AGV自動導引小車全向防撞裝置設計與研究

張 穎

(長春光華學院機械工程學院，吉林 長春 130033)

1 研究背景

Automated Guided Vehicle，簡稱AGV，通常也稱為AGV小車，指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛的搭載車，一般以可充電的蓄電池為動力來源，廣泛應用于工業運輸、信息采集以及機械自動化等領域。

AGV小車一般都裝載有防撞結構，對AGV小車本體起到保護作用，避免其在行進過程中發生碰撞造成損壞。目前應用在AGV小車上的防撞形式一般分為電子式和機械式2種，電子式防撞一般采用感應系統，由很多的傳感器組成，缺點是受環境限制明顯，而且受到振動比較容易出現問題；機械式防撞是在AGV小車本體上安裝具有緩沖耗能特性的組件，通過機械減振的手段對AGV小車本體進行防撞保護。

相比于電子式防撞，機械式防撞因為穩定性強、更加可靠、成本低廉而得到更為廣泛地應用。但目前AGV小車的機械式防撞也存在較為明顯的弊端，由于耗能所需的彈簧等彈性構件在受力較小時緩沖作用明顯，但當受力較大時其反作用力也比較大，會將AGV小車彈開，容易受到二次碰撞，失去其防撞保護的有效作用。因此，現有AGV小車的機械式防撞結構仍需要進行優化改進，以解決在碰撞受力較大時的反作用力彈開問題。

2 AGV小車防撞結構總體設計方案

AGV小車本體底面呈矩形，安裝有4個行走輪，所述防撞結構還包括防護邊框、2個內置板、4個導引支架、4個抱死夾爪、4個底面安裝片、4個彈簧、4個定位連桿以及4個側面安裝片。防護邊框為矩形框并水平環繞設置在AGV小車本體底部，防護邊框前后兩端內側分別一體設置有腔室，2個腔室相對一側表面分別左右對稱開設有2個穿孔，2個內置板分別間隔設置于2個腔室內中間位置，每個內置板固定有兩根導桿，且2根導桿分別滑動伸出對應腔室的所述2個穿孔，每個穿孔固定有與導桿配合的密封圈，2個腔室內還分別充填有非牛頓流體，每根導桿外端固定有導引支架，4個導引支架均為連接點固定的V形結構，所述4個抱死夾爪均為連接點鉸接的V形結構，抱死夾爪間隔設置在導引支架的開口前方，且抱死夾爪的開口夾角大于導引支架的開口夾角，每個抱死夾爪的開口兩側內部分別固定有防滑觸點，且4個防滑觸點間隔位于對應的所述行走輪兩側，每個抱死夾爪鉸接點上方通過立軸水平固定有底面安裝片，4個底面安裝片分別一體設置有支臂并向下伸入對應的導引支架與抱死夾爪中間，每個支臂與對應的導引支架連接點通過彈簧連接固定，防護邊框左右兩側分別沿前后方向設置有滑槽，每條所述滑槽內滑動插裝有2個定位連桿，4個定位連桿內側端分別豎直固定有側面安裝片，4個側面安裝片與4個底面安裝片分別通過螺釘與AGV小車本體對應位置進行固定。總體方案設計圖如圖1所示。

注：1.防護邊框1-1.滑槽1-2.腔室2-1.導桿3.支架4.夾爪6.安裝片7.彈簧8.連桿9.壓簧10.側面安裝片12.輪子

3 防護邊框定位結構設計

防護邊框左右兩側分別沿前后方向設置有滑槽，每條滑槽內滑動插裝有2個定位連桿，4個定位連桿內側分別豎直固定有側面安裝片，4個側面安裝片通過螺釘與AGV小車本體相應位置連接。局部示意圖如圖2。

1.防護邊框1-1.滑槽B-1.導桿B-2.帽頭B-3.盲孔B-4.拉簧9.壓簧10.安裝片11.螺釘

定位連桿包括連接桿及帽頭，連接桿滑動插裝在對應的滑槽內，連接桿外側端制有盲孔，盲孔的內底面與帽頭之間通過拉簧連接固定，帽頭卡設在滑槽外側，連接桿內側端豎直固定有側面安裝片，連接桿側壁位于側面安裝片與滑槽之間套裝有壓簧。此結構的設計是當小車左右兩側碰撞時，對小車起到保護作用。

4 行走輪緩沖結構設計

防護邊框為矩形框并水平環繞設置在AGV小車本體底部，防護邊框前后兩端內側分別一體設置有腔室，2個腔室相對一側表面分別左右對稱開設有2個穿孔，2個內置板分別間隔設置于2個腔室內中間位置，每個內置板固定有2根導桿，2根導桿分別滑動伸出對應腔室的所述2個穿孔，2個內置板表面分別開設有多個流體通孔，通孔的孔徑為1～3cm。2個腔室內還分別充填有非牛頓流體。每根導桿外端固定有導引支架，4個導引支架均為連接點固定的V形結構，4個抱死夾爪均為連接點鉸接的V形結構，抱死夾爪間隔設置在導引支架的開口前方，且抱死夾爪的開口夾角大于導引支架的開口夾角，每個抱死夾爪的開口兩側內部分別固定有防滑觸點，且4個防滑觸點間隔位于對應的行走輪兩側。結構示意圖如圖3、圖4。

1-2.腔體2.內置板2-1.導桿2-2.通孔3.導引支架

防護邊框水平環繞設置在AGV小車本體底部，其下表面應高于4個行走輪底部，4個底面安裝片通過螺釘與AGV小車本體底面固定，對4個抱死夾爪進行定位，4個抱死夾爪分別與4個行走輪對應，4個側面安裝片通過螺釘與AGV小車本體兩側固定，對防護邊框進行定位。4個腔室分別位于AGV小車本體更容易受到碰撞的首尾兩端，腔室內設置內置板并充填有非牛頓流體，當防護邊框前端或后端碰撞受力較小時，4個彈簧中鄰近受力端的2個彈簧受壓而遠離受力端的2個彈簧受拉，通過彈性形變對撞擊力進行削弱緩沖，而且防護邊框向受力方向產生一定位移，內置板在對應的彈簧彈性支撐下阻止位移趨勢，使內置板與腔室發生相對位移，內置板表面開設有多個流體通孔，非牛頓流體在穿過流體通孔時的阻尼作用也可以對撞擊力起到削弱緩沖，當防護邊框前端或后端碰撞受力較大時，受力端腔室內的非牛頓流體迅速固化變硬，內置板與腔室不再發生相對位移，而是內置板與防護邊框一同向受力方向產生一定位移，從而通過2根導桿推動對應的2個導引支架，導引支架的開口夾角小于抱死夾爪的開口夾角，導引支架產生位移支撐抱死夾爪兩側使其開口收縮減小，從而使抱死夾爪的兩個防滑觸點與對應的行走輪接觸，對行走輪抱死阻止其繼續移動。定位連桿與壓簧配合能夠對防護邊框左右兩側的剮蹭起到一定減振作用，鄰近受力側的兩個壓簧受壓而遠離受力側的兩個壓簧受拉，定位連桿的連接桿制有盲孔并與帽頭通過拉簧連接固定，使帽頭在受力時能夠與連接桿進行一定脫離，從而允許防護邊框左右兩側受到剮蹭產生的側向位移。

3.導引支架4.夾爪4-1.防滑觸點5.立軸6.安裝片6-1.支臂7.彈簧11.螺釘

5 結語

與現有技術相比，本設計的有益效果是通過非牛頓流體的特性實現兩種形式的防撞保護作用，當防護邊框碰撞受力較小時可通過彈性構件以及流體阻尼對撞擊力進行削弱，當防護邊框碰撞受力較大時非牛頓流體迅速固化變硬，使受力方向的導引支架產生位移，并通過抱死夾爪將行走輪抱緊阻止其繼續移動，避免彈性構件的反作用力彈開問題，結構合理高效，對AGV小車本體起到更加全面地保護，具有良好的應用價值和實際意義。