AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車全向防撞裝置設(shè)計(jì)與研究

張 穎

(長(zhǎng)春光華學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130033)

1 研究背景

Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV，通常也稱為AGV小車，指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛的搭載車，一般以可充電的蓄電池為動(dòng)力來(lái)源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)運(yùn)輸、信息采集以及機(jī)械自動(dòng)化等領(lǐng)域。

AGV小車一般都裝載有防撞結(jié)構(gòu)，對(duì)AGV小車本體起到保護(hù)作用，避免其在行進(jìn)過(guò)程中發(fā)生碰撞造成損壞。目前應(yīng)用在AGV小車上的防撞形式一般分為電子式和機(jī)械式2種，電子式防撞一般采用感應(yīng)系統(tǒng)，由很多的傳感器組成，缺點(diǎn)是受環(huán)境限制明顯，而且受到振動(dòng)比較容易出現(xiàn)問(wèn)題；機(jī)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(guò)機(jī)械減振的手段對(duì)AGV小車本體進(jìn)行防撞保護(hù)。

相比于電子式防撞，機(jī)械式防撞因?yàn)榉€(wěn)定性強(qiáng)、更加可靠、成本低廉而得到更為廣泛地應(yīng)用。但目前AGV小車的機(jī)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(gòu)件在受力較小時(shí)緩沖作用明顯，但當(dāng)受力較大時(shí)其反作用力也比較大，會(huì)將AGV小車彈開，容易受到二次碰撞，失去其防撞保護(hù)的有效作用。因此，現(xiàn)有AGV小車的機(jī)械式防撞結(jié)構(gòu)仍需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以解決在碰撞受力較大時(shí)的反作用力彈開問(wèn)題。

2 AGV小車防撞結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案

AGV小車本體底面呈矩形，安裝有4個(gè)行走輪，所述防撞結(jié)構(gòu)還包括防護(hù)邊框、2個(gè)內(nèi)置板、4個(gè)導(dǎo)引支架、4個(gè)抱死夾爪、4個(gè)底面安裝片、4個(gè)彈簧、4個(gè)定位連桿以及4個(gè)側(cè)面安裝片。防護(hù)邊框?yàn)榫匦慰虿⑺江h(huán)繞設(shè)置在AGV小車本體底部，防護(hù)邊框前后兩端內(nèi)側(cè)分別一體設(shè)置有腔室，2個(gè)腔室相對(duì)一側(cè)表面分別左右對(duì)稱開設(shè)有2個(gè)穿孔，2個(gè)內(nèi)置板分別間隔設(shè)置于2個(gè)腔室內(nèi)中間位置，每個(gè)內(nèi)置板固定有兩根導(dǎo)桿，且2根導(dǎo)桿分別滑動(dòng)伸出對(duì)應(yīng)腔室的所述2個(gè)穿孔，每個(gè)穿孔固定有與導(dǎo)桿配合的密封圈，2個(gè)腔室內(nèi)還分別充填有非牛頓流體，每根導(dǎo)桿外端固定有導(dǎo)引支架，4個(gè)導(dǎo)引支架均為連接點(diǎn)固定的V形結(jié)構(gòu)，所述4個(gè)抱死夾爪均為連接點(diǎn)鉸接的V形結(jié)構(gòu)，抱死夾爪間隔設(shè)置在導(dǎo)引支架的開口前方，且抱死夾爪的開口夾角大于導(dǎo)引支架的開口夾角，每個(gè)抱死夾爪的開口兩側(cè)內(nèi)部分別固定有防滑觸點(diǎn)，且4個(gè)防滑觸點(diǎn)間隔位于對(duì)應(yīng)的所述行走輪兩側(cè)，每個(gè)抱死夾爪鉸接點(diǎn)上方通過(guò)立軸水平固定有底面安裝片，4個(gè)底面安裝片分別一體設(shè)置有支臂并向下伸入對(duì)應(yīng)的導(dǎo)引支架與抱死夾爪中間，每個(gè)支臂與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)引支架連接點(diǎn)通過(guò)彈簧連接固定，防護(hù)邊框左右兩側(cè)分別沿前后方向設(shè)置有滑槽，每條所述滑槽內(nèi)滑動(dòng)插裝有2個(gè)定位連桿，4個(gè)定位連桿內(nèi)側(cè)端分別豎直固定有側(cè)面安裝片，4個(gè)側(cè)面安裝片與4個(gè)底面安裝片分別通過(guò)螺釘與AGV小車本體對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行固定。總體方案設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

注：1.防護(hù)邊框1-1.滑槽1-2.腔室2-1.導(dǎo)桿3.支架4.夾爪6.安裝片7.彈簧8.連桿9.壓簧10.側(cè)面安裝片12.輪子

3 防護(hù)邊框定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

防護(hù)邊框左右兩側(cè)分別沿前后方向設(shè)置有滑槽，每條滑槽內(nèi)滑動(dòng)插裝有2個(gè)定位連桿，4個(gè)定位連桿內(nèi)側(cè)分別豎直固定有側(cè)面安裝片，4個(gè)側(cè)面安裝片通過(guò)螺釘與AGV小車本體相應(yīng)位置連接。局部示意圖如圖2。

1.防護(hù)邊框1-1.滑槽B-1.導(dǎo)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(dòng)插裝在對(duì)應(yīng)的滑槽內(nèi)，連接桿外側(cè)端制有盲孔，盲孔的內(nèi)底面與帽頭之間通過(guò)拉簧連接固定，帽頭卡設(shè)在滑槽外側(cè)，連接桿內(nèi)側(cè)端豎直固定有側(cè)面安裝片，連接桿側(cè)壁位于側(cè)面安裝片與滑槽之間套裝有壓簧。此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是當(dāng)小車左右兩側(cè)碰撞時(shí)，對(duì)小車起到保護(hù)作用。

4 行走輪緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

防護(hù)邊框?yàn)榫匦慰虿⑺江h(huán)繞設(shè)置在AGV小車本體底部，防護(hù)邊框前后兩端內(nèi)側(cè)分別一體設(shè)置有腔室，2個(gè)腔室相對(duì)一側(cè)表面分別左右對(duì)稱開設(shè)有2個(gè)穿孔，2個(gè)內(nèi)置板分別間隔設(shè)置于2個(gè)腔室內(nèi)中間位置，每個(gè)內(nèi)置板固定有2根導(dǎo)桿，2根導(dǎo)桿分別滑動(dòng)伸出對(duì)應(yīng)腔室的所述2個(gè)穿孔，2個(gè)內(nèi)置板表面分別開設(shè)有多個(gè)流體通孔，通孔的孔徑為1～3cm。2個(gè)腔室內(nèi)還分別充填有非牛頓流體。每根導(dǎo)桿外端固定有導(dǎo)引支架，4個(gè)導(dǎo)引支架均為連接點(diǎn)固定的V形結(jié)構(gòu)，4個(gè)抱死夾爪均為連接點(diǎn)鉸接的V形結(jié)構(gòu)，抱死夾爪間隔設(shè)置在導(dǎo)引支架的開口前方，且抱死夾爪的開口夾角大于導(dǎo)引支架的開口夾角，每個(gè)抱死夾爪的開口兩側(cè)內(nèi)部分別固定有防滑觸點(diǎn)，且4個(gè)防滑觸點(diǎn)間隔位于對(duì)應(yīng)的行走輪兩側(cè)。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3、圖4。

1-2.腔體2.內(nèi)置板2-1.導(dǎo)桿2-2.通孔3.導(dǎo)引支架

防護(hù)邊框水平環(huán)繞設(shè)置在AGV小車本體底部，其下表面應(yīng)高于4個(gè)行走輪底部，4個(gè)底面安裝片通過(guò)螺釘與AGV小車本體底面固定，對(duì)4個(gè)抱死夾爪進(jìn)行定位，4個(gè)抱死夾爪分別與4個(gè)行走輪對(duì)應(yīng)，4個(gè)側(cè)面安裝片通過(guò)螺釘與AGV小車本體兩側(cè)固定，對(duì)防護(hù)邊框進(jìn)行定位。4個(gè)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(nèi)設(shè)置內(nèi)置板并充填有非牛頓流體，當(dāng)防護(hù)邊框前端或后端碰撞受力較小時(shí)，4個(gè)彈簧中鄰近受力端的2個(gè)彈簧受壓而遠(yuǎn)離受力端的2個(gè)彈簧受拉，通過(guò)彈性形變對(duì)撞擊力進(jìn)行削弱緩沖，而且防護(hù)邊框向受力方向產(chǎn)生一定位移，內(nèi)置板在對(duì)應(yīng)的彈簧彈性支撐下阻止位移趨勢(shì)，使內(nèi)置板與腔室發(fā)生相對(duì)位移，內(nèi)置板表面開設(shè)有多個(gè)流體通孔，非牛頓流體在穿過(guò)流體通孔時(shí)的阻尼作用也可以對(duì)撞擊力起到削弱緩沖，當(dāng)防護(hù)邊框前端或后端碰撞受力較大時(shí)，受力端腔室內(nèi)的非牛頓流體迅速固化變硬，內(nèi)置板與腔室不再發(fā)生相對(duì)位移，而是內(nèi)置板與防護(hù)邊框一同向受力方向產(chǎn)生一定位移，從而通過(guò)2根導(dǎo)桿推動(dòng)對(duì)應(yīng)的2個(gè)導(dǎo)引支架，導(dǎo)引支架的開口夾角小于抱死夾爪的開口夾角，導(dǎo)引支架產(chǎn)生位移支撐抱死夾爪兩側(cè)使其開口收縮減小，從而使抱死夾爪的兩個(gè)防滑觸點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的行走輪接觸，對(duì)行走輪抱死阻止其繼續(xù)移動(dòng)。定位連桿與壓簧配合能夠?qū)Ψ雷o(hù)邊框左右兩側(cè)的剮蹭起到一定減振作用，鄰近受力側(cè)的兩個(gè)壓簧受壓而遠(yuǎn)離受力側(cè)的兩個(gè)壓簧受拉，定位連桿的連接桿制有盲孔并與帽頭通過(guò)拉簧連接固定，使帽頭在受力時(shí)能夠與連接桿進(jìn)行一定脫離，從而允許防護(hù)邊框左右兩側(cè)受到剮蹭產(chǎn)生的側(cè)向位移。

3.導(dǎo)引支架4.夾爪4-1.防滑觸點(diǎn)5.立軸6.安裝片6-1.支臂7.彈簧11.螺釘

5 結(jié)語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的有益效果是通過(guò)非牛頓流體的特性實(shí)現(xiàn)兩種形式的防撞保護(hù)作用，當(dāng)防護(hù)邊框碰撞受力較小時(shí)可通過(guò)彈性構(gòu)件以及流體阻尼對(duì)撞擊力進(jìn)行削弱，當(dāng)防護(hù)邊框碰撞受力較大時(shí)非牛頓流體迅速固化變硬，使受力方向的導(dǎo)引支架產(chǎn)生位移，并通過(guò)抱死夾爪將行走輪抱緊阻止其繼續(xù)移動(dòng)，避免彈性構(gòu)件的反作用力彈開問(wèn)題，結(jié)構(gòu)合理高效，對(duì)AGV小車本體起到更加全面地保護(hù)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。