一種應用微輸送單元的柔性傳送系統

尹力涵 武新濤 張磊 劉暢 徐兵

摘 要：為解決傳統輸送帶無法靈活多變和新型AGV小車無法連續長久的輸送問題，本文在傳統輸送帶和AGV小車原型的基礎上，設計了一種結合傳統的可伸長輸送帶和AGV小車的新型輸送小車，并以此為基礎設計了一套柔性傳送系統。該傳送系統更具靈活性，適用于現場條件復雜的環境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性，使工廠等場所的物料運輸更加便利。

關鍵詞：可伸長傳送帶;AGV小車;柔性;微輸送單元;傳送系統

中圖分類號：TH165 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1003-5168（2022）7-0037-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.008

Abstract： In order to solve the traditional conveyer belt can't flexible and new type of AGV car can't continuous long transportation problem， in this paper， on the basis of the traditional belt and AGV car prototype， we design a combined with the traditional can elongate conveyor belt and AGV car of new car， and on this basis， design a set of flexible transmission system. The transmission system is more flexible， suitable for complex site conditions， can greatly reduce labor costs， improve transmission efficiency， and ensure the continuity of material transport， so that factories and other places of material transport more convenient.

Keywords： extendable conveyor belt; AGV car; flexible; micro conveying unit; transmission system

0 引言

物料的裝卸搬運是物流過程中發生頻率高、耗時長、費用高的作業活動[1]。物料輸送技術是物流技術與裝備中的重要組成部分[2]。傳送帶廣泛應用于運輸、電力、冶金、建材等行業，是工業生產中常見的控制設備之一[3]。帶式輸送線具有運輸量大、運輸距離遠、效率高等特點，被廣泛地應用于運輸生產中[4]。傳統方式主要通過人力與軌道鋪設的方式對物料進行輸送，但工業現場環境復雜、障礙區間時變，常常需要重新規劃和調整傳送路徑，人力和軌道鋪設的方式無疑成本較高，效率較低[5]。隨著自動化物流系統、柔性制造系統（FMS）、自動化立體化倉庫等的發展，自動導引車系統（Automated Guided Vehicle System，AGVS）作為物流系統和柔性制造系統中的關鍵子系統，得到越來越多的應用[6]。自動導引車系統AGVS是指由自動導引車AGV和地面導引系統組成的、進行物料搬運作業的光機電信息技術一體化的系統[7]。現有技術中雖然有通過AGV小車進行物料傳輸的方式，但物料輸送缺乏連貫性和整體性。為解決上述問題，設計了一種柔性傳送系統，該系統由數個特殊AGV小車作微輸送單元組成一條柔性線路，從而實現多個微輸送單元的自由拼接，相比于傳統的輸送方式，該產品更具靈活性，適用于現場條件復雜的環境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性。

1 總體結構簡介

本設計中用于柔性傳送系統的微輸送單元主要由小車車體和可伸縮二級傳送帶組成。小車車體包括安裝移動機構的底座、旋轉平臺和控制小車移動和檢測的電控板，小車車體的主要作用是讓小車到達指定位置。可伸縮二級傳送帶包括雙層伸縮裝置、對接機構，其中對接機構又包括可伸縮漏斗和夾緊機構，可伸縮二級傳送帶的主要作用是讓兩個小車直接形成連接從而可以運輸物料和通電。微輸送單元的整體結構如圖1所示。

2 工作原理

柔性傳送系統包括上位機和微輸送單元。上位機用于對環境進行障礙地圖建模，并計算出規避障礙物到達目的地的最短路徑;基于微輸送單元的傳送范圍將最短路徑分解為由多個微輸送單元組成的傳送路徑，控制對應的各微輸送單元移動到指定的位置，并發送指令使各微輸送單元調整姿態和第二傳送帶的伸出長度，將各微輸送單元依次通過對接機構對接。

應用微輸送單元的柔性傳送系統，通過設置底座和旋轉平臺，可以對安裝在旋轉平臺上的雙層伸縮裝置的位置和姿態進行調整。通過將雙層伸縮裝置設置為包括固定的第一傳送帶和可伸縮的第二傳送帶，可以調整整個微輸送單元的傳送范圍。通過設置對接機構，可以通過可伸縮漏斗的伸縮和夾緊機構的夾緊，將相鄰微輸送單元對接，使物料能夠從第一臺微輸送單元的第二傳送帶經漏斗落入另一臺微輸送單元的第一傳送帶上，從而實現多個微輸送單元的自由拼接，進而為實現柔性傳送路徑提供可能性。相比于傳統的輸送方式，本設計更具靈活性，適用于現場條件復雜的環境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性（見圖2）。

3 裝置介紹

3.1 小車部分

小車部分包括底座、旋轉平臺、電控板和移動機構。

3.1.1 底座和旋轉機構。底座底部安裝有帶動其移動的移動機構;旋轉平臺，安裝在底座上，旋轉平臺與底座構成旋轉結構;旋轉平臺包括底板和步進電機，步進電機用于帶動底板旋轉，進而對安裝在旋轉平臺上的雙層伸縮裝置姿態進行調整，如圖3和圖4所示。

3.1.2 移動機構。移動機構采用麥克納姆輪（見圖5），麥克納姆輪結構緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。麥克納姆輪被安裝在底座上，在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當輪子繞著固定的輪心軸轉動時，各個小滾子的包絡線為圓柱面，所以該輪能夠連續地向前滾動。有4個這種新型輪子進行組合，可以更靈活方便地實現全方位移動功能。

3.1.3 電控板和上位機控制的地圖路徑規劃。電控板里面含有控制小車移動和檢測小車位置的電控部分。

采用一種刪除邊的算法來求解k次短路徑問題;實例仿真證明了改進的A*（A-Star）算法的可行性，通過與其他求解k次短路徑問題的算法進行對比，證明刪除邊的算法簡單、可行[8]。

3.2 可伸縮二級傳送帶部分

可伸縮二級傳送帶部分包括雙層伸縮裝置和對接機構，其中對接機構又包括可伸縮漏斗和夾緊機構。

3.2.1 雙層伸縮裝置。雙層伸縮裝置安裝在旋轉平臺上，包括固定的第一傳送帶和可活動的傳送機構。傳送機構包括第二傳送帶和用于控制其伸縮的驅動機構。

驅動機構主要包括驅動電機。驅動電機的輸出軸上連接有絲杠，絲杠上安裝有滑塊組，滑塊組與第二傳送帶連接。驅動電機啟動時，驅動絲杠帶動滑塊組移動，從而帶動第二傳送帶整體移動。當第二傳送帶一側伸出時，與第一傳送帶共同組成一條長度可調節的傳送平臺（見圖6）。

3.2.2 對接機構。對接機構包括可伸縮漏斗和夾緊機構。可伸縮漏斗安裝在第二傳送帶的伸出側，并隨第二傳送帶移動;可伸縮漏斗包括上層漏斗與下層漏斗，上層漏斗與下層漏斗之間通過伸長機構連接。夾緊機構安裝在第一傳送帶上方遠離可伸縮漏斗的一側，用于夾緊相鄰微輸送單元中的可伸縮漏斗;夾緊機構包括兩個電動伸縮桿和分別與其連接的兩個夾緊部，兩個電動伸縮桿用于帶動兩個夾緊部對向移動，對下層漏斗進行夾緊;當兩個夾緊部對向移動時，其間的距離縮短，從而夾緊下層漏斗。

下層漏斗上安裝有導電金屬片，夾緊部上設置有與導電金屬片匹配的導電接頭，導電接頭與導電金屬片接觸時，形成電線通路。當可伸縮漏斗設置為圓形時，導電金屬片設置為兩個半圓形金屬片，導電接頭可設置為與其貼合接觸的金屬片。

4 結語

筆者設計的應用微輸送單元的柔性傳送系統通過將相鄰微輸送單元對接，使物料能夠從第一臺微輸送單元的第二傳送帶經漏斗落入另一臺微輸送單元的第一傳送帶上，從而實現多個微輸送單元的自由拼接。相比于傳統的輸送方式，本設計更具靈活性，適用于現場條件復雜的環境，可大大降低人工成本，提高傳送效率，并保證物料輸送的連貫性[9]。調試表明，該系統能夠滿足搬運物料的設計目的，對提高生產效率具有較高的應用價值[10]。實際應用表明其工作穩定可靠、性能價格比較高。

參考文獻：

[1] 徐歡，劉俏，車菲，等.搬運型AGV在物料輸送系統中的應用[J].物流科技，2013，36（6）：80-82.

[2] 張小剛.物料輸送技術與設備[J].黑龍江冶金，2013，33（2）：33-34.

[3] 李英輝，曲昀卿，崔成，等.傳送帶PLC控制系統設計[J].制造業自動化，2013，35（7）：128-129，143.

[4] 歸超.基于帶式輸送機的物料輸送線研究與開發[D].石家莊：河北科技大學，2016.

[5] 馬麗萍，孫義學.PLC在物料輸送系統中的應用[J].陜西科技大學學報（自然科學版），2010，28（2）：158-160.

[6] 孫奇.AGV系統路徑規劃技術研究[D].杭州：浙江大學，2012.

[7] 張正義.AGV技術發展綜述[J].物流技術與應用，2005（7）：67-73.

[8] 李偉光，蘇霞.基于改進A*算法的AGV路徑規劃[J].現代制造工程，2015（10）：33-36.

[9] 王欣.搬運機器人在鉆桿生產線物料輸送系統中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2014（3）：82-84.

[10] 駱經備.基于PLC與步進電機的自動彎管機設計[J].機電工程，2006（8）：39-41.