一种搬运卷类物料AGV的设计与应用

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摘要：为解决传统AGV在搬运卷类物料时因轴向搬运方式导致的与设备碰撞干涉问题，本文提出一种基于径向搬运的新型AGV设计方案。这种设计的目的是为了向市场提供一种安全可靠、使用方便、节约空间的用于搬运卷类物料的自动导引车。该设计采用摆杆机构结合蜗轮蜗杆传动系统，通过优化机械结构，与控制系统配合，实现卷类物料的径向取卸货，使自动导引车突破搬运方向的局限性，不再需要人工干预和方向调转。实际应用表明，该AGV可适应不同尺寸的卷类物料，显著提升物流效率并降低运营成本。

关键词：卷类物料搬运；AGV；径向搬运；物流效率；机械结构设计

作者：王新宇王越王小铎张志浩韩国梁尉维雅

机科发展科技股份有限公司

一

引言

AGV作为现代智能制造和物流系统中的重要设备，其性能直接影响系统的整体运行效率。随着工业4.0和智能制造的快速发展，市场上对于各类型物料的搬运需求不断增加，AGV在工业搬运领域的应用日益广泛。在重载卷类物料（如电缆盘、钢卷等）搬运领域，市面上传统AGV多采用从卷类物料的轴向驶入，然后直接升降货叉的方式进行托举搬运，如图1所示。

图1 市面传统搬运方向示意

但由于某些成卷设备框架尺寸的限制（如图2所示），如果沿用以上从轴向搬运的方式，AGV车体会与设备本身发生碰撞干涉，无法满足这一场景的使用要求。这种对接设备物料搬运的使用场景，传统解决方案是由人工将卷型物料推出对接设备，并调整物料的方向后再由AGV从轴向搬运。这种方式效率低下且成本高昂。

图2 成卷设备照片

针对这一痛点，本研究提出一种基于径向搬运的AGV创新设计。本研究设计通过协同优化机械结构与控制系统，实现AGV对卷类物料的径向搬运（如图3所示）。这一设计能使AGV成功避开成卷设备的框架本身，避免两者发生碰撞，在满足使用要求的同时避免人工介入，实现卷类物料的高效安全搬运。

图3 本研究设计搬运方向示意

二

径向搬运AGV的设计

1.机械结构及其功能

本研究设计的AGV主要包括车体部分、改造支腿部分，如图4所示。车体采用具有高负载能力的托盘式叉车，改造支腿安装在车体的支腿一侧。

改造支腿包含主框架和支撑滚轮部分，如图5所示。主框架起到骨架作用，固定支撑支腿外侧封板、安装拖链线缆等部件。系统通过控制支撑滚轮的抬起和放下，可以实现货叉的抬起和放下。主框架内安装有前支撑和后支撑，前后支撑同时靠近物料起到支撑的作用。

图4 车体结构示意图

图5 改造支腿示意图

如图6、图7所示，前支撑座部件包括前支撑座和摆杆等。前支撑座活动安装在丝杠上，丝杠能够带动前支撑座进行直线往复运动，通过控制丝杠带动前支撑座停靠在不同位置，可适应不同直径的卷类物料。

图6 改造支腿剖面示意图

图7 前支撑部件示意图

前支撑座的上方通过支撑垫板固定安装有转动电机和减速器，转动电机与减速器连接，实现减速增扭的效果；轴承座安装有蜗杆，蜗杆两端安装在轴承座上，通过转动电机及减速器驱动实现蜗杆运动，蜗杆与蜗轮啮合带动蜗轮实现回转运动。由于蜗轮与蜗杆之间传动具有自锁特性，可实现摆杆回转的自锁功能，确保摆杆的位置稳定。此外，蜗轮与蜗杆之间传动具备较大的减速比，可提供高承载能力。

蜗轮上固定安装有小齿轮，小齿轮随蜗轮一起回转。小齿轮与大齿轮啮合，带动大齿轮一同转动。大齿轮与摆杆固定安装，带动摆杆回转。通过小齿轮与大齿轮啮合，可进一步放大扭矩。摆杆活动安装在前支撑座上。

前支撑座的下方两侧设置有支撑轮，具有滑动和承载的功能。

2.搬运取货流程

该AGV径向搬运卷类物料的取货动作流程如图8所示。当调度系统在接收到生产下发的取货信号后，向AGV下达指令调度其运行至指定位置，当车体后支撑与物料接触时AGV停止，待AGV稳定后，控制摆杆旋转90°（此时摆杆与物料还有一定的距离），控制丝杠电机转动，驱动丝杠带动摆杆机构运动，使摆杆与物料接触时停止，然后控制支撑滚轮向下伸出，使改造支腿和物料抬高，此时AGV可以载货驶出此工位。

图8 取货流程示意图

3.搬运卸货流程

该AGV径向搬运卷类物料的卸货动作流程如图9所示。当调度系统在接收到生产下发的卸货信号后，向AGV下达指令调度其运行至指定位置，待AGV在指定位置停稳后，控制支撑滚轮向上收回，使改造支腿降低直至卷类物料落地，然后控制丝杠电机转动，驱动丝杠带动摆杆机构运动，使摆杆与物料完全脱离一段距离后停止，待AGV稳定后，控制摆杆旋转90°收回。此时AGV可以驶出此工位。

图9 卸货流程示意图

本研究对搬运卷类物料提供了新的思路，突破了常规的物料搬运方向限制；在机械结构上，利用蜗轮蜗杆组件结合丝杠传动，使承载能力加大的同时，可以适应不同直径的物料搬运，AGV的使用范围更大。

三

径向搬运AGV的实际应用

本研究设计的径向搬运AGV已经成功运用于各种需要进行卷类物料搬运的行业，填补了行业空白。下面以某电线电缆厂的生产工艺为例，介绍该设计在具体行业中的应用。

当该电线电缆厂同心绞和框绞机的收线、绝缘挤塑机的收放线（主要为1.8米/2米线盘）生产任务结束后，自动或人工手动降下固定线缆盘的龙门架，将线缆盘具放至地面，即AGV对接的指定位置。放货时AGV与设备需要进行安全互锁，确保对接时安全可靠。

人工通过MOM系统（Manufacturing Operation Management，制造运营管理系统）或手持PDA（Personal Digital Assistant，掌上电脑），向AGV发起下盘及空盘补充的任务。AGV接收到任务后，将指定库位的空盘转运到龙门架线边缓存位置，设备与AGV通讯，发送呼叫信息。AGV进入收（放）线龙门架将线盘转运到缓存区指定库位，AGV与龙门架自动对接（如图10），将线边缓存的空盘转运到龙门架内进行下一轮生产。