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可行性论证报告

黑龙江科技大学

本科毕业设计可行性论证报告

设计题目：

自动化立体仓库无人搬运小车结构设计

院系名称：

机械工程学院

专业：

机械电子工程

班级：

机电10-1

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学号：

**********

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1．设计目的

设计一种可以用于自动化立体仓库内自动寻找和运输货物的无人驾驶搬运小车的机械结构。

该自动化立体仓库主要存放外形尺寸为600*400*320mm的塑料物流箱，货物重小于100kg，货架采用落地式层高400mm共6层，小车行走速度100m/min，这种无人搬运小车适用于轻载、快速反应的自动化立体仓库。

2．方案论证

在当今中国做为最大的发展中国家，工业发展是我们强国的重要途径。

而提高劳动生产率是改变现状的最有效的办法。

在高速发展的工业社会，物流效率成为生产的附带成本，如果能降低运输物料和货物的成本和时间，就能提高生产效率。

传统的工厂运输物料的方式是通过工人操作传统叉车进行堆垛、运输作业，效率一般且占用大量工人，自动化程度高一点的例如自动化立体仓库中专用的堆垛机利用电脑控制一方面减少了工人的手工操作另一方面采用密集仓库方便管理。

但这种成套的仓库管理系统造价非常高，维修养护费用高而且需要专业的技术人才进行日常的仓库管理和操作，所以不易普及[1~3]。

以邮包流通过程为例，其工作流程如图1所示。

从图1可以看出邮包在仓库存储过程是邮包流通的一个非常重要的环节。

据对圆通快递物流公司的调查，快递、邮包的分拣和出入库基本上仍然是手工作业，货物流通的时间滞后在很大程度上是由这些环节造成的，而且由于人工作业，工作人员的劳动强度很大，货物的损坏、丢失以及其它管理问题也常有发生[4]。

从这个角度考虑，在快递仓库中引进自动化仓库技术是很有必要的。

图1货物流通过程示意图

无人搬运自动导引小车是自动化立体仓库的构成中的重要基本单元，所以对无人搬运小车的研究和设计是自动化立体仓库应用中的关键技术要点。

现有的自动导引小车其实质是一种集声、光、电、计算机为一体的简易移动机器人，机构上类似于有人驾驶车[5~6]。

主要应用于柔性加工系统、柔性装配系统、自动化立体仓库及其他一些行业作为搬运设备[7]。

现有产品中如沈阳新松机器人股份有限公司生产的叉式运输型AGV，是新松根据自动化物流系统的取送货要求开发的激光导航AGV产品，可实现空托盘、实托盘、纸卷等的升降搬运工作。

推挽移载运输型AGV是新松公司根据电力行业的物料输送需求开发的系列产品，分为单叉和双叉，采用磁导航。

在全球两大汽车厂商通用和福特海外生产基地都应用新松AGV产品，2007年新松拿下通用汽车公司全球多个新建厂项目的底盘合装工程，成功出口到通用汽车全球各地工厂。

到2011年，新松出口总量达到145台，成功地在国际机器人市场占有一席之地。

自动导引小车未来的发展方向：

主要是从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向更广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展[5]。

本次设计的自动化立体仓库无人搬运小车的结构设计，是以自动导引小车为载体，在自动导引小车加装物料搬运夹持装置实现无人搬运的功能，达到减少工人人工操作，提高作业生产效率的目的。

该无人搬运小车还可应用于工厂的危险作业区域的搬运任务，以提高工厂的安全生产指数。

现对自动化立体仓库无人搬运小车的结构设计提出三个方案：

方案一：

对自动化导引小车的转向问题采用单个交流电机做驱动，液压转向方式，提升机构采用液压系统。

方案二：

对自动化导引小车的转向问题采用双交流电机驱动，通过控制电机的转速、旋转方向实现小车的转向。

提升机构方案与方案一相同。

方案三：

对自动化导引小车的转向问题方案采用方案一的方案，提升机构采用电机驱动丝杠加装自锁装置。

方案比较

本设计《自动化立体仓库无人搬运小车的结构设计》的三个方案均采用三相交流电机做驱动，在技术方面易于实现。

但三个方案在货物提升方面和转向方面略有不同。

方案一无人搬运小车的货物提升机构和转向机构采用液压系统，对液压系统能量损失大、效率低、发热量大；当采用液压油作为传动介质时还需要考虑防火问题。

方案二无人搬运小车的转向是通过电路控制三相交流电机的转向和转速来控制小车的方向。

由于方案二采用双电机驱动，在制造成本上较方案一有所提高，而且加上配套的减速机械装置大大加重的小车整装设备重量同时体积也有所增加。

方案三无人搬运小车的货物提升机构采用电机和丝杠组合达到升降的功能，电机、丝杠在制造技术上趋于成熟且应用广泛，但电机带动丝杠达到直线升降的功能其工作效率低下不适宜这种频繁往复的工作环境。

结论：

综上所述，不管是从经济性考虑还是从方案复杂程度考虑，方案一都优于方案二和方案三。

在大型物流集散中心货物的分类筛选是一项即普通又烦琐的一项工作。

通过对快递货物货单的编码堆垛，再通过计算机将货物分类再由堆垛机取用货物就可以方便、快捷的完成这个大家都不愿意做的烦琐的工作从而解放劳动力提高效率。

3．最终设计方案

最终确定采用方案一的设计方案结构。

无人搬运小车整体结构方案如图2所示：

图2无人搬运小车结构简图

方案一、方案三的转向原理简图[8~10]如图3所示：

图3方案一、方案三的转向桥结构简图

提升机构结构[11~12]如图4所示：

图4提升机构结构简图

4．结论

方案满足存放外形尺寸为600*400*320mm的塑料物流箱，货物重小于100kg，货架采用落地式层高400mm共6层，小车行走速度100m/min，这种无人搬运小车适用于轻载、快速反应的自动化立体仓库的生产需求。

5．参考文献

1郝岩柱.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计与路径优化[D].东北大学,2009.

2哈贵庭.基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计[J].电子世界,2013,03:

121-123.

3罗志清.自动化立体仓库堆垛机的控制与设计研究[D].甘肃工业大学,2001.

4毛建云.自动化立体仓库规划与设计（六）本期主题:

立体仓库堆垛机分类与技术特征[J].物流技术（装备版）,2012,06:

74-78.

5燕金华.一种小型物料自动导引小车的设计及分析[J].电子世界,2013,08:

105.

6王智勇,姬婧媛.AGV小车的控制系统的设计与开发[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007,04:

44-46.

7徐清.自动导引小车系统的设计与实现[D].苏州大学,2006.

8张莉.1-1.5t后驱三支点电动叉车设计与研究[D].长安大学,2011.

9科朗叉车盛邀中国用户讨论叉车未来[J].中国储运,2013,09:

82.

10马幸.基于交流永磁同步电动机的电动叉车电气驱动系统研究[D].合肥工业大学,2013.

11孙永刚.伸缩臂叉车工作装置液压系统动态特性研究[D].中南大学,2009.

12张占仓.4t四向静压叉车设计与研究[D].长安大学,2012.

13BunnTerry,SlavovaSvetla,RobertsonMedearis.Motorvehicleinjuriesamongsemitruckdriversandsleeperberthpassengers.[J].JournalofSafetyResearch,2013,44:

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14龚腾.电动叉车锌聚苯胺电池管理系统的研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

15GangChen,KannanGovindan,MihalisM.Golias.Reducingtruckemissionsatcontainerterminalsinalowcarboneconomy:

Proposalofaqueueing-basedbi-objectivemodelforoptimizingtruckarrivalpattern[J].TransportationResearchPartE,2013,55:

.

16段翠芳,张春梅,刘丽鸽.邮包自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].起重运输机械,2010,06:

41-43.

17AbdWahabSyafiq,ChoiMeerim,BiancoPieroR.CharacterizationoftheATPaseactivityofRecGandRuvABproteinsonmodelforkstructuresrevealsinsightintostalledDNAreplicationforkrepair.[J].TheJournalofbiologicalchemistry,2013,28837:

.

黑龙江科技大学

本科毕业设计调研报告

设计题目：

自动化立体仓库无人搬运小车结构设计

调研的企业：

哈尔滨圆通物流公司

院系名称：

机械工程学院

专业：

机械电子工程

班级：

机电10-1

姓名：

刘世一

学号：

2010022760

指导教师：

陈焕林

1．学生、教师简介

表1学生简介

姓名

专业

班级

学号

刘世一

机械电子工程

机电10-1

2010022760

表2指导教师简介

姓名

工作单位

职称

学校导师

陈焕林

黑龙江科技大学

讲师

企业导师

2．调研实证

图1哈尔滨龙工叉车城市展厅

3．毕业设计背景

毕业设计题目：

自动化立体仓库无人搬运小车结构设计

题目涉及的主要技术领域：

主要涉及伺服电机的调速与控制、可编程控制技术、传感器技术、测试技术以及机械原理等基础知识。

自动化立体仓库是自动化生产的重要组成部分，对材料的存储、运输和取用占产品生产周期的大部分时间。

对自动化立体仓库相关技术的研究，将会极大的提高生产效率和产品生产线的自动化水平解放生产力[1~3]。

而“堆垛机”是自动化立体仓库的核心设备以高层立体货架为主要标志、以成套先进的搬运设备为基础、以先进计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存储机械化、自动化存储管理现代化。

以AGV智能小车为运动载体，活动的货叉为提升机构来实现在立体仓库中物料的无人搬运[4~6]。

实现小占地面积、大存储量提高生产效率的有效手段。

4．综述

（1）查阅相关资料了解课题所涉及技术领域的基本情况，包括当前课题的目前概况、生产能力、产品性能、是否满足要求等

自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学的一门综合科学技术工程。

它以高层立体货架为主要标志，以成套先进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段，实现搬运、存储机械化、自动化存储管理现代化的新型仓库。

它具有占地面积小、存储量大、周转快的优点，是集信息、存储、管理于一体的高技术密集型机电一体化产品[7]。

目前，自动化立体仓库在发达国家已相当普遍，日本是自动化仓库发展最快，建造数量最多的国家。

此外美国、德国、瑞士、意大利、英国和法国等国家也建造了许多自动化仓库。

发展至今，自动化仓库在设计、制造、自动化控制和计算机管理方面的技术也日趋成熟。

堆垛机产品已经走入系列化，运行噪声低，备有各种安全保护装置，调速性能好。

一般都具有完善的货物位置检测和货物尺寸检测[8]。

现有“堆垛机”是自动化立体仓库的核心设备，通过在立体仓库中做X.Y.Z方向的三维运动以实现取送货物的功能。

主要分为单立柱“堆垛机”和双立柱“堆垛机”，由行走、提升和货叉三个驱动机构完成作业要求，采用国际先进伺服控制系统和绝对认址系统进行全闭环控制，配合条码或激光测距等高精度认址方式，实现堆垛机高精度运行[9]。

为了适应各行业需求，研发多种类型堆垛机：

有3吨重载堆垛机，载重量可达3吨/货，适用于重型生产企业；铝合金堆垛机，行走速度达到300m/min，适用于轻载、高速的使用环境；还有夹抱式堆垛机，装有司机室的拣选堆垛机等多种类型堆垛机。

这种自动化立体仓库堆垛机应用非常广泛，可根据用户实际需求设计各类型非标堆垛机。

例如，日本名古屋附近的三菱汽车装配总厂的自动化立体仓库，其自动化程度就非常高。

这座装配厂每天（16小时）生产11520辆汽车，在长达两公里的巨大输送带上，能同时装配5种完全不同车型的汽车，半成品装配件（除车体在生产线上进行焊接外）完全来自于立体仓库[10]。

（2）所调研走访企业的概况

本次调研通过在物流量较大的快递公司实习调研，发现货物分类任务繁重。

在大型物流集散中心货物的分类筛选是一项即普通又烦琐的一项工作。

通过对快递货物货单的编码堆垛，再通过计算机将货物分类再由堆垛机取用货物就可以方便、快捷的完成这个大家都不愿意做的烦琐的工作从而解放劳动力提高效率。

1996年到2010年我国社会物流总额统计图，见图2。

图2

从图可以清晰的看到2010年我国社会物流总额比2009年增长30%。

可见物流业发展迅速。

（3）所设计的课题目前采用的设计方法、研发的手段、技术特点与课题有关的装置或结构相关的具体情况

主要研究任务：

自动化立体仓库无人搬运小车的机械结构设计（包括运行机构升降机构载物台和机架车身），控制方案设计

研发手段：

通过老师指导、上网查找相关文献资料了解堆垛机的相关国家技术指标，以工厂常见的叉车为设计思路设计堆垛机的提升起重机构、以密集型档案柜为灵感设计密集型仓储货柜。

以家用汽车为参考设计小车的转向、传动机构。

技术特点：

自动化立体仓库是自动化、智能存储和取用物料的系统。

对提高生产率、降低生产成本有着重要的意义。

无人搬运小车是自动化立体仓库中重要的起重堆垛设备，能够在仓库的巷道中来回作业，将位于巷道口的货物存入货柜，或者相反取出货柜中的货物送到巷道口。

为提高系统整体的自动化水平，采用计算机编码分配货架和管理货物。

使不规律的物流作业变得井井有条，提高生产效率。

在能耗方面，我们力求低能耗提高环保水平。

（4）现阶段存在哪些技术问题

我国已建成的集成化仓储系统还不多，与国外工业发达国家相比，无论是从数量上还是从建设水平上都有着较大的差距。

主要有：

1）目前我国这种自动化仓库数量还不能够满足今后我国经济发展的需求。

2）仓库型式和设备品种、规格较少、还不能满足生产需求。

3）应用先进控制技术和驱动技术还不多，多采用两速、三速电机拖动工作速度不高，效率低下，自动化程度低[2~4]。

在货物取用方面，不断发展出具有新的物理外形和更高精度性能的设备。

载体小车的动力问题、转向问题以及小车的自重。

在拣选作业自动化方面，各国正研究开发可供实用量产的拣选自动化设备和系统，但尚未投入生产使用。

（5）对市场进行简单分析

应用领域日趋广泛，从制造工厂、商场、机场、港口、快递行业、军需部门到地下停车场等各行各业均有采用。

仓库存储货物品种日益多样化，除了大多数仍是制成品外，存储品种越多越好。

大到长十几米、重几吨的钢板、钢管等长、大件，小到电子元器件的立体仓库，还有专门用作汽车存储的立体仓库，各种仓库的多样性需求[2]。

因此堆垛机应大量广泛的应用发展在各行各业,其设计理应趋于多样化以满足生产的需要。

（6）结论：

对于发展日益壮大的物流业，对自动化立体仓库的需求是提高生产效率的必然选择。

自动化立体仓库无人搬运小车就是立体仓库的核心设备，所以对无人搬运小车的设计和研究是满足将来的发展需求的。

5．参考文献

1郝岩柱.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计与路径优化[D].东北大学,2009.

2哈贵庭.基于西门子PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统设计[J].电子世界,2013,03:

121-123.

3罗志清.自动化立体仓库堆垛机的控制与设计研究[D].甘肃工业大学,2001.

4燕金华.一种小型物料自动导引小车的设计及分析[J].电子世界,2013,08:

105.

5王智勇,姬婧媛.AGV小车的控制系统的设计与开发[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007,04:

44-46.

6徐清.自动导引小车系统的设计与实现[D].苏州大学,2006.

7郝岩柱.自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计与路径优化[D].东北大学,2009.

8周翔.建设自动化立体仓库的经济性分析[D].北京交通大学,2007.

9韩伟.自动化立体仓库系统的研究与开发[D].南昌大学,2008.

10佟芙慧.自动化立体仓库的货位优化与管理[D].沈阳大学,2013.

11J.Razmi,M.R.Taghizadeh,S.M.Asadzadeh.EvaluatingofanAGVSysteminaCIMUnit:

ASimulationApproach[J].InformationTechnologyJournal,2007,62:

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12S.Butdee,A.Suebsomran,F.Vignat,P.K.D.V.Yarlagadda.ControlandpathpredictionofanAutomateGuidedVehicle[J].JournalofAchievementsinMaterialsandManufacturingEngineering,2008,312:

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13段翠芳,张春梅,刘丽鸽.邮包自动化立体仓库堆垛机控制系统的设计[J].起重运输机械,2010,06:

41-43.

14SpyrosA.Reveliotis.ConflictresolutioninAGVsystems[J].IIETransactions,2000,327:

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15G.-C.Vosniakos,B.J.Davies.OnthepathlayoutandoperationofanAGVsystemservinganFMS[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,1989,43:

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16N.Jawahar,P.Aravindan,S.G.Ponnambalam,R.K.Suresh.AGVscheduleintegratedwithproductioninflexiblemanufacturingsystems[J].TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,1998,146:

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