂的副臂，以及車體內部的電池。其中智能平衡器固定到折臂的主臂的尾部，智能平衡器的掛鉤懸掛在折臂的副臂的末端，通過鋼絲繩連接智能平衡器，可在垂直方向自由活動。其中吊車立柱固定在底盤車體上，自身不需要動力，并且偏置于車體的一側，以擴大吊車折臂伸出車體外的范圍，擴大工作范圍。智能平衡器可以檢測力的變化，提供助力操作，所需動力由車體內的蓄電池提供。

圖2 設計方案示意圖

轉運車底盤可以自由移動，適應不同的工作位置，底盤內自帶蓄電池，可以為助力機械手提供動力，不需要拖帶電纜或是供氣管線，助力機械手提供助力，降低工人勞動強度，提高工作效率[4]。在吊裝零部件的過程中，運動輪鎖死，底盤依靠自身重量抵抗傾覆力矩，不需要展開支撐點，克服了現有移動式助力機械手的缺點。同時自身具有造價低、操作簡便的特點，可有效彌補現有天車在數量和性能上的不足。

4 工作方式

該轉運車的工作流程大致如下所述。

（1）工人通過遙控器操作底盤運動，待到達合適的位置后停止運動，并鎖止運動輪。

（2）工人拖動智能平衡器的掛鉤，掛鉤帶動折臂的主臂和副臂繞吊車立柱轉動。待掛鉤到達待吊裝的工件上方時，由工人手工操作停止運動，將掛鉤下壓并勾住待吊裝的工件。

（3）待掛鉤與工件固定牢靠之后，手動操作抬起掛鉤，智能平衡器將在此過程中提供助力，工人只需要提供輕微的外力就能操作工件沿垂直方向運動。

（4）待工件到達合適的高度后，在水平方向拖動掛鉤或工件，使其在水平方向自由活動。將其拖至工件將要安裝的位置，調整好角度。將工件或掛鉤向下壓，使其安裝就位。然后就可以將工件從掛鉤上解脫。

整個操作過程方便快捷，省時省力，極大地提高了齒軌裝配的工作效率[5]。

5 結束語

該轉運車在總裝投入使用以來，表現出了操作靈活、易于學習、省力、高效的特點，提高了安裝精度和工作效率，提升了總裝工藝水平和質量水平，降低了工人勞動強度。對于提高總裝過程的自動化、智能化水平，保障安全生產、高效生產起到了積極的促進作用。