高速智能料架存储库的设计与研究

2021-04-28李伟

山西电子技术 2021年2期

李伟

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

0 引言

近几年，智能立体库在国内快速发展，已经被广泛使用到各行各业中，高速智能料架存储库是针对料架开发的一种智能立体库，它能够利用有限的空间实现高密度存取，高效存取，高精度定位，另外该设备可以通过计算机集中控制，也可单机操作，实现管理、存取自动化。

本文设计的高速智能料架存储库包括了货叉行走机构、型材骨架和出入口[1]。设备外形尺寸为6500mm(长)×1600mm(宽)×2500mm(高)，料架尺寸300mm(长)×300mm(宽)×500mm(高)，单台设备能存放95个料架，设备整体示意图如图1中所示。

图1 高速智能料架存储库结构示意

1 货叉行走机构

1.1 货叉行走机构的运动方式

货叉行走机构是实现料架存取动作的部件，该机构能实现三个方向双向运动，水平前后X轴、竖直上下Y轴、和水平左右Z轴，Y、Z轴运动采用同步带形式，X轴运动采用货叉(艾拉德 ARES 40)，货叉行走机构示意如图2所示，三个方向均采用安川SGM7J型伺服驱动，其中X轴和Y轴为单伺服驱动，Z轴为顶部(随动)和底部(主动)两套伺服同步控制驱动，由于Z轴运动是通过侧挂在顶部和底部的滑轨实现的，采用两套伺服同步控制能有效地避免上下滑轨出现不同步而导致的倾斜情况，保证整个机构的垂直度和存取精度。通过伺服控制的整个货叉行走机构的定位精度可以达到±0.5mm，存取平均节拍约15s/次。安川伺服电机全部采用绝对值编码器，可以随时记住整个货叉行走机构的绝对位置，当设备意外断电时，重新上电后设备不需要进行复位操作，可准确地直接动作到目标位置，控制简单准确。

图2 货叉行走机构示意图图3 料架防倾倒和外形检测

1.2 关键技术及解决办法

料架放满货物总重量约20kg，高度约500mm，货叉行走机构高速运行时，会因为料架重心高导致料架有倾倒的风险，因此当料架被取到货叉上以后，需要对料架做限位来防倾倒，考虑到料架高度比较高，从料架顶部进行限位效果更好[2]。

1) 防倾倒设计：如图3所示，在货叉正上方搭一个高度为545mm的铝型材框架，框架斜对角分别安装一个伸缩气缸(MGPM16-30-M9NV)，气缸端部安装一块软材质聚氨酯，聚氨酯既不会损坏料架，也能增加摩擦力。气缸行程30mm，当气缸处于缩回状态时，保证料架留有30mm安全距离在货位和货叉之间来回取放，当气缸伸出时，聚氨酯正好压住料架顶部，每个气缸可提供最大1MPa的压力，确保料架在机构运行的过程中不会倾倒，每个气缸带有2个M9NV磁开关，来检测气缸伸缩是否到位，确保气缸准确动作。

2) 超外形检测：在框架的4个位置装有4个光电传感器，检测料架的外形，传感器采用OPTEX BGS系列，该传感器不受背景颜色干扰，不会由于设备零件的颜色不同导致误检测，同时结构紧凑，特别适合尺寸紧凑的高速智能存储库。该传感器可设定的检测距离范围为20mm-100mm，传感器500us的快速响应，当货叉在快速运行(满载330mm/s)的过程中，料架意外出现移动超出外形时，该传感器立刻检测到并报警，设备停止动作，防止碰撞造成料架以及设备的损坏。此外，设备上安装传感器的固定板一直都用不锈钢材质，以及某些零件必须使用不锈钢材质，该传感器具有抑制不锈钢背景干扰的功能，适用于设备不同场合。该设备的探空传感器也选择BGS系列的传感器。

该传感器LED发射的光斑直径随着检测距离增加而增大，100mm时光斑最大为10mm，料架框架是由12mm的铝型材圆柱组成，在传感器检测范围内可准确检测到料架的外形尺寸，不存在超出而检测不到的情况，安全可靠，如图4所示。

图4 BGS传感器特性

2 型材骨架

设备的整个骨架由几种不同型号的铝型材组成，可大幅减轻设备的重量。货位上料架支撑板采用2mm钣金激光切割加折弯成型，受力分析支撑板满载最大变形仅为0.07mm，应力均在许用应力范围之内[3]，支撑板完全能满足应力和应变的要求，如图5所示。在每个支撑板上装有两个料架限位导向板，料架在货位上有轻微的震动可以通过限位保证处于安全的范围内，确保货叉能安全取放料架。

图5 料架支撑板示意、支撑板受力分析

3 出入口

设备左侧设置有一个出入口，该出入口可以采用人工和AGV自动存放两种方式，料架放置在出入口的皮带上以后，伺服电机正反转带动皮带前后运动，实现料架在出入口处进出。出入口前端设有机械限位，保证料架在出入口前后方向准确定位，前端左右方向各有一个定位气缸，料架前端碰到机械限位后，左右定位气缸伸出，将料架定位后，货叉方可取货。出入口高度距离地面最低490mm，高度可调，后期可以与生产线对接。