高速智能料架存儲(chǔ)庫(kù)的設(shè)計(jì)與研究

李 偉

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

0 引言

近幾年，智能立體庫(kù)在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展，已經(jīng)被廣泛使用到各行各業(yè)中，高速智能料架存儲(chǔ)庫(kù)是針對(duì)料架開發(fā)的一種智能立體庫(kù)，它能夠利用有限的空間實(shí)現(xiàn)高密度存取，高效存取，高精度定位，另外該設(shè)備可以通過(guò)計(jì)算機(jī)集中控制，也可單機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)管理、存取自動(dòng)化。

本文設(shè)計(jì)的高速智能料架存儲(chǔ)庫(kù)包括了貨叉行走機(jī)構(gòu)、型材骨架和出入口[1]。設(shè)備外形尺寸為6500mm(長(zhǎng))×1600mm(寬)×2500mm(高)，料架尺寸300mm(長(zhǎng))×300mm(寬)×500mm(高)，單臺(tái)設(shè)備能存放95個(gè)料架，設(shè)備整體示意圖如圖1中所示。

圖1 高速智能料架存儲(chǔ)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意

1 貨叉行走機(jī)構(gòu)

1.1 貨叉行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式

貨叉行走機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)料架存取動(dòng)作的部件，該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向雙向運(yùn)動(dòng)，水平前后X軸、豎直上下Y軸、和水平左右Z軸，Y、Z軸運(yùn)動(dòng)采用同步帶形式，X軸運(yùn)動(dòng)采用貨叉(艾拉德 ARES 40)，貨叉行走機(jī)構(gòu)示意如圖2所示，三個(gè)方向均采用安川SGM7J型伺服驅(qū)動(dòng)，其中X軸和Y軸為單伺服驅(qū)動(dòng)，Z軸為頂部(隨動(dòng))和底部(主動(dòng))兩套伺服同步控制驅(qū)動(dòng)，由于Z軸運(yùn)動(dòng)是通過(guò)側(cè)掛在頂部和底部的滑軌實(shí)現(xiàn)的，采用兩套伺服同步控制能有效地避免上下滑軌出現(xiàn)不同步而導(dǎo)致的傾斜情況，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的垂直度和存取精度。通過(guò)伺服控制的整個(gè)貨叉行走機(jī)構(gòu)的定位精度可以達(dá)到±0.5mm，存取平均節(jié)拍約15s/次。安川伺服電機(jī)全部采用絕對(duì)值編碼器，可以隨時(shí)記住整個(gè)貨叉行走機(jī)構(gòu)的絕對(duì)位置，當(dāng)設(shè)備意外斷電時(shí)，重新上電后設(shè)備不需要進(jìn)行復(fù)位操作，可準(zhǔn)確地直接動(dòng)作到目標(biāo)位置，控制簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。

圖2 貨叉行走機(jī)構(gòu)示意圖 圖3 料架防傾倒和外形檢測(cè)

1.2 關(guān)鍵技術(shù)及解決辦法

料架放滿貨物總重量約20kg，高度約500mm，貨叉行走機(jī)構(gòu)高速運(yùn)行時(shí)，會(huì)因?yàn)榱霞苤匦母邔?dǎo)致料架有傾倒的風(fēng)險(xiǎn)，因此當(dāng)料架被取到貨叉上以后，需要對(duì)料架做限位來(lái)防傾倒，考慮到料架高度比較高，從料架頂部進(jìn)行限位效果更好[2]。

1) 防傾倒設(shè)計(jì)：如圖3所示，在貨叉正上方搭一個(gè)高度為545mm的鋁型材框架，框架斜對(duì)角分別安裝一個(gè)伸縮氣缸(MGPM16-30-M9NV)，氣缸端部安裝一塊軟材質(zhì)聚氨酯，聚氨酯既不會(huì)損壞料架，也能增加摩擦力。氣缸行程30mm，當(dāng)氣缸處于縮回狀態(tài)時(shí)，保證料架留有30mm安全距離在貨位和貨叉之間來(lái)回取放，當(dāng)氣缸伸出時(shí)，聚氨酯正好壓住料架頂部，每個(gè)氣缸可提供最大1MPa的壓力，確保料架在機(jī)構(gòu)運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)傾倒，每個(gè)氣缸帶有2個(gè)M9NV磁開關(guān)，來(lái)檢測(cè)氣缸伸縮是否到位，確保氣缸準(zhǔn)確動(dòng)作。

2) 超外形檢測(cè)：在框架的4個(gè)位置裝有4個(gè)光電傳感器，檢測(cè)料架的外形，傳感器采用OPTEX BGS系列，該傳感器不受背景顏色干擾，不會(huì)由于設(shè)備零件的顏色不同導(dǎo)致誤檢測(cè)，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合尺寸緊湊的高速智能存儲(chǔ)庫(kù)。該傳感器可設(shè)定的檢測(cè)距離范圍為20mm-100mm，傳感器500us的快速響應(yīng)，當(dāng)貨叉在快速運(yùn)行(滿載330mm/s)的過(guò)程中，料架意外出現(xiàn)移動(dòng)超出外形時(shí)，該傳感器立刻檢測(cè)到并報(bào)警，設(shè)備停止動(dòng)作，防止碰撞造成料架以及設(shè)備的損壞。此外，設(shè)備上安裝傳感器的固定板一直都用不銹鋼材質(zhì)，以及某些零件必須使用不銹鋼材質(zhì)，該傳感器具有抑制不銹鋼背景干擾的功能，適用于設(shè)備不同場(chǎng)合。該設(shè)備的探空傳感器也選擇BGS系列的傳感器。

該傳感器LED發(fā)射的光斑直徑隨著檢測(cè)距離增加而增大，100mm時(shí)光斑最大為10mm，料架框架是由12mm的鋁型材圓柱組成，在傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)可準(zhǔn)確檢測(cè)到料架的外形尺寸，不存在超出而檢測(cè)不到的情況，安全可靠，如圖4所示。

圖4 BGS傳感器特性

2 型材骨架

設(shè)備的整個(gè)骨架由幾種不同型號(hào)的鋁型材組成，可大幅減輕設(shè)備的重量。貨位上料架支撐板采用2mm鈑金激光切割加折彎成型，受力分析支撐板滿載最大變形僅為0.07mm，應(yīng)力均在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)[3]，支撐板完全能滿足應(yīng)力和應(yīng)變的要求，如圖5所示。在每個(gè)支撐板上裝有兩個(gè)料架限位導(dǎo)向板，料架在貨位上有輕微的震動(dòng)可以通過(guò)限位保證處于安全的范圍內(nèi)，確保貨叉能安全取放料架。

圖5 料架支撐板示意、支撐板受力分析

3 出入口

設(shè)備左側(cè)設(shè)置有一個(gè)出入口，該出入口可以采用人工和AGV自動(dòng)存放兩種方式，料架放置在出入口的皮帶上以后，伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)皮帶前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)料架在出入口處進(jìn)出。出入口前端設(shè)有機(jī)械限位，保證料架在出入口前后方向準(zhǔn)確定位，前端左右方向各有一個(gè)定位氣缸，料架前端碰到機(jī)械限位后，左右定位氣缸伸出，將料架定位后，貨叉方可取貨。出入口高度距離地面最低490mm，高度可調(diào)，后期可以與生產(chǎn)線對(duì)接。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)料架設(shè)計(jì)了一種高速智能料架存儲(chǔ)庫(kù)，該存儲(chǔ)庫(kù)在有效的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大化容量，出入庫(kù)自動(dòng)化節(jié)約了人力成本，通過(guò)軟件管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確的記住每個(gè)料架的庫(kù)位，防止取放過(guò)程中的誤操作，提高了生產(chǎn)效率。