立体仓库巷道式堆垛机设计及运动仿真-三维图运动仿真机械毕业设计CAD图说明书论文
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立体仓库
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立体仓库巷道式堆垛机的最新应用与研发动态一、立体仓库的定义及发展现状货架自动化立体仓库简称立体仓库，是一种集合了输送、管理、仓储的一门科学类应用工程。自动化立体仓库系统主要指不需要仓管人员对仓库的现场进行管理，自动化立体仓库通过先进的搬运设备、实现整个入库、输送、存储、出库过程的高度机械化、自动化、信息化。自动化强调了控制在自动化立体仓库中的核心地位。自动化立体仓库具备占地面积小、仓储速度快、可靠性高、储存量大等特点。高层货架仓库的出现，伴随着二战以后经济快速发展所带来的生产力发展，一开始这种存储仓库只是普通的货物存储仓库，但伴随着社会经济的发展、生产规模的扩大以及交易量的扩张，社会对物流仓库的需求也在不断地扩大。同时，计算机信息时代的到来给高层货架仓库带来了新的活力与动力。通过计算机控制，借助机电一体化实现了自动化立体仓库的诞生。自动化立体仓库在人工的基础上、逐渐加入了机械作业设备、AGV运输小车，融合了RFID射频技术，集成了自动化控制系统，再加入人工智能，在实现仓储运输的高度自动化基础上，减少对于人工的依赖，并有一定的预测能力，自动对仓库路径进行分析检测，完成优化，在存储速度和存储效率上实现进一步提升。二、堆垛机的主要机构和工作原理 自动化立体仓库，采用的是一个具备了几层、十几层、几十层等不同规格的货架，来进行单元式的货物储存，并且还利用了一系列的物料搬运设备，例如，堆垛机、输送机、LGV等，来进行货物的出入库作业;接下来，我们就对其中最为核心的堆垛机设备，进行相应的介绍与说明。堆垛机主要由下横梁、货叉机构、立柱、上横梁、运行机构、起升机构和电气控制系等组成。上、下横梁是由钢板和型钢焊接成箱形结构，下横梁前后安装有驱动轮和被动轮。一般前后的两轮轴孔，在落地镗铣床一次装夹加工完成，以确保主、被动轮轴线的平行，从而提高了整机运行平稳性；立柱是由方钢管制作，在方钢管两侧一次焊接两条扃钢导轨(材质16Mn)，导轨表面进行硬化处理，耐磨性好。上横梁焊于立柱上方，立柱与下横梁通过法兰用高强度螺栓连接。整个主体结构具有重量轻、抗扭、抗弯、刚度大、强度高等特点。堆垛机通过与上位管理、控制系统连接，全面实现货物入库和出库作业的自动化。堆垛机与立体货架的通讯采用了红外通讯的方式。这样既避免了在车间中布太多的导线，又具有相对较强的抗干扰能力。堆垛机控制系统与上层管理系统（计算机或手持盒）的通讯都通过RS485的方式进行，为了及时对上层管理计算机或手持盒发来的指令进行响应，系统软件采用串行口通讯中断的方式，能以最短的时间与上层计算机或手持盒建立通讯。堆垛机结构示意图，如图1。三、堆垛机精准定位控制3.1 堆垛机水平方向行走精准定位控制堆垛机水平方向控制的目标是：堆垛机收到任务后，实现堆垛机沿巷道方向对货位进行寻址，完成水平方向控制。在设备调试时，现场自控工程师会在线打开博图PLC程序HMIDB38中HORVALUE，对每台堆垛机载货台进行移动认址，分别将采集到的首列距离地址数值、最大列距离地址数值、入库站台位置距离地址数值、出库站台距离地址数值、水平进退强制减速距离地址数值输入程序DB块中。巷道的每个货位（宽度）是标准规格定值不变，通过激光测距仪实时监测出距离，认址系统程序会累加（累减）进行计算，并将计算出的值与要求达到的目的地址数值（货位）相比较，以实现精准认址，从而判断出堆垛机水平方向的准确位置，确保堆垛机到达时自动停车。3.2 堆垛机载货台垂直升降精准定位控制堆垛机垂直方向控制的目标是：实现收到任务堆垛机载货台在垂直方向对货位进行寻址，确保在预定的货位对应高度处准确停住。实现精准认址，从而判断出堆垛机货位的位置，确保堆垛机载货台到达时自动停车。3.3 堆垛机货叉位置精准定位控制货叉驱动电机选用SEW的电机减速机；货叉伸缩机构是由动力驱动和上、中、下三叉组成，下叉固定于载货台上，三叉之间通过链条传动作直线差动式伸缩。货叉运动方向使用绝对值测速编码器获得货叉实时位置。编码器安装在从动侧货叉传动轴上，货叉的原点定位接近开关安装于载货台中央。货叉的操作分伸叉、收叉两个动作，涉及到伸叉与收叉到位的定位控制。在设备调试时，堆垛机的货叉伸叉与收叉到位的定位控制由现场自控工程师在线打开博图PLC程序HMIDB38中FORKVALUE，对每台堆垛机载货台货叉左/右伸叉位置进行货叉移动认址，分别将采集到的数值输入程序DB块中，巷道上货架的每个货位（深度）是标准规格定值不变。当货叉左/右收叉回到载货台货叉原点（中位）时，检测到位的带反光纸的光电开关向堆垛机博图PLC控制系统程序发出信号，货叉左/右收叉完成运动。四、堆垛机的发展应用4.1 基于IGA优化模糊PID的堆垛机目前堆垛机普遍采用变频技术对电机进行开环控制，其在存取货物的过程中，受惯性力作用和不确定性因素的影响，容易导致启动和停止时间长、速度不稳定，进而使堆垛机立柱产生震动，不能准确定位以存取货物，严重时甚至会造成货物掉落。因此，保证堆垛机响应速度快和运行状态稳定性是关键。PID作为一种线性闭环控制器，可有效控制系统状态，其结构简单，鲁棒性好且易于实现，在工业生产中具有广泛应用，但参数整定困难，对具有时变性和非线性的复杂系统控制效果不理想。针对复杂的非线性系统，部分学者结合模糊策略，实现了模糊PID非线性控制系统，但仍存在参数调整困难的缺陷。因此，有人提出了智能优化算法自动调参，但往往存在陷入局部最优和收敛速度慢的问题。4.2双工位Mini-load堆垛机对于一台双工位的Mini-Load堆垛机，单个作业周期内可以完成两条入作业以及两条出库作业，即两次存取的动作。多台堆垛机作业的合理分配可以最大限度的使所有设备满负荷运转，提高资源利用率。单台双工位的Mini-Load堆垛机在单指令循环周期内可以访问4个货位进行存取作业，合理地进行入出库货位的分配可有效的缩短作业时间，提升整套系统的入出库效率。4.3模块式堆垛机模块化设计的设计理念是在降低产品开发成本,缩短设计周期的要求下提出的。其基本思想是以有限的模块组成多样的产品,达到既要满足用户对产品的个性要求,又保证批量生产从而降低成本的目的。其意义主要体现在下列几个方面。1)缩短研发时间,缩短供货周期;由于模块式结构有多种数据参数,可根据用户提出的不同要求选择合适的型号,采用已有的模块进行组装,可直接满足用户对产品的要求。2)有利于产品升级换代,开发新产品;可根据用户需求,研发设计新功能模块,通过模块间组合形成新技术新功能模块,代替旧模块,研发设计出新产品。3)优化产品性能,减少产品成品;模块设计方便模块自身设计优化,方便形成专业化生产,能够提高生产效率,提高企业效益。4)便于实现自动化、标准化、通用化。模块化设计的自动化是建立在模块的标准化和通用化的基础上,标准化和通用化能更好实现零件的互换性,更容易实现产品的批量自动化生产。五、现代物流立体仓库在当前的制造体系中均能运用自动化立体仓库，可根据产品的不同，采用不同的处理方式。针对用于生产的原材料，可以先放置在自动化立体仓库中，在需要加工时进行出库领用；针对已经加工过的半成品，也可以先放置在自动化立体仓库中，然后根据需要配送至各部门；针对已经制造完成的货物，一部分运输给客户，一部分先放置在自动化立体仓库。运用自动化的立体仓库能够有效、真实、快速地掌握商品的所有信息，有效的衔接货物各环节的流通，确保生产及输送保持平衡，进一步控制生产的成本，确保企业在生产制造过程中的及时性及高效性。货物在仓库中存在两种动态，一是货物入库，二是货物出库。货物的入库及出库均有两种形式，分别是货架前区的入库/出库、加工区的入库/出库，货架前区的入库/出库需要仓管员根据货物的种类进行信息确认，再将入库/出库信息传输到堆垛机上，然后堆垛机根据指令完成入库/出库。六、总结 在我国物流行业与生产行业的迅速发展之下，自动化立体仓库的功能要求与数量需求也在不断地增长;为满足我国物流与生产事业的平稳化、智能化的发展趋势，也必须不断提高自动化立体仓库的设计水平与堆垛机的技术。参考文献1杜毅.自动化立体仓库中堆垛机分类与结构研究J.中国设备工程,2019(22):83-84.2张靖.自动立体仓库中堆垛机常见故障与维修策略J.物流技术与应用,2020,25(04):112-114.3蒙重宝.自动化立体仓库堆垛机的控制与设计研究J.科技风,2020(34):16-17.4韩政军,梁信学.堆垛机精准定位及闭环算法简析J.中华纸业,2020,41(14):40-46.5郭丽,吴双,杨腾飞,朱龙,王占河.双工位Mini-Load堆垛机调度系统设计与应用J.制造业自动化,2020,42(06):27-29+60.6王芳,潘春荣.基于IGA优化模糊PID的堆垛机控制系统研究J.制造业自动化,2020,42(11):82-86+106.7刘晔,张一珏.立体仓库物流系统的仿真与分析J.物流工程与管理,2020,42(10):87-89+56.8卢浩博,郑勇.现代物流与自动化立体仓库系统的构成探究J.产业创新研究,2020(20):119-120. 9马林春.一种模块式堆垛机在立体仓库中的应用J.南方农机,2020,51(14):134-135.10岳森峰,张尊敬,孙必超.
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