FD600V2旋轉舉升AGV本體機械結構設計與實現

汪明川

上海發網云物流科技有限公司 上海 200431

引言

自動引導車(AGV)是依據控制系統的指令，在預先設計好的程序控制下，通過車載傳感器定位，沿著規定的行駛路線和停靠位置自動行駛，完成物料搬運等功能一種現代化智能設備[1]。電子商務、網絡購物等新型服務業態的迅猛發展，促進了電商AGV市場的發展。為了保證倉庫庫容率與倉庫運作效率，倉儲AGV貨架高、負載重、運行速度快，這對AGV的結構穩定性要求較高，因此市面上大部分倉儲AGV結構較為復雜，生產制作成本較高，影響了AGV的推廣與使用。

1 設計目的

為了實現倉庫內貨物搬運，改善人力搬運貨物的重勞動作業，降低供應鏈成本。簡化倉庫作業人員的工作，使其能更快、更好地完成倉庫生產作業任務。需要設計一種新的倉儲AGV舉升和懸掛結構，結構穩定性好、生產成本低、互換性好，適應大批量化生產和市場推廣。

2 技術參數指標

FD600旋轉舉升AGV背負貨架高度為2m，層數為5層。載重為600kg，AGV長寬高是920×7600×270mm，自重200kg，自旋半徑925mm，最小巷道要求1100mm，空載速度使2m/s，滿載速度是1.5m/s，定位精度±10mm，停止精度±5mm，停止角精度±1°，導航方式是二維碼慣性導航[2]。

3 整體結構及工作原理

3.1 整體結構分析

見圖1、圖2，FD600旋轉舉升AGV主要由①AGV底盤，②驅動懸掛部分，③舉升結構，④旋轉部分，⑤外殼總成，⑥萬向輪，⑦電池組件，⑧激光避障傳感器，⑨下掃碼攝像頭組件，⑩上掃碼頭組件，?嵌入式控制系統，?電氣系統等組成。

圖1 整車結構

圖2 底部結構

3.2 工作原理

FD600旋轉舉升AGV主要應用于倉儲內高位貨架的搬運。倉儲訂單管理系統OMS推出波次訂單給倉儲管理系統WMS，WMS讀取每個訂單的商品信息，獲取商品所在位置，分解成具體搬運任務下發給AGV調度系統RCS。RCS 能根據物料搬運任務請求，自主規劃路徑，分配調度AGV執行任務，通過無線模塊與嵌入式控制系統通信。嵌入式控制系統接收到RCS分配搬運任務后，控制驅動器驅動電機減速機等執行元器件完成搬運動作。

AGV可實現行走、舉升及旋轉三個動作。AGV輪系部分采用兩驅動輪、四萬向輪結構，驅動輪部分設置有懸掛機構。舉升部分采用舉升電機減速機驅動鏈輪鏈條，帶動三滾珠絲桿實現同步舉升。旋轉部分安裝在舉升機構頂板上，采用回轉支撐軸承實現轉向[3]。

4 重點模塊設計實現

4.1 輪系布置及驅動懸掛結構設計

FD600旋轉舉升AGV是兩輪差速控制二維碼慣性導航AGV，當左右輪子出現速度差值時產生自身旋轉角度。二維碼慣性導航AGV做車體的運動控制時，AGV通過掃碼攝像頭讀取地面二維碼的X坐標，Y坐標及角度值，與預定行駛路線做對比，然后由這些反饋過來的差值做補償，實時調整控制兩驅動輪的運轉速度做差速控制，保證AGV的行駛精度。AGV掃碼頭安裝位置及角度精度、掃碼頭與兩驅動輪之間的相對位置，對AGV的行駛精度影響較大。設計時需保證掃碼頭與兩驅動輪之間水平方向的相對位置度，驅動輪與地面的正壓力。

FD600V2旋轉舉升AGV輪系布置采用六輪結構，兩驅動輪布置在車架中間左右兩側，驅動輪組件上設置有彈簧懸掛結構、四萬向輪固定在AGV車架方式。此結構行走及轉向過程中穩定性好，更適用于600kg級別、貨架高度為2m的電商AGV。

驅動懸掛部分，包含電機減速機組件，行走支架焊件，直線軸承，直線導軌，行走減速機護套，驅動輪，行走減速機蓋板，行走支架封板，矩形彈簧，彈力調節螺母，行走支架封板安裝螺栓，電機減速機安裝螺栓，直線軸承安裝螺栓，驅動輪安裝螺栓，行走減速機蓋板安裝螺栓。①電機減速機、驅動輪等通過直線軸承可在直線導軌導向作用下上下浮動，可減少驅動輪浮動對運動控制精度產生不利影響。②矩形彈簧套在直線導軌上，通過彈力調節螺母調節矩形彈簧壓縮量可預設驅動輪正壓力，保證整車的牽引力穩定性，適應不同負載搬運。③減速機軸上套有行走減速機護套，減速機護套對電機減速機有保護作用，使驅動結構能適應反復啟動、急停等惡劣工況。④兩彈簧連線中心與驅動輪中心重合，保證驅動輪傳遞來的力與彈簧之間不產生扭矩，結構受力狀態良好。

4.2 舉升結構設計

FD600旋轉舉升AGV旋轉舉升傳動原理：舉升電機減速機通過鏈輪帶動三滾珠絲桿轉動，實現同步舉升頂板功能。其中兩鏈輪張緊裝置將鏈條張緊，鏈條同步給三絲桿扭矩。旋轉電機減速機與回轉支承通過齒輪嚙合，配合兩差速輪可實現頂升圓盤與背負貨架相對靜止情況下AGV轉向功能。頂升頂板上裝配有旋轉開關，頂升圓盤每隔90°設置有一個旋轉開關檢測板，AGV每轉90度，旋轉開關就會給PCB板一個位置信號。頂升圓盤上設置有凸臺，背負的貨架底部橫梁可沿著凸臺滑下去與頂升圓盤接觸良好；上掃描圖組件能識別貨架上二維碼的位置及ID信息，通過差速控制兩驅動力使頂升圓盤對準貨架，保證頂升精度；頂升圓盤上裝配有強磁鐵，可保證頂升圓盤與貨架間接觸良好，在運行過程中貨架晃動小。

4.3 車架結構及外觀設計

FD600旋轉舉升AGV外殼總成包含前外殼，中間外殼，后外殼。前外殼上裝配有激光避障傳感器、燈帶、急停開關等；后外殼上裝配有燈帶、急停開關等。前外殼、后外殼由鈑金加工而成，通過螺栓固定在AGV底盤上。中間外殼是塑料件，連接在前外殼、后外殼上。整個AGV前外殼與后外殼形成一個橢圓柱形，采用流線型設計；前外殼仿人形設計。

5 運行調試

FD600V2旋轉舉升AGV主要進行了安全性測試、可靠性測試、功能測試等幾項測試。安全性測試指的是指失效模式下AGV的安全性能，AGV是否能有效停止工作。可靠性測試指的是AGV連續運行8小時，是否會發生故障。功能測試指的是自動避障、自動充電、舉升功能、原地旋轉、狀態指示等功能測試。性能測試指的是定位精度&重復定位精度。

表1 設備性能綜合測試表

6 結束語

FD600V2旋轉舉升AGV的項目采用鏈輪鏈條傳動、三滾珠絲桿舉升方式。通過鏈輪鏈條傳遞力矩到滾珠三絲桿上，三滾珠絲桿同步舉升頂板。整個舉升結構由3個鏈輪、鏈條、兩個張緊裝置、三絲桿和頂板組成。與市面上同類型產品相比，此舉升結果比較簡潔，成本低、穩定性好，占用空間小，AGV整車高度較低，電氣元器件布置及走線更加容易和規范。與國內同類型產品比較，懸掛部分采用導桿直線軸承導向結構，驅動輪只能豎直方向上下浮動，減少了驅動輪浮動位置變化對運動控制精度產生的擾動，提高了AGV運行精度