用于重载密集仓储系统的RGV系统优化设计与分析.pdf

收稿日期:基金项目:湖北省支持企业技术创新发展项目(项目编号:)作者简介:汪波工程师本科:.通信作者:朱见丰工程师本科:.:./.用于重载密集仓储系统的 系统优化设计与分析汪 波朱见丰李 闪江 强喻 进(.湖北三丰小松物流技术有限公司湖北 黄石.华新水泥股份有限公司包装分公司湖北 黄石)摘 要:设计了一种用于重载密集仓储系统的 小车以新的路径规划搜索算法提高了路径优化效率 同时通过构建车架的模态振动模型探究了小车设计的可靠性并利用 软件对小车关键结构进行了分析 样机试验结果表明 小车行走顺畅能够准确完成自动入库任务可为重载密集仓储系统中货物的智能存储、自动输送提供解决思路关键词:重载货架四向穿梭车路径规划模态分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:随着电子商务、自动化零售超市、制造业仓库自动化等发展壮大现有的物流仓储已经无法满足现代化的存储需求因此有必要发展集成与自动化的高密度仓储物流系 统 重载密集仓储系统主要由重载货架、重载四向穿梭车和仓库智能控制系统等组成协同往复式提升机完成高密度仓储的物流任务 仓储货架系统是整个自动化立体仓库的主体部分用以提供货位存储货物 穿梭车()是自动化仓储物流系统的核心智能搬运设备是提高仓储系统高效性和智能化程度的关键 是智能密集存储系统中的主机依靠无线控制及伺服控制技术在自行研发的冷轧钢制轨道上行驶协同重载提升机换层在货架的不同排、层、列位完成作业任务依 附 仓 库 智 能 控 制 系 统(第 卷 第 期 年 月 湖 北 理 工 学 院 学 报 .)的调度实现高密度仓储物流库的高效运转 重载四向穿梭车具有自动识别、灵活存取和精准定位等功能广泛用于军工、电力、能源、动车、工程机械、冶金、有色金属等行业本文通过全面剖析高密度仓储物流系统需求研制一种新型重载四向穿梭车采用高稳定性的四向穿梭车升降换向机构和重载存取货物升降叉机构在实现纵向和横向轨道上行驶、顺畅变道、快速存取重载货物的同时保证重载四向穿梭车平稳高效地作业四向穿梭车的关键设计.驱动控制结构重载四向穿梭车行走驱动结构通过行星减速和多闭环控制采用双低压伺服电机驱动和单向单电机驱动 走轮采用四轮传动和四轮从动的方式保证穿梭车在换向口双向行走的稳定性并实现加速稳、运行快、停位准 从动轮尾端配绝对值编码器监测驱动轮角度通过位置控制程序自适应修正位置偏差 顶升由 带绝对值编码器伺服电机配合四点同步举升机构确保升降的精度和稳定性做到绝对的闭环控制 四向穿梭车的驱动机构如图 所示四向穿梭车的位置控制如图 所示 向主动轮 向行走传动轴 向从动轮螺旋升降机行星减速机 向行走伺服电顶升传动轴顶升伺服电机 向行走伺服电机编码器 向从动轮 向主动轮图 四向穿梭车的驱动机构图 四向穿梭车的位置控制.仓库智能控制系统在 控制下重载四向穿梭车执行上位实时路径的规划完成多项作业任务 根据多类型传感器的数据反馈上位收集设备运行状态及参数并结合 数模实现 可视化的数据管理与监测 采用离线路径规划和在线交通控制相结合的两级控制策略实现多台四向穿梭车的管理调度 的任务流程图如图 所示图 的任务流程图在路径规划中采用改进的 智能搜索算法求解四向穿梭车的最优路径针对在作业的路径节点 使用()函数表示起始节点 到当前节点 至最终目标节点 的最优表达式:()()()()式()中()为起始节点到当前节点的代价()为当前节点到目标节点的代价第 期 汪 波朱见丰李 闪等:用于重载密集仓储系统的 系统优化设计与分析 、分别为路径占用系数和路径利用系数在实际的系统调度中用观测值代替()即:()()()()式()中()为起始节点到当前节点的观测代价()为当前节点到目标节点的观测代价()可通过下式来计算:()()()()式()中为节点的 向坐标为节点的 向坐标为目标节点的 向坐标为目标节 点 的 向 坐 标 如 果 有()()则表明该 算法是最优解在路径规划作业代价计算中引入路径占用数和路径利用系数使参与物资运输作业的多台四向穿梭车既有较短路径又能够均匀地使用货架主轨道和垂直提升机使同时作业的多台四向穿梭车的整体作业效率最优 在交通控制中采用带缓冲区的路径节点建模策略通过向四向穿梭车发放节点使用权避免路径冲突实现四向穿梭车在线交通控制车架结构的强度及模态分析四向车车架起着保证车体稳定承载运行的作用 考虑到货物规格较大负荷较重重载四向穿梭车的最大承载为 车架设计区别于以往的轻载四向穿梭车整体框架采用矩形管拼接焊后一次加工成型 车架的尺寸受穿梭车实际机械结构的限制设计不合理会影响结构的强度和刚度降低存取货物效率造成材料的浪费且在长时间外载荷作用下容易失效 因此可通过建立车架的振动模态及有限元模型对其强度进行分析 车架模型可简化为 个多自由系统 其在受载荷作用下的微分方程可表示为:.()()式()中、()、分别为质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、载荷以及广义位移坐标变量 考虑到模态为系统的固有特性且与载荷无关 因而忽略阻尼对系统 的 影 响 式()可进一步简化为:.()根据材料力学理论 分离变 量 可 得 式()的解为:()()式()中、分别为第 阶振型和振动频率 根据该穿梭车的参数可得到其振动模态数据通过 进行模拟分析 四向穿梭车的 模型图如图 所示图 四向穿梭车的 模型图在上述基础上对车架进行静态结构分析得到紧急制动工况下车架的位移云图和应力云图分别如图 和图 所示图 车架位移云图图 车架应力云图 湖 北 理 工 学 院 学 报 年由图 可知车架的最大变形为.相对于车架尺寸而言这种变形非常小可以忽略说明车架的刚度是符合要求的最大变形位置出现在车架的上部支承横梁 由图 可知车架承受的最大应力为./小于车架的安全屈服强度 /属于安全范围样机试制及试验分析按照设计要求试制样机对重载密集仓储货架进行合理布局设定行走路线进行样机试验 重载密集仓储货架的布局及行走路径如图 所示样机试验的基本参数见表 图 重载密集仓储货架的布局及行走路径表 样机试验的基本参数项目技术参数载重/货物尺寸/货架高度/行走速度/(/).举升速度/(/).驱动方式 伺服电机通信方式无线 按上述参数要求将 货物放置在放货位通过 系统下发自动入库任务 四向穿梭车接到任务后自行取货并沿着自动规划的最优路径将货物准确地从入库位 点送至 点 实验发现其行走速度、举升速度均达到了设计要求 在运行过程中设备网络稳定行走顺畅换向无顿挫能够满足重载密集仓储系统的搬运需求结论设计了用于最大承载为 的重载密集仓储系统的 小样建立了车架模态振动模型提供了设计的理论依据 通过 软件对小车关键结构进行分析优化了设计方案 样机试验结果表明设计的 小车行走顺畅能够准确完成自动入库任务可为类似的重载密集仓储系统的设计提供有价值的参考参 考 文 献 马永敬孔维荣周娇娇等.典型立体仓储系统优势对比分析.价值工程():.魏京利杨龙湛红晖.自动化立体仓库穿梭式货架系统设计.人工智能与机器人研究():.成大先.机械设计手册.版.北京:化学工业出版社:.李祥森骆敏舟黄伟等.四向穿梭车的结构设计与分析.现代制造技术与装备():.邹海林张大勇方锦明等.基于 升降穿梭车车架力学分析.物流技术与应用():.段剑峰.自升式穿梭立体仓库的设计与货位优化研究.河北:华北理工大学.刘佳奇邱绪云高琦等.基于 的果园作业机械车架有限元分析.农业装备与车辆工程():.沈曈范秋鹏林文鑫.基于 对某中型货车车架的有限元分析.农业装备与车辆工程():.(责任编辑 王 书)第 期 汪 波朱见丰李 闪等:用于重载密集仓储系统的 系统优化设计与分析