1.5t叉車AGV改造設(shè)計(jì)

摘要：介紹了將一臺(tái)普通手動(dòng)叉車改造成叉車AGV的基本過(guò)程：選擇工況合適的叉車，并在原有叉車的基礎(chǔ)上加裝導(dǎo)航激光、位移傳感器、叉尖光電傳感器和控制柜等，根據(jù)需求對(duì)原廠的配置做出調(diào)整，對(duì)傳感器位置和傳感器電線的安裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以縮短調(diào)試人員調(diào)試時(shí)間，使人員使用體驗(yàn)感更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：叉車；AGV；檢測(cè)托盤傾斜；激光導(dǎo)航；全方向可調(diào)平支架

中圖分類號(hào)：TH22? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）11-0036-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.009

0? ? 引言

工業(yè)4.0時(shí)代，是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，即智能化時(shí)代。在技術(shù)大爆發(fā)的背景下，人類的步伐越來(lái)越快，工作模式從一人一崗轉(zhuǎn)變成一人照看多崗，崗位工作由智能設(shè)備代替人工完成。從前重復(fù)勞動(dòng)的工作，現(xiàn)在只需要為此崗位設(shè)置智能設(shè)備，既高效又能保證無(wú)差錯(cuò)，避免人類在重復(fù)勞動(dòng)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，還能代替人類進(jìn)行高危工況下的工作[1]。

叉車作為物流行業(yè)的重要裝備，具備適應(yīng)范圍廣泛、操作搬運(yùn)靈活、技術(shù)含量高等特點(diǎn)，因而受到國(guó)內(nèi)外各行業(yè)的青睞。叉車屬具（Forklift Truck Attachment）通過(guò)夾緊、旋轉(zhuǎn)、側(cè)移、推拉、傾翻等液壓動(dòng)作，充分實(shí)現(xiàn)叉車一機(jī)多用的功能，進(jìn)一步拓展了叉車適應(yīng)多種工況的需求[2]。

設(shè)計(jì)此叉車AGV的目的是提供一種成本低廉、控制穩(wěn)定可靠靈活、末端搬運(yùn)定位精度要求高、對(duì)路徑變換與使用場(chǎng)景變換有一定要求的混合激光導(dǎo)航叉車式AGV[3]。

1.5 t叉車AGV是進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研后了解到的市場(chǎng)上需求量極大的產(chǎn)品之一。為了應(yīng)對(duì)有高貨架運(yùn)輸貨物要求的工況，有必要研發(fā)一臺(tái)自動(dòng)運(yùn)輸?shù)牟孳嘇GV，實(shí)現(xiàn)呼叫叉車AGV到貨物送達(dá)目的地的無(wú)人運(yùn)輸過(guò)程。1.5 t載荷能滿足大部分工廠、倉(cāng)庫(kù)的載重量需求；舉升提升高度在3 m以內(nèi)，也滿足大部分的使用需求。

首要，需挑選一臺(tái)合適的叉車進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，在原叉車的配置基礎(chǔ)上，改進(jìn)電控系統(tǒng)，增加導(dǎo)航激光、高度傳感器、左右避障激光、安全觸邊、叉尖光電傳感器，采用PLC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，驗(yàn)證有返激光導(dǎo)航控制的可靠性。叉車效果圖如圖1所示。

1? ? 挑選符合要求的叉車

1.1? ? 工況條件

（1）載荷要求：1.5 t。

（2）爬坡要求：8%。

（3）空載速度：0.75 m/s；滿載速度：0.5 m/s。

1.2? ? 叉車動(dòng)力計(jì)算和電機(jī)匹配

叉車自動(dòng)導(dǎo)航與人駕駛會(huì)有所不同，人在駕駛時(shí)，憑借自身感受判斷貨物運(yùn)輸?shù)目尚行?，而叉車AGV必須要有數(shù)據(jù)來(lái)嚴(yán)格規(guī)范運(yùn)輸時(shí)的載重與速度，所以必須進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算的匹配。

根據(jù)載重要求與叉車自重等，可進(jìn)行以下叉車AGV總牽引力F總的估算：

F總=F1+F2+F3（1）

F總=μm總g+m總gsin σ+m總a（2）

式中：F1為滾動(dòng)摩擦力；F2為上坡牽引力；F3為啟動(dòng)牽引力；μ為輪子與地面的摩擦系數(shù)，根據(jù)地面與輪子的材質(zhì)，取0.03；m總為載荷要求與叉車自重的總和，1 500+1 000=2 500 kg；g為重力加速度，取9.8 N/kg；σ為爬坡角度，已知8%，換算角度取整5°；a為啟動(dòng)加速度，取0.1 m/s2。

計(jì)算結(jié)果取整，F(xiàn)總=3 120 N。

根據(jù)叉車AGV總牽引力，可進(jìn)行以下叉車AGV電機(jī)功率Pd的估算：

式中：v為叉車AGV滿載時(shí)速度，取0.5 m/s；ηw為工況效率，取0.8。

計(jì)算結(jié)果Pd=1.95 kW。

叉車詳細(xì)技術(shù)參數(shù)中會(huì)標(biāo)注動(dòng)力電機(jī)的功率，根據(jù)上述計(jì)算值來(lái)匹配電機(jī)功率即可。

1.3? ? 對(duì)普通手動(dòng)叉車進(jìn)行出場(chǎng)改制

（1）模式切換：有兩種操作模式，即手動(dòng)操作模式與自動(dòng)操作模式。外部通過(guò)旋鈕直接接入驅(qū)動(dòng)器輸入點(diǎn)，閉合為自動(dòng)模式，斷開為手動(dòng)模式。

（2）手動(dòng)模式下，使用手柄進(jìn)行操作；自動(dòng)模式下，上位機(jī)通過(guò)CAN通信。

（3）在手動(dòng)與自動(dòng)情況下，舉升上升限位、下降限位、舵輪極限位以及液壓系統(tǒng)的限位均起作用。

（4）舵輪裝有角度傳感器，每次電源重啟后，不需要尋零操作。

2? ? 激光導(dǎo)航全方向調(diào)平支架結(jié)構(gòu)研發(fā)設(shè)計(jì)

2.1? ? 激光導(dǎo)航全方向可調(diào)平支架的要求

由于激光導(dǎo)航只掃射二維平面空間來(lái)完成掃描導(dǎo)航，故導(dǎo)航激光即使平面角度只偏差0.1°都會(huì)造成導(dǎo)航精度的偏差，在叉車AGV自動(dòng)行駛調(diào)試過(guò)程中，需要不斷調(diào)整激光導(dǎo)航的安裝角度，調(diào)整到最適合的角度，以掃射到導(dǎo)航路況周圍一切目標(biāo)物，辨別叉車AGV身處何處，從而達(dá)到導(dǎo)航的目的。普通的安裝板無(wú)法滿足導(dǎo)航激光快速、便捷、小角度的調(diào)節(jié)要求，于是筆者在本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了一種全方向微角度可調(diào)的復(fù)合裝配支架。

2.2? ? 全方向可調(diào)平支架結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)

如圖2所示，全方向可調(diào)平支架由三塊折彎安裝板組成，第一層安裝板與第二層安裝板由一對(duì)螺栓組成Y軸轉(zhuǎn)軸，第二層安裝板與第三層安裝板也由一對(duì)螺栓組成X軸轉(zhuǎn)軸。當(dāng)需要調(diào)節(jié)Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)，調(diào)整Y軸調(diào)節(jié)螺栓，此時(shí)，彈簧隨調(diào)節(jié)螺栓的擰緊而壓縮，隨調(diào)節(jié)螺栓的擰松而放松，彈簧成為兩塊板之間的支撐之一，調(diào)整到適合角度時(shí)，擰緊第一層安裝板與第二層安裝板之間的固定螺栓。當(dāng)需要調(diào)節(jié)X軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)，調(diào)整X軸調(diào)節(jié)螺栓，此時(shí)彈簧隨調(diào)節(jié)螺栓的擰緊而壓縮，隨調(diào)節(jié)螺栓的擰松而放松，成為兩塊板之間的支撐之一，調(diào)整到適合角度時(shí)，擰緊第二層安裝板與第三層安裝板之間的固定螺栓。

3? ? 保證自動(dòng)取托盤時(shí)托盤傾斜能發(fā)出信號(hào)

3.1? ? 托盤傾斜時(shí)觸發(fā)信號(hào)的設(shè)計(jì)要求

在人工取托盤時(shí)，取托盤的位置是否合適全部依靠人來(lái)判斷，即使托盤傾斜也可以及時(shí)調(diào)整。無(wú)人全自動(dòng)叉車AGV操作時(shí)，就需要用其他方法辨別取托盤的位置，如取托盤不當(dāng)，叉車AGV能及時(shí)調(diào)整，如超過(guò)取托盤限定次數(shù)，就發(fā)出警報(bào)，讓人來(lái)輔助。而視覺設(shè)備成本過(guò)高，本次使用機(jī)械傳感器與機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合，完成叉車AGV叉取托盤傾斜狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3.2? ? 叉車叉取托盤傾斜狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)

在叉車叉尖立板左右兩邊安裝一對(duì)位移傳感器，此傳感器為機(jī)械型傳感器，以推桿的壓縮量變化為數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)推桿不受托盤壓縮時(shí)自復(fù)位。

當(dāng)叉車取托盤時(shí)，正常狀態(tài)下，托盤同時(shí)壓縮左右兩邊的位移傳感器，兩邊傳感器無(wú)信號(hào)差異，此時(shí)說(shuō)明取托盤正常，繼續(xù)下一步操作。

如若出現(xiàn)取托盤時(shí)托盤位置傾斜，兩邊位移傳感器的壓縮量就會(huì)出現(xiàn)不同，此時(shí)，兩個(gè)位移傳感器發(fā)送有差別的信號(hào)給叉車AGV的主控系統(tǒng)，叉車AGV嘗試重新調(diào)整位置取托盤，如在設(shè)定次數(shù)內(nèi)不能完成平整取托盤的任務(wù)，則叉車AGV停止取托盤并發(fā)出警報(bào)，尋求幫助。

叉車AGV在取托盤時(shí)沖擊很大，易對(duì)傳感器造成損壞，必須加裝保護(hù)機(jī)構(gòu)。在推桿前安裝傳感器保護(hù)板，安裝板由厚鐵板制造。傳感器保護(hù)板由一對(duì)導(dǎo)向軸與彈簧來(lái)支撐，安裝在位移傳感器的上下兩側(cè)，通過(guò)無(wú)油襯套完成導(dǎo)向軸的壓縮與釋放。依靠傳感器保護(hù)板來(lái)觸發(fā)位移傳感器的壓縮量，導(dǎo)向軸與彈簧也可完成自復(fù)位，以此來(lái)保護(hù)位移傳感器。位移傳感器保護(hù)機(jī)構(gòu)如圖3所示。

4? ? 控制設(shè)備與傳感器的電線需隨叉齒提升而提升

4.1? ? 進(jìn)入控制柜電線的安裝要求

后裝控制柜安裝在叉車固定的門架上，所有后裝傳感器的信號(hào)線與動(dòng)力線都需要經(jīng)過(guò)控制柜，而叉車叉齒會(huì)隨貨物放置到高貨架上而變換高度，所以所有進(jìn)入控制柜的電線都不是固定的，會(huì)隨叉齒高度變化而變化位置。

4.2? ? 電線隨動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)

控制柜中的電線通過(guò)坦克鏈連接到叉車各處的傳感器，坦克鏈懸掛在一組拖鏈隨動(dòng)安裝架上的聚氨酯滾輪上，安裝架上通過(guò)轉(zhuǎn)軸固定聚氨酯滾輪。拖鏈一頭搭接在控制柜上，另一頭搭接在叉齒舉升板上，保證叉齒舉升時(shí)電線也能隨動(dòng)。電線隨動(dòng)設(shè)備如圖4所示。

5? ? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

（1）基于現(xiàn)有工況條件對(duì)叉車的動(dòng)力電機(jī)進(jìn)行驗(yàn)算，選擇最適合自身工況條件的叉車；

（2）導(dǎo)航激光依靠一種全方向微角度可調(diào)節(jié)的復(fù)合裝配支架來(lái)完成小微平面角度調(diào)整；

（3）托盤傾斜時(shí)，傳感器需要觸發(fā)信號(hào)給主控制系統(tǒng)，然后根據(jù)信號(hào)做出相應(yīng)調(diào)整或是發(fā)出警報(bào)，提醒人來(lái)干預(yù)操作；

（4）控制設(shè)備與傳感器的電線搭接在電線隨動(dòng)設(shè)備上，使電線可以隨叉齒提升而提升。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的幾個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，都是叉車AGV改造注意事項(xiàng)的關(guān)鍵點(diǎn)，可以使設(shè)計(jì)人員與調(diào)試人員在改造叉車AGV時(shí)節(jié)省大量時(shí)間成本與調(diào)試成本，最后結(jié)合本文設(shè)計(jì)研制出更加適合自身工況的叉車AGV。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 王斌，李再金.一種混合激光導(dǎo)航叉車式AGV：CN20592-0406U[P].2017-02-01.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

收稿日期：2023-02-22

作者簡(jiǎn)介：張文燕（1989—），女，上海人，工程師，研究方向：AGV（機(jī)械設(shè)計(jì)）。