基于AGV的立体仓储系统设计论文.docx
- 文档编号:16916158
- 上传时间:2023-04-24
- 格式:DOCX
- 页数:52
- 大小:986.64KB
基于AGV的立体仓储系统设计论文.docx
《基于AGV的立体仓储系统设计论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于AGV的立体仓储系统设计论文.docx(52页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于AGV的立体仓储系统设计论文
本科毕业设计(论文)
基于AGV的立体仓储系统设计
学院机械工程学院
专业班级机械工程及自动化5班
学生姓名曾文斌
学生学号201130086180
指导教师徐文斌
提交日期2015年5月10日
华南理工大学广州学院
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:
2015年5月10日
学位论文版权使用授权书
本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:
按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本;华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的的前提下,可以公布论文的部分或全部内容。
学位论文作者签名:
日期:
2015年5月10日
指导教师签名:
日期:
2015年5月10日
作者联系电话:
13725337871电子邮箱:
80290653@
摘要
本论文主要介绍了基于AGV的立体仓储系统设计,以AGV作为运输中转核心,将仓库与生产车间、原料进出站紧密连接。
工业的发展越来越快,生产效率越来越高,仓库的存储容量越来越走向瓶颈,这大大限制了企业的生产效益,仓储系统的立体化发展趋势越发明显,但传统的仓储系统采用叉车进行物流运输,这在成本上有一定要求。
AGV成熟应用,把仓储系统推往另一个发展方向,AGV再立体仓储系统中运用越来越广,本论文从立体仓储系统的结构开始介绍,介绍了机械结构中的仓库单元结构架、堆垛机、物流运输滚筒线,紧接着深入解析AGV的立体仓储系统中的应用设计。
本论文先探讨了立体仓储系统在工业应用中的应用前景、以及立体仓储系统在发展过程中的演变。
紧接着深入解析立体仓储系统的机械结构的各大模块,解析了单元结构架的设计,堆垛机的设计,物流滚筒线的设计,再解析各大部分协调合理发挥最大效益的协作方式。
最后深入讲解AGV在立体仓储系统中的设计要点,AGV运输采用三菱FX系列PLC作为控制中心,合理地应用外围模块进行控制设计,包括触摸屏控制界面,三菱模拟量/数字量转换器,直流无刷电机,直流无刷电机驱动器,运用三菱PLC的控制原理,合理地设计PLC程序,协调各部门高效运行。
关键词:
堆垛机;物流运输滚筒线;立体仓储系统;AGV
Abstract
Thispapermainlyintroducesthethree-dimensionalstoragesystemdesignbasedonAGV,AGVastransporttransitcore,thestationcloseconnectionandoutofthewarehouseandproductionworkshop,rawmaterial.Industrialdevelopmentmoreandmorequickly,productionefficiencyismoreandmorehigh,warehousestoragecapacityismoreandmoretothebottleneck,whichgreatlylimitstheefficiencyoftheproductionenterprises,warehousingsystemofthree-dimensionaldevelopmenttrendmoreobvious,butthetraditionalstoragesystemwithtrucktransportationandlogistics,thiscosthascertainrequirements.AGVmatureapplication,thestoragesystemtoanotherdevelopmentdirection,AGVandtridimensionalsystemusedmoreandmorewidely,thispaperfromthethree-dimensionalstoragesystemstructurebegantointroduce,introducesthemechanicalstructureofthestorageunitstructureframe,stacker,logisticsandtransportationdrumline,tightthenin-depthanalyticalAGVwarehousesystemdesignandapplication.
Thispaperfirstdiscussesthetridimensionalsystemapplicationprospectinindustrialapplication,andstereowarehousesystemevolutioninthedevelopmentprocess.
Followedbyin-depthanalysisofthree-dimensionalstoragesystemformechanicalstructureofeachmodule,analysisoftheunitstructuredesign,designofstacker,logisticsdrumlinedesign,analyzingthemostcoordinatedreasonableplaymaximumbenefitofthecollaborativeapproach.
Finallyin-depthexplanationofAGVinwarehousestoragesystemdesignpoints,theAGVtransporttheMitsubishiFXseriesPLCasthecontrolcenter,thereasonableapplicationofperipheralmodulescontroldesign,includingatouchscreencontrolinterface,Mitsubishianalog/digitalconverter,DCbrushlessmotor,DCbrushlessmotordriver,theuseofMitsubishiPLCcontrolprinciple,reasonabledesignofPLCprogram,coordinatedandefficientoperationofvariousdepartments.
Keywords:
Stackingmachine;Transportationroller;Solidstoragesystem;AGV
第一章绪论
1.1选题的背景及意义
1.1.1选题的背景
第二次世界大战后生产空前解放,技术发展越来越快,传统仓储系统容量已经无法满足生产力的要求,严重限制生产效益,立体仓储的概念应运而生。
早在五十年代初,美国首先采用桥式堆垛起重机的仓库;在50年代和60年代初期,巷道式堆垛起重机的发展越发成熟,出现了由操作员操作的系统。
而来到1963年,立体仓储系统进入新的阶段,此时的美国,计算机技术发展已经瑶瑶领先世界,就在计算机控制技术发展下,第一个计算机控制的立体仓储系统应运而生。
在此之后,自动化立体仓储系统在欧洲国家和美国等西方国家发展迅速,并形成了专门的行业[1]。
立体仓储物料搬运设备的和研制、发展起步在我国也不晚,当世界各国都在尝试将立体仓储往成熟化发展,我国的研制也可以追溯到193年,那年开始正式研发桥式堆垛起重机,也在那一年,我国成功研制出第一台堆垛机,而在1973年就开始发展中国的第一太用计算机作控制中心的自动立体仓储系统,早在1980年该仓储系统正式投入生产。
截止到2003年,中国自动化立体仓储布局量已经远远超过200座[2]。
立体仓储系统相比传统的仓储有鲜明的特点:
空间的利用程度非常非常高,同时具备非常强的货物出库/入库能力,同时使用计算机控制管理从而进入企业实施现代化管理等特点,这种存储技术已经成为各大企业物流和生产经营管理不可或缺的生产力技术,立体仓储系统的应用越来越受各大企业的重视。
1.1.2选题的意义
基于自动引导小车(AGV)的立体仓储是采用大型仓储货架的拼装,很好地利用三维空间,再加上自动化管理系统,使得货物查找便捷,同时合理的堆垛方案,物料存取速度更快,故基于AGV的立体仓库就比传统仓库的占地面积更小,空间利用率更大,生产效益更高。
为各大企业节约仓储土地占用的同时,仓储的空间也实现了充分的利用,资源利用率更高[3]。
工业技术的日益发展,生产效益是企业的第一大升级项目,自动化管理提高了仓库的管理水平。
基于AGV的立体仓储系统使用计算机作为控制中心对出/入库信息进行准确无误、实时性更高的数据管理,从而大大降低出现差错的概率,从而保证物料仓储的完整,在提高了工作效率的同时,系统数据管理也更加便捷。
而且立体自动化仓储在入库/出库的物料输送中实施全方面、全方位的自动化控制,AGV搬运工作更加安全、可靠,从而降低
货品的破损率,并且在特殊设计下,对于一些环境有高性能要求的货品,提供一个良好的保存环境,与此同时降低了工作人员在货品搬运时可能会受到的伤害[4]。
基于自动引导小车的立体仓储可以形成先进的生产链,促进了生产力的进步。
1.2论文主要工作
(1)立体仓储结构概述;
(2)立体仓储结构的硬件选型;
(3)立体仓储系统的控制设计;
(4)AGV机械本体设计;
(5)AGV机械硬件设计;
(6)AGV机械控制设计;
(7)立体仓储系统的总控制台控制设计。
1.3本章小结
本章节从选题的背景及意义出发,逐渐切入论文的设计内容,纵览工作内容设计的思路,从仓库的架构机械本体设计入手,根据设计需要选用合理的硬件,以及设计稳定的控制程序;同时深入规划堆垛机的设计方案,采用合理的硬件设计,稳定的控制程序,实现堆垛机的功能需求;从仓储系统设计再切入物料运输滚筒线,设计滚筒线机械本体设计,硬件选型及控制程序设计。
最后结合从仓储的整个运输系统设计AGV的物料物流,这个环节包括AGV的机械本体设计,AGV硬件选型,AGV的控制。
第二章立体仓储机械系统设计
2.1立体仓储系统的研究分析
自动化立体仓储的建设越来越广泛,在一下的图中可以明确看到各行各业的分布越来越多,主要分布在烟草行业已经达到17%、医药领域占13%、汽车工业占10%、食品饮料占8%、连锁零售占8%、军事工业占8%,与此同时国内的自动化立体仓储建设逐渐渗透到各行、各业,“其他行业”比重虽然占据一大部分但是是比较分散的[6]。
值得关注的是,国内各大物流研究建设在近几年中发展速度迅速,相继有许多单位建成物流实验室,充分地说明我国物流也的步伐将进入一个新的舞台。
图2-1立体仓库应用行业的分布状况
从图上的分析可知,立体仓储的应用各行各业的应用开始变得越来越普遍,而传统的立体仓储系统已经不能满足行业的发展以及社会工业技术的发展,传统的立g体仓储系统采用叉车或者人力搬运进行物流活动,这大大限制了企业的生产效率[7]。
基于AGV的立体仓储系统成为发展的主向,AGV搬运效率高、自动化程度高、可全天无人看管下运行,AGV的成本低,维修费用低、售后简单。
基于AGV的立体仓储系统越来越符合时代发展的潮流。
2.2立体仓储系统机械本体概述及硬件选型
2.2.1立体仓储结构概述
确定的结构形式是一个仓库的结构必须包括的部分。
结构设计包括两方面的内容,这两个一起决定系统性能的结构组成:
第一,选择自动化仓库的类型(系统);其次,系统的配置,确定数量和巷道货架尺寸[8]。
随着对仓库的研究的不断深入,为了能够在数据库,模拟,设计处理问题的模型分析,提出了许多人工智能和实验分析方法。
研究最广泛的模拟研究,他们重复六个不同的库配置仓库评价实验效果,包括不同类型的输入/输出端口设计,仓储货架,货架的分布结构和货架大小等类型的选择。
这两个相关的设计决策可以预测,产品的特性,在历史数据的统计和未来的需求,预算,量所需的存储空间和可行的土地空间的基础上[9][10]。
类型选择和标准选择对自动化立体仓储系统进行详细的阐述,包括巷道,巷道货架数量,高度,长度和尺寸,仓储货架放进/出的位置和数量,输入/输出库能力,每个巷道布置堆垛机的数量,每个巷道布局的工作人员数量,分类,分类位置分配方法,仓储单元的设计决策。
图2-2立体仓储高架总览
2.2.1.1高货架
仓储货物架的单元空间内货架储存货物的空间,是一个单位的仓储货架货物的位置。
每批货物箱可以有一或多个商品。
首先获知出入库货物单位的体积大小,从而确定高架仓储单元格的尺寸。
在三维仓储结构的设计时,货格尺寸是一个非常重要的设计内容,这个参数不仅仅影响到仓库面积的规划,同时影响空间利用率等,但对仓库也可以成功地出/入库相关商品。
给定的仓储出/入库货物单位的的体积大小,高架单元的尺寸大小主要取决于货物单元在需要存储空间的大小和组件[11]。
周围间隙太大或太小,都是不合理的。
如果间隙过大,会造成空间的浪费,降低空间利用率,从而影响仓库容量。
如果间隙太小,不足以容纳,由于轨道误差的货架制造和安装误差,间隙,堆垛机的制造误差和重复性误差,在巷道口位置误差,解决物品大小偏移引起的误差,并对堆垛机的存取操作成功完成的影响。
图2-3高货架单元结构图
2.2.1.2巷道式堆垛机
本课题设计的立体仓储系统的货架间通道采用巷道堆垛机,所用的巷道堆垛机主要是上部承重的下垂式和上部导轨限定的下部承重两种方式。
主要用于中、高层立体仓库。
图2-4巷道式堆垛机结构
巷道式堆垛机包含:
行走驱动部分、电控系统部分、升降驱动部分、地轨、底架、载货台、货叉、立柱、天轨等组成[12]。
行走驱动部分负责驱动整个堆垛机行进,天轨、地轨负责给堆垛机构建前进导向,升降驱动部分负责升降载货台,立柱为整个堆垛结构作支撑,货叉负责取下货架上的货料[13]。
图2-5堆垛机电机驱动结构
本课题的货架通道与堆垛机的立体仓储系统的设计,所选用的巷道式堆垛机,主承重由上往下垂和上承轨承载下部负载。
主要用于高层仓库。
巷道式堆垛机包括:
电力驱动部分,电气控制系统,升降驱动部分,铁轨,卡插底盘,承载台,叉,结构梁,天轨等[14]。
电力驱动部分,轨道驱动部分,堆垛机构沿上导轨,升降驱动部分负责吊装货物的中心,以整个柱层结构梁为支撑,以此来完成货物的出/入库。
由地面轨道堆垛机,换向机构和机架,行走机构,垂直升降机构,处理系统,定位和升降机构,主屏支持组合之间的“直线物流”和“载体”的接入功能,确保准确,流畅,稳定,快速、可靠和完整;相关设备信息交换任务。
同时可以最多6层接入网支持。
(1)设计参数。
行走轮的递送:
300mm;
负载功率:
11.0kw,
减速箱的减速比:
1/11,
电机:
伺服电机;
传动方式:
链传动;
电机的升降功率:
9kw;
减速箱:
1/20;
伺服电机最大速度:
16m/min;
升降方式:
链传动,设置导向装置和平衡装置
停止精度:
±2.0mm;
功率:
0.4千瓦,
传动比:
1/14,
伺服电机最大传输速度:
45.4m/min;
传动方式的选择:
齿轮齿条传动,直线导轨用于定位;
提升力:
1KW;
减速比:
1/20;
传动选择:
蜗轮蜗杆,线性轴承导向。
(2)框架结构。
整个结构框架采用的是铝合金管连接并装配,最终再进行焊接,以其容易程度,架构外观的美观程度,结构设计保证机架的强度和刚度来设计框架结构。
顶部和底部加强区域安全,安装单位;行走机构设置操作维修平台和安全围栏。
2.2.1.3滚筒输送机
图2-6滚筒输送机结构
员工在分配任务的基础上,把物料托盘放置在输送机。
放置后,根据操作完成按钮,货物自动存储,后移交给堆垛机对接工位,堆垛机会来接。
并依据货架堆垛机和地址,堆垛机自动到达相对应货品高架,进行添加,拣选工作[15]。
堆垛机自动接收订单拣货出库,根据位置,到达输送机自动卸载货物的中转站。
对于出库订单,货物经输送机自动出货,完成出库的任务工作。
拣选,添加操作可以分为出库/入库的存储过程。
堆垛机接收添加,拣货单,将自动提货按地址,到达输送机的输送带,并输送到AGV物料对接口。
当出库任务下达,计算机按任务控制输送机自动发货[16]。
当操作者完成商品的选择,添加完成按钮后,按操作,货物自动存储,后移交给输送机,堆垛机会来接。
并依据货架堆垛机和地址,堆垛机自动到达相对应货品高架,进行添加,拣选工作。
(1)设计参数。
长长的滚筒输送机:
90mm;最大传输速度:
25m/min,频率控制;传动方式:
链长;滚道表面平整度:
±1.0mm;最大速度:
40m/min;堆垛电机抬升方式选择:
链传动,与此同时设计导向装置和平衡装置;停止网络方式:
6;停止精度:
+2.0mm[17]。
(2)安全措施。
链传动的安装板;顶部和底部加强区域安全,安装单位;外部透明保护板;为阶梯检查维修,安全栏杆和平台安装在上部。
(3)框架结构。
架体由铝合金管连接与装配与焊接,以其容易容易程度,外观的美观程度,保证机架的强度和刚度方面具有极高的选择。
2.2.2立体仓储结构硬件概述
2.2.2.1高货架硬件概述
根据承重要求选用钢材,选材依据(CECS23:
90钢货架结构设计选材规范)[19]。
2.2.2.2堆垛机硬件概述
仓库设备应配备根据工艺和各方面的考虑,并根据货物的仓储,对频率和重量单位,确定各配套机械设备性能参数的大小。
对于输送机,输送机的宽度是根据货物单元的大小决定,根据仓库的频率要求确定输送机的速度。
硬件设计方面,根据规模,仓库货物的品种,机械设备存储的频率来选择最合适的,和主要参数的确定根据存储的频率;确定各机构的工作速度:
单位根据选定的货物举升重量,搬运和输送堆垛装置,起重量是确定的;并依据存储货物单位尺寸,来确定输送机的规格选型,最终确定输送机子系统的输送速度和任务协调。
2.2.2.3输送机硬件概述
输送机的类型是比较常见的,包括滚筒输送机,链式输送机,升降平台,配送车辆,提升机,皮带机等。
2.3AGV结构设计及硬件选型
2.3.1AGV机械设计概述
AGV和机械手由整合成一部分。
机械手可以伸缩,并能实现旋转等多轴全方位的要求;控制系统是整个系统的中枢,采用的是三菱PLC,它将驱动直流无刷电机,处理传感器输入的信号,运行寻磁线的定位算法,并通过中控系统控制机械手的移动和无线通信功能,以及移动的方向,从装卸码头便可实时操作AGV机器人的计算机,可以实现实时控制[20]。
驱动装置由差速轮,直流电源驱动直流无刷电机,高速全范围光电传感器、霍尔传感器和硬件控制电路;采用左右驱动轮的差速驱动保证AGV沿着正确轨道运行,以及对光电进行实时的系统;AGV机器人无线通信系统和上位机(PC机)通信,嵌入式计算机主控计算机和AGV机器人配备无线数据通信卡;供电系统提供直流电源,供电方式是48V蓄电池输出电源,以此保证连续工作12小时以上;安全装置采用红外传感器避障,障碍物检测,同时设计了避撞的机械结构,在AGV碰撞到前方障碍物时,能够实时停下,对人员和设备的安全做最大保护。
图2-7AGV前面板说明1
图2-8AGV前面板说明2
2.3.2AGV硬件说明
表2-1系统AGV功能参数表
基本功能
潜伏牵引
自身重量
260kg
导引方式
磁导航
行走方向
前进/后退
驱动方式
4WD
最大速度
直线40m/min弯25m/min
工作速度
直线30m/min弯20m/min
地址读取方式
RFID地标
载重能力(牵引)
大约1000kg
水平牵引力
753N
爬坡能力
小于1%
最小转弯半径
R900(不含拖车)
直线导引精度
±10mm
停止精度
±10mm
尺寸
长1975mm
宽441mm
高297mm
电机
型号
DC无刷电机
输出功率
100Wx4
控制方式
—
微电脑控制
驱动模组
驱动轮
Φ130聚氨酯
传动方式
链条
功能
障碍物检测
0~3M感应距离
安全缓冲触边
有
过载保护
有
信号灯
红、黄、绿三色
音乐喇叭
5种声音选择
电量计
显示当前电池电量
指定目的地
最多255个站点设置
路口交通管制装置
选装
异常报警
有(音乐喇叭及信号灯)
紧急停止开关
有
操作按钮
启动、停止、运行准备、故障清除
人机界面
液晶显示及键盘输入
驱动单元提升
有
蓄电池
DC24V、75AH
充电方式
离线充电
2.3.2.1PBS传感器
表2-2PBS传感器参数表
供电电压
24VDC(18-30VDC)
供电电流
<250mA(<100mA,照明关闭),除I/O端子电流和冲流(500mA)
激光光源
红外线LED
监测对象和范围
300×300mm白纸(与传感器发射表面平行);
0.2to3m×2m(原点是扫描中心位置),扫描角度180°
2种扫描模式
每个区域可单独设置输出
输出
光电耦合/NPN开集电极输出(30VDC<50mA);1,2,3:
OFF=探测到物体;故障输出:
ON=正常工作
输入(1-4)
光电耦合输入(共阳极,每个输入电流>4mA),可用于设置监测区域
监测区域设置
监测区域转换:
:
通过[输入1,2,3,4]来设定区域;
发射停止:
[输入1,2,3,4]同时为ON;
输出响应时间
<180msec(扫描速度1rev./100msec);
输入响应时间
周期:
1个扫描时间(100msec)
指示灯
电源(绿):
故障时闪烁;输出1,2,3(黄):
灯亮表示监测到物体
连接线长
1m
环境照明
卤素/汞灯:
<10,000lx,日光灯:
<6,000lx
环境温湿度
-10to+50degreesC,<85%RH(无凝露)
振动
双振幅1.5mm10to55Hz,每轴2个小时
冲击
490m/s2,10次,X,Y,Z方向
防护等级
IP64(IEC标准)
寿命
5years(电动机寿命)
材料
前面:
Polycarbonate,后面:
ABS
重量
约500g
图2-9AGV光电传感器
2.3.2.2可编程控制器选择
FX系列PLC
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 AGV 立体 仓储 系统 设计 论文