叉举式AGV结构设计及稳定性研究

曹俊

安徽博龙动力科技股份有限公司 安徽合肥 231600

摘 要：现如今，我国的物流行业发展水平在不断的提升，在智能化的搬运装备中，AGV是非常重要的部分，在行业中的应用较为广泛，对于效率的提升和成本的节约都起到良好的作用。而AGV由于具有较高的自动化程度且无需人搬运的特性，其稳定性受到较大的关注，本文主要针对叉举式AGV进行结构设计和稳定性分析，以供参考。
关键词：AGV结构；叉举式；稳定性；设计

AGV属于自动化搬运设备，是一种智能化的移动机器人，可以通过传感器对自身位置进行精准计算，而且不需要人工搬运。相比较其他的运输设备，AGV的运行不需要一系列的固定装置，因此不会受空间、场地等的限制，在使用上具有突出的优势。近年来，使用智能化设备代替人工劳动实现企业的转型发展已经成为重点关注的问题。

1.叉举式AGV结构设计

1.1车体

该部分主要是AGV小车的基本骨架，在刚度和强度上具有较高的要求，确保小车在运行时满足基本的需求。通过板材焊接车体，然后再安装其他各结构，在结构上具有紧凑性。

1.2驱动转向系统

该部分分为驱动和转向两个系统，以实现AGV的行走和转向。该系统的构成部分主要有驱动轮、驱动及转向电机、编码器和控制器等。现如今主要有三轮结构和四轮结构。

1.2.1三轮结构

这种结构的小车成本较低、具有较好的控制性和抓地性，应用的环境要求不高。其中设置的形式有三种。依照不同的驱动和转向方式，首先，后轮安装电动机和减速器进行驱动，前轮安装转向电机进行转向。另外，前轮进行驱动和转向，后轮主要进行导向和支撑。再者，两轮差速驱动。后轮设置电动机，通过两后轮速度的不同控制实现驱动和转向。

1.2.2四轮结构

这种结构的小车具有较好的横向稳定性，现如今使用的主要形式有三种。首先，差速驱动型。前轮为万向轮，后轮为驱动轮，后轮安装驱动电机，通过电机速度的不同控制实现转向。另外，四轮转向型。小车进行转弯时，前后轮都有相应的转角，小车运行中能够多角度变化。再者，舵轮驱动型。该结构基础为三轮结构，舵轮的两侧增加万向轮，舵轮实现驱动和转向，小车稳定性非常好。

考虑到稳定性和驱动转向控制的便捷性，AGV小车的结构设计驱动转向系统主要选择舵轮驱动型。

1.3移载系统

该部分主要实现物品的自动装卸，因此要合理的设置移载装置。叉举式AGV的移载结构相对固定，关于该系统的起升装置设计方式有两种。

首先是通过提升电机进行起升，传动方式有两种。一是通过齿轮齿条，这样的方式具有较简单的结构，然而由于提升结构使用频率较高，长时间使用会出现齿轮齿条较大的磨损，影响维护工作。二是通过滚珠丝杠，电机旋转转化为直线提升，这种形式具有较好的传动稳定性和精度、磨损不大、效率高，然而需要另加自锁结构，在设计上具有复杂性。

其次是使用液压系统进行提升。主要使用液压缸实现提升。使用液压系统在传动上具有较好的平稳性，控制便捷，优势较为突出，能够在多种机械设备中使用。这种结构的设计更加便捷，而且具有较低的成本，后期进行维护时也较为方便，适合AGV紧凑的结构要求。因此，在AGV结构设计中移载系统使用液压系统进行提升。

1.4导航系统

该部分主要实现AGV小车行走，利用车体上的导航器得到坐标区域的方位，能够依照当下的方位、位置对下一次的行走路径进行计算。

1.5安全和控制系统

该部分是AGV结构设计的核心控制系统，其中包含上位机和下位机控制。下位机控制主要是对AGV小车的装卸、路径引导和规划、行走及转向等动作进行控制，构成部分有控制面板、主控单元、电机驱动装置等。上位机控制主要是对相关指令进行接收和发送的控制以及AGV调度，通信部分和计算机部分构成。安全装置是在AGV行驶或出现故障时用来确保人员及设备的安全，通常构成部分有报警装置、碰撞缓冲装置和障碍物的检测装置等。

1.6能源系统

AGV的动力提供主要通过直流蓄电池，一般使用的电压为24V或48V。蓄电池有交换电池和自动充电形式，自动充电情况下，现场设置多个停泊站，以便随时进行蓄电池充电。交换电池是当蓄电池的电量下降到设置的标准值后，AGV会到预先设定的充电区域进行充电。

2.叉举式AGV结构稳定性分析

在进行结构分析时通常会使用有限元方法，对结构稳定性分析使用静力学分析，主要是计算固定载荷情况下对结构的影响。针对叉举式AGV而言，其中重要的部件为车体和移载系统的组成部件，而车体是主体结构，因此主要对车体、门架进行静力学分析。

2.1车体静力学分析

在AGV结构中，车体是主体结构，其他结构都是安装在车体上的，因此AGV运行是不是正常，主要是看结构会不会发生塑性变形、断裂等问题。通过分析得知，车体出现的最大应力在液压缸支撑座底板的两端，这是由于车体在受到载荷时，会经过液压缸向车底板进行传递，底板两端、底板和门架立柱连接位置会存在集中应力，这样底板两端的应力就会增大，根据应力计算，车体的结构强度符合要求。另外，车体发生变形最严重的在液压缸支撑座的底板上中间部位，这主要因为底板中部直接受力，因而出现较大的变形，同时在力矩的影响下，门架安装处的位移变形相对较大。不过从车体总体尺寸角度而言，变形量符合结构刚度的要求。

2.2门架静力学分析

对门架的强度是不是达到要求进行验证，主要在最高位货物满载情况下直接加载对门架的作用力，通过分析可以得知，门架受应力最大的位置在中间横梁和立柱连接部位，由于门架使用的是钢材料，门架的最大应力要比材料的许用应力小很多，而门架发生变形最严重的在门架顶端，根据变形量的计算，门架变形量在允许的范围内，能够满足刚度要求。

结束语：

综上所述，在叉举式AGV的结构设计中，主要对驱动转向系统和移载系统的结构进行了具体设计，根据不同结构的比较，选择舵轮驱动转向结构为驱动转向系统，使用液压提升方式设置移载系统。根据对车体、门架的静力学分析，结构的强度和刚度都能符合标准要求。

参考文献：

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