FD600V2旋转举升AGV本体机械结构设计与实现

汪明川

上海发网云物流科技有限公司 上海 200431

引言

自动引导车(AGV)是依据控制系统的指令，在预先设计好的程序控制下，通过车载传感器定位，沿着规定的行驶路线和停靠位置自动行驶，完成物料搬运等功能一种现代化智能设备[1]。电子商务、网络购物等新型服务业态的迅猛发展，促进了电商AGV市场的发展。为了保证仓库库容率与仓库运作效率，仓储AGV货架高、负载重、运行速度快，这对AGV的结构稳定性要求较高，因此市面上大部分仓储AGV结构较为复杂，生产制作成本较高，影响了AGV的推广与使用。

1 设计目的

为了实现仓库内货物搬运，改善人力搬运货物的重劳动作业，降低供应链成本。简化仓库作业人员的工作，使其能更快、更好地完成仓库生产作业任务。需要设计一种新的仓储AGV举升和悬挂结构，结构稳定性好、生产成本低、互换性好，适应大批量化生产和市场推广。

2 技术参数指标

FD600旋转举升AGV背负货架高度为2m，层数为5层。载重为600kg，AGV长宽高是920×7600×270mm，自重200kg，自旋半径925mm，最小巷道要求1100mm，空载速度使2m/s，满载速度是1.5m/s，定位精度±10mm，停止精度±5mm，停止角精度±1°，导航方式是二维码惯性导航[2]。

3 整体结构及工作原理

3.1 整体结构分析

见图1、图2，FD600旋转举升AGV主要由①AGV底盘，②驱动悬挂部分，③举升结构，④旋转部分，⑤外壳总成，⑥万向轮，⑦电池组件，⑧激光避障传感器，⑨下扫码摄像头组件，⑩上扫码头组件，⑪嵌入式控制系统，⑫电气系统等组成。

图1 整车结构

图2 底部结构

3.2 工作原理

FD600旋转举升AGV主要应用于仓储内高位货架的搬运。仓储订单管理系统OMS推出波次订单给仓储管理系统WMS，WMS读取每个订单的商品信息，获取商品所在位置，分解成具体搬运任务下发给AGV调度系统RCS。RCS 能根据物料搬运任务请求，自主规划路径，分配调度AGV执行任务，通过无线模块与嵌入式控制系统通信。嵌入式控制系统接收到RCS分配搬运任务后，控制驱动器驱动电机减速机等执行元器件完成搬运动作。

AGV可实现行走、举升及旋转三个动作。AGV轮系部分采用两驱动轮、四万向轮结构，驱动轮部分设置有悬挂机构。举升部分采用举升电机减速机驱动链轮链条，带动三滚珠丝杆实现同步举升。旋转部分安装在举升机构顶板上，采用回转支撑轴承实现转向[3]。

4 重点模块设计实现

4.1 轮系布置及驱动悬挂结构设计

FD600旋转举升AGV是两轮差速控制二维码惯性导航AGV，当左右轮子出现速度差值时产生自身旋转角度。二维码惯性导航AGV做车体的运动控制时，AGV通过扫码摄像头读取地面二维码的X坐标，Y坐标及角度值，与预定行驶路线做对比，然后由这些反馈过来的差值做补偿，实时调整控制两驱动轮的运转速度做差速控制，保证AGV的行驶精度。AGV扫码头安装位置及角度精度、扫码头与两驱动轮之间的相对位置，对AGV的行驶精度影响较大。设计时需保证扫码头与两驱动轮之间水平方向的相对位置度，驱动轮与地面的正压力。

FD600V2旋转举升AGV轮系布置采用六轮结构，两驱动轮布置在车架中间左右两侧，驱动轮组件上设置有弹簧悬挂结构、四万向轮固定在AGV车架方式。此结构行走及转向过程中稳定性好，更适用于600kg级别、货架高度为2m的电商AGV。

驱动悬挂部分，包含电机减速机组件，行走支架焊件，直线轴承，直线导轨，行走减速机护套，驱动轮，行走减速机盖板，行走支架封板，矩形弹簧，弹力调节螺母，行走支架封板安装螺栓，电机减速机安装螺栓，直线轴承安装螺栓，驱动轮安装螺栓，行走减速机盖板安装螺栓。①电机减速机、驱动轮等通过直线轴承可在直线导轨导向作用下上下浮动，可减少驱动轮浮动对运动控制精度产生不利影响。②矩形弹簧套在直线导轨上，通过弹力调节螺母调节矩形弹簧压缩量可预设驱动轮正压力，保证整车的牵引力稳定性，适应不同负载搬运。③减速机轴上套有行走减速机护套，减速机护套对电机减速机有保护作用，使驱动结构能适应反复启动、急停等恶劣工况。④两弹簧连线中心与驱动轮中心重合，保证驱动轮传递来的力与弹簧之间不产生扭矩，结构受力状态良好。

4.2 举升结构设计

FD600旋转举升AGV旋转举升传动原理：举升电机减速机通过链轮带动三滚珠丝杆转动，实现同步举升顶板功能。其中两链轮张紧装置将链条张紧，链条同步给三丝杆扭矩。旋转电机减速机与回转支承通过齿轮啮合，配合两差速轮可实现顶升圆盘与背负货架相对静止情况下AGV转向功能。顶升顶板上装配有旋转开关，顶升圆盘每隔90°设置有一个旋转开关检测板，AGV每转90度，旋转开关就会给PCB板一个位置信号。顶升圆盘上设置有凸台，背负的货架底部横梁可沿着凸台滑下去与顶升圆盘接触良好；上扫描图组件能识别货架上二维码的位置及ID信息，通过差速控制两驱动力使顶升圆盘对准货架，保证顶升精度；顶升圆盘上装配有强磁铁，可保证顶升圆盘与货架间接触良好，在运行过程中货架晃动小。

4.3 车架结构及外观设计

FD600旋转举升AGV外壳总成包含前外壳，中间外壳，后外壳。前外壳上装配有激光避障传感器、灯带、急停开关等；后外壳上装配有灯带、急停开关等。前外壳、后外壳由钣金加工而成，通过螺栓固定在AGV底盘上。中间外壳是塑料件，连接在前外壳、后外壳上。整个AGV前外壳与后外壳形成一个椭圆柱形，采用流线型设计；前外壳仿人形设计。

5 运行调试

FD600V2旋转举升AGV主要进行了安全性测试、可靠性测试、功能测试等几项测试。安全性测试指的是指失效模式下AGV的安全性能，AGV是否能有效停止工作。可靠性测试指的是AGV连续运行8小时，是否会发生故障。功能测试指的是自动避障、自动充电、举升功能、原地旋转、状态指示等功能测试。性能测试指的是定位精度&重复定位精度。

表1 设备性能综合测试表

6 结束语

FD600V2旋转举升AGV的项目采用链轮链条传动、三滚珠丝杆举升方式。通过链轮链条传递力矩到滚珠三丝杆上，三滚珠丝杆同步举升顶板。整个举升结构由3个链轮、链条、两个张紧装置、三丝杆和顶板组成。与市面上同类型产品相比，此举升结果比较简洁，成本低、稳定性好，占用空间小，AGV整车高度较低，电气元器件布置及走线更加容易和规范。与国内同类型产品比较，悬挂部分采用导杆直线轴承导向结构，驱动轮只能竖直方向上下浮动，减少了驱动轮浮动位置变化对运动控制精度产生的扰动，提高了AGV运行精度