智能空中運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能空中運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.3.1總體運(yùn)作流程分析零部件以及商品車都由AGV小車運(yùn)輸?shù)骄€路起始端，起重機(jī)將貨物從地面高度提升到運(yùn)輸機(jī)器人的高度，運(yùn)輸機(jī)器人利用可伸出部分承接貨物，在貨物完全進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)器人車廂內(nèi)后，前后合蓋關(guān)閉，進(jìn)行安全運(yùn)輸。運(yùn)輸起始點(diǎn)與終點(diǎn)如圖6.12所示。圖6.12運(yùn)輸起點(diǎn)與終點(diǎn)6.3.1.1零部件運(yùn)作流程設(shè)計(jì)空中線路1主要是零部件的運(yùn)送線路，由集散中心將零部件運(yùn)往主機(jī)廠園區(qū)進(jìn)行加工生產(chǎn)。（1）異地調(diào)達(dá)、本地準(zhǔn)時(shí)化、本地循環(huán)取貨零件均運(yùn)送至本地集散中心（與商品車倉儲物流園在一個(gè)園區(qū)）；（2）本地集散中心根據(jù)主機(jī)廠需求，將零件進(jìn)行排序、編組，將KLT零件成托、GLT零件通過空中輸送運(yùn)送至主機(jī)廠；（3）使用完成后，循環(huán)器具通過空中輸送返回本地集散中心。6.3.1.2商品車運(yùn)作流程設(shè)計(jì)空中線路2主要是商品車的運(yùn)輸線路，由主機(jī)廠園區(qū)將商品車運(yùn)往集散中心與商品車倉儲物流園進(jìn)行倉儲。（1）商品車下線后，移動(dòng)到主機(jī)廠園區(qū)的內(nèi)部停車空間，等待輸送；（2）下達(dá)命令后，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)載單元，將商品車進(jìn)行加固處理，做好保護(hù)措施后通過空中輸送，倒運(yùn)至整車倉儲物流園。6.3.2運(yùn)載機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)（1）實(shí)現(xiàn)功能分析參照奧迪A6L2023款參數(shù)，車身長度5050mm，寬度1886mm，高度1475mm以及零部件中KLT托盤、GLT器具尺寸，以及利用模數(shù)使得空間利用率最高的原則，以及考慮到了人員進(jìn)出的便利性，成年人充分活動(dòng)的寬度考慮為0.5m，在放入車輛的同時(shí)預(yù)留了一部分空間，使得人員可以更輕松地進(jìn)出,該車設(shè)計(jì)長為6050mm，寬為2886mm，高為2100mm。運(yùn)載機(jī)器人的功能方面，前后凸起部位設(shè)計(jì)可打開，以便方便車輛的進(jìn)出。兩側(cè)玻璃的設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了車輛的整體外觀，還提供了便利的觀察視野。梭形設(shè)計(jì)不僅有利于美觀，還能有效減少運(yùn)行中的噪音。同時(shí)車輛底部設(shè)有可移動(dòng)的平臺，利于貨物裝卸。（2）外觀方案確定這款運(yùn)載機(jī)器人的外觀設(shè)計(jì)類似梭形貨物集裝箱的車輛在保證美觀的同時(shí)注重容量和結(jié)構(gòu)牢固，以及降低空氣阻力。車身左右兩面采用梯形金屬板和倒三角玻璃組成，金屬板上醒目地標(biāo)有一汽二字。其余采用高強(qiáng)度、輕量化的材料，如碳纖維復(fù)合材料，以減輕車輛重量。輕量化設(shè)計(jì)有助于減少能源消耗，提高整體運(yùn)輸效率。圖6.13運(yùn)輸機(jī)器人二維平面圖采用具有二級防護(hù)功能的新型吊具，消除在水平運(yùn)輸中的安全隱患；運(yùn)輸車采用高分子膠輪，降低噪音；運(yùn)輸車動(dòng)力采用電力驅(qū)動(dòng)、高性能交流傳動(dòng)控制策略，提高系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性和效率，同時(shí)降低能耗污染。（3）基本參數(shù)運(yùn)載機(jī)器人的基本參數(shù)如表6.9所示。表6.9運(yùn)輸機(jī)器人數(shù)據(jù)圖（4）三維建模效果圖利用Solidworks對機(jī)械主要構(gòu)成建模如圖所示。圖6.14運(yùn)載機(jī)器人三維圖圖6.15運(yùn)載機(jī)器人可移動(dòng)部分伸出詳細(xì)圖6.3.3運(yùn)載機(jī)器人安全性裝置設(shè)計(jì)6.3.3.1減震裝置圖6.16減震裝置6.3.3.2離位報(bào)警器裝置離位報(bào)警器的工作原理基于傳感器的信號變化。一旦目標(biāo)物體離開給定位置，傳感器會感應(yīng)到位置變化并產(chǎn)生相應(yīng)的信號。這些信號會被離位報(bào)警器接收并分析，一旦判斷目標(biāo)物體已經(jīng)離位，報(bào)警器會發(fā)出警報(bào)以提醒人們。離位報(bào)警器是一種可靠的設(shè)備，可以用于監(jiān)測目標(biāo)物體是否脫離或移動(dòng)出預(yù)定位置，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)。離位報(bào)警器采用了多種傳感技術(shù)來監(jiān)測位置變化。其中接近傳感器可以通過測量目標(biāo)物體與感應(yīng)器之間的距離來判斷其位置。它通常使用紅外線或超聲波等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在本案例中適用，在運(yùn)輸機(jī)器人的頂部安裝車輛尺寸外圍稍大的區(qū)域安裝接近感應(yīng)器，一旦運(yùn)輸?shù)哪繕?biāo)物體被感應(yīng)器感應(yīng)到就已經(jīng)超出預(yù)定位置，進(jìn)行報(bào)警。圖6.17接近感應(yīng)器圖接近感應(yīng)器與控制系統(tǒng)鏈接，一旦信號發(fā)生變化，控制系統(tǒng)界面收到報(bào)警信息，同時(shí)運(yùn)輸機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。6.3.3.3防雷裝置圖6.18防雷裝置6.3.3.4防雨雪裝置圖6.19防雨裝置6.3.4運(yùn)輸軌道設(shè)計(jì)線路設(shè)計(jì)確定需要運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品零件的重量、體積和尺寸。評估每日或每小時(shí)的運(yùn)輸量，以確定軌道的運(yùn)載能力。從主機(jī)廠到一汽物流智慧物流園的線路設(shè)計(jì)基本形狀為直線，如圖6.20所示。兩地直線距離8公里左右，往返線路兩線平行設(shè)計(jì)，最低點(diǎn)距地高度4.5m以上。圖6.20系統(tǒng)實(shí)施區(qū)域示意圖考慮到索道設(shè)計(jì)事故發(fā)生率較高，為了進(jìn)一步行車安全，軌道計(jì)劃采用單軌設(shè)計(jì)通過轉(zhuǎn)向架將輪子與軌道連接。軌道梁橋鋼立柱一般分為Y形、倒L形、門式墩等墩型，如圖6.21所示。圖6.21軌道橋梁鋼立柱分類圖由于懸掛式軌道系統(tǒng)在車輛結(jié)構(gòu)上和運(yùn)行方式等方面的特點(diǎn)，一般雙線段采用Y形，Y形橋墩結(jié)合了T形橋墩和門式墩的優(yōu)點(diǎn)，下部成單柱式，質(zhì)量輕，占地面積小，而上部成雙柱式，對蓋梁工作條件有利，無須施加預(yù)應(yīng)力，造型輕巧，比較美觀。軌道立柱設(shè)立在往返軌道中間，不妨礙運(yùn)輸車的往返運(yùn)行，增加支撐性。根據(jù)成都新能源空軌試驗(yàn)線建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，受運(yùn)輸車輛長度限制，同時(shí)考慮公路運(yùn)輸部門對超限車輛的管制要求，運(yùn)輸梁長不宜超過25m。軌道架設(shè)包括梁柱、軌道及道岔等，梁柱為水泥立柱，起到支撐軌道的作用。軌道梁采用箱型中空斷面，內(nèi)含集電軌、通信纜線、導(dǎo)向軌、走行軌等，目前，德國采用車輛長度為8232mm，車輛寬度為2244mm，車輛高度為2623mm，依據(jù)類比法，此案例中同樣采用標(biāo)準(zhǔn)軌道，其軌道梁采用標(biāo)準(zhǔn)梁梁結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓尺寸為1100mm(高)x780mm(寬)，截面下開口寬度為180mm，下翼緣鋼板厚度為30mm，兼做軌道。為增加開口截面剛度，軌道梁外側(cè)四周以及底板開口采用鋼板肋加筋。列車在軌道梁上運(yùn)行時(shí)允許梁最大撓度20mm。圖6.22軌道梁支撐裝置設(shè)計(jì)圖圖6.23軌道線路設(shè)計(jì)圖（2）電機(jī)的選型PF=5000VP考慮到效率虧損問題，查找手冊得：P選擇采用兩個(gè)型號為SFZ22-4-2005-315/350-4-1500的伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm（3）運(yùn)載機(jī)器人與軌道線路的配合利用單軸轉(zhuǎn)向架代替?zhèn)鹘y(tǒng)兩軸轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架是懸掛式單軌車輛的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定車輛運(yùn)行性能和安全單軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的三維模型如圖所示，主要部件包括構(gòu)架、走行輪、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪、牽引電機(jī)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、懸吊梁、平衡拉桿裝置以及附屬設(shè)備等。每個(gè)轉(zhuǎn)向架上僅有一根車軸，設(shè)置一對橫向安裝的走行輪。該轉(zhuǎn)向架的驅(qū)動(dòng)裝置采用伺服電機(jī)，容易進(jìn)行控制，省去齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)等結(jié)構(gòu)，電機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)走行輪，提高了傳動(dòng)效率的同時(shí)，消除了傳統(tǒng)電機(jī)與齒輪箱通過聯(lián)軸節(jié)連接時(shí)齒輪嚙合產(chǎn)生的噪聲問題。采用單軸轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)，前后導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪之間的縱向軸距大大縮小，提高了轉(zhuǎn)向架的性能。懸吊梁結(jié)構(gòu)通過懸吊銷軸裝置懸掛在構(gòu)架下方，左右懸臂上安裝空氣彈簧，下方通過牽引拉桿連接車體。懸吊梁與構(gòu)架之間設(shè)置抗側(cè)滾減振器，與車體之間設(shè)置垂向減振器和橫向減振器。由于單軸轉(zhuǎn)向架自身不具有穩(wěn)定性，所以設(shè)置平衡拉桿裝置，抑制轉(zhuǎn)向架的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)，保證轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定運(yùn)行。圖6.24單軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖同時(shí)，運(yùn)輸過程中，采用內(nèi)嵌式的軌包輪，采用膠輪，噪音小。因軌道采用標(biāo)準(zhǔn)軌道尺寸，轉(zhuǎn)向架輪胎采用標(biāo)準(zhǔn)輪胎。表6.10輪胎部分參數(shù)輪胎類型半徑m阻尼比走行輪0.39750.75導(dǎo)向輪與穩(wěn)定輪0.140.756.3.5自動(dòng)裝卸系統(tǒng)在運(yùn)輸機(jī)器人到達(dá)運(yùn)輸線路兩端時(shí)，運(yùn)輸機(jī)器人打開前后兩端凸起部分，底部可移動(dòng)平臺移動(dòng)至運(yùn)輸機(jī)器人車身外，在線路起始段的裝卸點(diǎn)設(shè)立懸臂式起重機(jī)將貨物從運(yùn)輸機(jī)器人可移動(dòng)平臺上吊起并轉(zhuǎn)移到輸送系統(tǒng)中，完成貨物的卸載工作。在運(yùn)輸車起始段設(shè)置自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)，利用AGV小車進(jìn)行貨物運(yùn)輸，起重機(jī)上的貨物放置在AGV小車上，AGV進(jìn)行貨物運(yùn)輸工作。、圖6.25懸臂式起重機(jī)圖6.26AGV平面圖AGV為四輪AGV，車架前后安裝驅(qū)動(dòng)橋，共連接4個(gè)輪胎，每個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均能帶動(dòng)輪胎實(shí)現(xiàn)獨(dú)立轉(zhuǎn)向，AGV前后架設(shè)兩部天線，在運(yùn)行過程中天線打描地面預(yù)埋的磁釘，以獲得車輛的實(shí)時(shí)位置，進(jìn)而使車輛在程序控制下實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行。AGV需要搬運(yùn)較重的車輛，其鋼結(jié)構(gòu)自重大，自身集成了動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)，底板是整個(gè)卸貨裝置的基礎(chǔ)，支撐該裝置所有部件的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，并且用于承載卸下的貨物以及運(yùn)輸貨物到相連接的傳送帶上。在AGV兩端設(shè)置防止滑動(dòng)的擋板設(shè)計(jì)。6.3.6驅(qū)動(dòng)能源驅(qū)動(dòng)力使用新能源電池，采用充電與換電相結(jié)合的方式。在線路起始端設(shè)立充足的充電站設(shè)備，采用兩種方式：（1）自主充電調(diào)度通過這一功能，運(yùn)輸車能夠根據(jù)當(dāng)前任務(wù)和電池狀態(tài)靈活規(guī)劃充電時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)化充電時(shí)間、最短時(shí)間內(nèi)完成充電的目的，從而最大程度地減少對整個(gè)系統(tǒng)的影響。在這一智能充電調(diào)度系統(tǒng)中，運(yùn)輸車輛首先根據(jù)當(dāng)前任務(wù)的緊急程度和優(yōu)先級，動(dòng)態(tài)規(guī)劃充電時(shí)間。緊急任務(wù)可能會被賦予更高的充電優(yōu)先級，確保運(yùn)輸車輛在執(zhí)行緊急任務(wù)之前充電完成，從而保證任務(wù)的及時(shí)完成。這種靈活的任務(wù)優(yōu)先級調(diào)度有助于提高整體運(yùn)輸系統(tǒng)的效率。同時(shí)，系統(tǒng)還通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電池狀態(tài)，包括電量、健康狀況等，結(jié)合任務(wù)負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化，智能規(guī)劃充電時(shí)段。在系統(tǒng)負(fù)載較輕或任務(wù)暫時(shí)較為寬松的時(shí)段，運(yùn)輸車輛會選擇充電，以最大化利用這段時(shí)間進(jìn)行電池充電。這種動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡和充電調(diào)度策略有助于優(yōu)化充電效率，提高電池的利用率。（2）遠(yuǎn)程充電監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的引入為運(yùn)維人員提供了強(qiáng)大的工具，使其能夠在實(shí)時(shí)、全面地了解運(yùn)輸車輛的充電狀態(tài)，從而更加高效地進(jìn)行運(yùn)維和問題解決。為運(yùn)維人員提供了更多的數(shù)據(jù)和功能，以確保運(yùn)輸車輛在任何時(shí)刻都能夠保持最佳的可用狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以提供詳細(xì)的電池健康狀況分析。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電池的溫度、充電循環(huán)次數(shù)、電壓等參數(shù)，系統(tǒng)能夠生成電池的健康報(bào)告。其次，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還提供了充電樁的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)維人員可以隨時(shí)查看充電樁的使用情況、空閑狀態(tài)、以及可能存在的故障報(bào)警。這有助于迅速發(fā)現(xiàn)并解決充電樁的問題，確保充電基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行，為運(yùn)輸車輛提供及時(shí)可靠的充電服務(wù)。最重要的是，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和全面性為運(yùn)維人員提供了及時(shí)響應(yīng)問題的能力。一旦發(fā)現(xiàn)充電問題或充電設(shè)備故障，運(yùn)維人員可以立即采取遠(yuǎn)程控制手段進(jìn)行調(diào)整、重啟或甚至進(jìn)行故障排除。這樣的迅速響應(yīng)機(jī)制有助于最小化充電故障對運(yùn)輸車輛可用性的影響，確保整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)始終保持高度可靠和可用。6.3.7控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.3.7.1控制方案總體設(shè)計(jì)運(yùn)載機(jī)器人的完整系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、車載系統(tǒng)以及外圍設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖6.27所示。其中，地面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能有人機(jī)交互、任務(wù)調(diào)度、交通管理以及充電等；外圍設(shè)備是運(yùn)載機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的輔助設(shè)備，包括導(dǎo)軌等導(dǎo)引裝置、無線通信設(shè)備以及停車區(qū)等；車載系統(tǒng)包括運(yùn)載機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制設(shè)備，接受地面系統(tǒng)的指令，利用外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)行駛、定位等功能。圖6.27載運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)體系圖6.3.7.2控制功能的實(shí)現(xiàn)運(yùn)載機(jī)器人控制系統(tǒng)可采用可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：圖6.28系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能圖基于PLC設(shè)計(jì)的載運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)流程圖如圖6.28所示。（1）首先，接通整個(gè)控制體系電源，上位機(jī)以及車載控制系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行掃描，完成初始化設(shè)置，同時(shí)檢查I/O端口與其硬件設(shè)施連接是否異常，若正常則進(jìn)行下一步。（2）當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒時(shí)，上位機(jī)發(fā)送執(zhí)行任務(wù)給車載控制系統(tǒng)，車載控制系統(tǒng)接收到上位機(jī)指令后，查看電量是否充足，充足時(shí)準(zhǔn)備完成任務(wù)。（3）接收上位機(jī)指令后，根據(jù)對應(yīng)任務(wù)啟動(dòng)控制系統(tǒng)，載運(yùn)機(jī)器人啟動(dòng)沿著規(guī)劃的路線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引，一直到達(dá)目標(biāo)任務(wù)點(diǎn)；其中運(yùn)行過程中可利用激光傳感器實(shí)現(xiàn)定位，以達(dá)到指定任務(wù)地點(diǎn)，完成作業(yè)任務(wù)。（4）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可按下急停按鈕查看出錯(cuò)原因并進(jìn)行解決。（5）載運(yùn)機(jī)器人正常勻速行駛過程中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中會有三個(gè)顯示燈，都顯示綠色。若機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中，軌道上出現(xiàn)障礙物時(shí)，會通過激光傳感器檢測與障礙物的距離，當(dāng)距離障礙物一定距離以內(nèi)，機(jī)器人減速行駛，此時(shí)三色燈顯示為黃色；當(dāng)靠近障礙物時(shí)，機(jī)器人停止，三色燈顯示為紅色且蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)障礙物移除后，其繼續(xù)沿著規(guī)劃的路徑行駛一直到達(dá)目標(biāo)任務(wù)點(diǎn)。圖6.29控制流程圖6.3.7.3載運(yùn)機(jī)器人定位方式分析載運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行過程中的定位問題是其核心問題之一，目前對其位置控制的常用認(rèn)址方法有兩種，一種是相對認(rèn)址，另一種是絕對認(rèn)址。傳統(tǒng)的相對認(rèn)址方式，通常是將尋址片安裝在某一特定的位置上，作為檢測物，當(dāng)檢測設(shè)備經(jīng)過一個(gè)檢測物時(shí)，PLC的程序中會自動(dòng)計(jì)數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)定位的功能。相對認(rèn)址雖然成本較低，但也有其不足之處，為此，對傳統(tǒng)的相對認(rèn)址方法進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高了相對認(rèn)址的效率。而絕對認(rèn)址，則是利用激光測距、條形碼測距等認(rèn)址設(shè)備，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，從而隨時(shí)確定移動(dòng)的實(shí)時(shí)位置。通常情況下，激光測距有兩個(gè)部分，一個(gè)是激光測距儀，另一個(gè)是輔助定位設(shè)施，通過激光測距儀發(fā)出的激光被送到輔助定位設(shè)施上并接收反射回來的信號來判斷設(shè)備的位置，然后將信號傳遞給PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部將目的地地址的值與激光測距儀的輸入信號進(jìn)行對比，最后完成設(shè)備的定位功能。本次設(shè)計(jì)擬采用光電傳感器與尋址片相結(jié)合的相對認(rèn)址方式，進(jìn)行四向穿梭車的相對認(rèn)址控制。在軌道的特定位置上安裝相應(yīng)的尋址片，每當(dāng)載運(yùn)機(jī)器人經(jīng)過時(shí)，其上的感應(yīng)器就會接收到信號，然后傳遞給PLC，然后PLC內(nèi)的程序會進(jìn)行計(jì)數(shù)以此來實(shí)現(xiàn)載運(yùn)機(jī)器人的定位控制。6.3.8上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了能夠直觀準(zhǔn)確地獲取載運(yùn)機(jī)器人所有硬件設(shè)備的狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)、以及執(zhí)行任務(wù)情況，同時(shí)產(chǎn)生的報(bào)警信息能夠及時(shí)提醒工作人員處理，以保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，將重點(diǎn)采用監(jiān)控組態(tài)軟件技術(shù)，基于WinCC軟件，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含首頁界面、控制界面和安全界面，如圖6.28所示。圖6.30監(jiān)控界面總體框圖（1）首頁界面中，如圖6.29所示，其可以觀測載運(yùn)機(jī)器人的工作狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)還可以進(jìn)行簡