天车系统关键技术研究

上海新创达智能科技有限公司

(上海新创达智能科技有限公司，上海 201306)

天车系统作为AMHS系统关键组成，如图1所示，主要结构包括吊运车、吊运车轨道、升降装置、抓取抓盘和供电系统等部分。吊运车作为物料抓取、存放、通信的主要单元部件，是天车系统的关键部件，其性能的好坏，直接决定了天车系统的性能；吊运车轨道作为天车系统的支撑单元，主要起导向和承力的作用；供电系统作为天车系统的电力单元，主要为天车系统提供电力、能源保障。

1 吊运车技术

图1 天车系统

吊运车主要由吊运车定位装置、抓放装置、通信模块、传感模块和本体等部件组成。定位装置可实现吊运车相对于目标物x、y和θ向的运动控制，通过控制吊运车的x、y和θ向运动，可实现吊运车在不同目标之间的位置控制。抓放装置用于实现物料的抓放，其主要由抓取卡盘、升降机构和支撑固定机构等部件组成，抓取卡盘可根据不同的物料进行更换，以保证不同物料的使用需求；升降机构采用滑轮组和带传动的组合，可实现位移的放大功能，提高运动速度，增大运动距离，减少提升拉力的作用；支撑固定结构可以在吊运车在抓取到物料后，对物料进行固定保护，防止物料在运输过程中出现倾倒、掉落等。吊运车装载无线通信模块，可以保证吊运车与系统之间保持实时通信。

天车系统的运动流程：

(1)吊运车通过无线通讯系统接受主机控制系统的运动命令，x向运动电机启动，吊运车移动到指定的工作位置；

(2)吊运车进行y向位置初步调整；

(3)z向运动开机，吊运车抓放装置下移到指定位置；

(4)吊运车进行x、y、z和θ向的精确调整，待位置传感器确认，吊运车位置调整完毕；

(5)抓放装置抓取物料，物料抓取确认后，吊运车z执行反向运动；

(6)物料提升到吊运车内部后，吊运车打开底部卡盘，固定物料。

2 吊运车轨道技术

吊运车轨道按照轨道的数量可以分为单轨道或双轨道的方式，主流厂家的天车系统一般采用双轨，以减少洁净间占用空间。按照天车轨道的形状，天车轨道可以分为直线单元和弯曲单元，以适应车间内不同区域内设备的布局要求。轨道内布置天车系统的供电电缆和相应的控制电缆。吊运车轨道的结构如图2所示。

图2 吊运车轨道结构

3 供电技术

天车系统采用非接触式的供电技术，一方面简化产品的结构设计，减少产品的体积，节约厂内空间，提高供电的安全性；另一方面避免了接触式充电，在吊运车运动过程中因摩擦运动而产生的污染颗粒，有利于维护洁净室内的洁净环境。非接触式供电系统主要包括电源盒、控制线缆、拾音线圈和受电单元组成。电源盒将220 V交流电源转换为适合进行无接触式供电的频率，再向控制线缆输送电力；控制线缆利用磁场，向吊运车高效的输送电力；安装在吊运车上的拾音线圈用于接收控制电缆磁场发来的电力；受电单元将会对拾音线圈接受的电力进行稳流、稳频处理，以为变频器及运动单元提供优质的电力，如图3所示。

4 精密运动控制技术

吊运车在抓放物料的过程中，需要精确保证两者之间的相对位置，而相对于不同的物料取放位置，吊运车是运动的。吊运车的运动能力、精度，直接决定了吊运车和物料之间的相对位置。

吊运车具有x、y、z和θ向的运动，天车系统的x、y向运动定位采用光栅尺或磁性编码器进行天车x、y向的定位，当吊运车移动到指定位置时，通过电机编码器和光栅尺，形成闭环控制，以保证天车x、y向的定位。吊运车的z向运动采用电机驱动、皮带或钢索传动的方式进行。吊运车和卡盘之间采用三条皮带或钢索，通过设置三条钢索、皮带相对于卡盘的位置，可防护卡盘在下落过程中出现扭转运动。通过吊运车θ向的运动可纠正物料和吊运车之间的θ向位置偏移。

图3 供电系统

5 污染颗粒的防护技术

随着集成电路制造技术的发展，产品对于洁净间的要求不断提高。而摩擦运动是污染颗粒产生的主要来源。天车系统中的吊运车负责物料的运输，会产生一定的污染颗粒。污染颗粒的防护可从以下3个方面进行。

(1)材料选择

通过比较不同材料的性能，选择耐磨性高的材料，以减少因为摩擦运动产生的污染颗粒。

(2)减少摩擦运动

在天车系统设计过程中，尽可能减少运动部件的摩擦运动，应将滑动摩擦改为滚动摩擦。吊运车的供电可采用非接触充电技术，系统之间的通信尽量选用无线的通讯模式等，减少系统中线缆的数量。

(3)消除污染颗粒

利用负压除尘技术，将运动过程中产生的污染颗粒通过负压直接消除。

6 结 论

本文对天车系统的主要技术进行了概括性介绍，对天车系统的开发具有一定的借鉴。