模塊化設計的設計理念是在降低產品開發成本,縮短設計周期的要求下提出的[1]。其基本思想是以有限的模塊組成多樣的產品,達到既要滿足用戶對產品的個性要求,又保證批量生產從而降低成本的目的[2]。其意義主要體現在下列幾個方面。

1)縮短研發時間,縮短供貨周期;由于模塊式結構有多種數據參數,可根據用戶提出的不同要求選擇合適的型號,采用已有的模塊進行組裝,可直接滿足用戶對產品的要求。

2)有利于產品升級換代,開發新產品;可根據用戶需求,研發設計新功能模塊,通過模塊間組合形成新技術新功能模塊,代替舊模塊,研發設計出新產品。

3)優化產品性能,減少產品成品;模塊設計方便模塊自身設計優化,方便形成專業化生產,能夠提高生產效率,提高企業效益。

4)便于實現自動化、標準化、通用化。模塊化設計的自動化是建立在模塊的標準化和通用化的基礎上,標準化和通用化能更好實現零件的互換性,更容易實現產品的批量自動化生產。

堆垛機是自動化倉庫的重要設備之一,在兩排貨架之間的巷道中運行,與輸送機配合完成出入庫、移庫等任務。堆垛機接受自動化倉儲系統主機出入庫命令,控制器按照指令中的排、列、層,結合堆垛機所在位置,判斷出堆垛機的運動方向。先水平電機啟動并到達指令中的排、列處,同時垂直電機把貨叉提升到指令中的層處。貨叉電機按照出庫(入庫)指令,到貨架上取貨(把貨物放到貨架上)。堆垛機的功能主要分為運動功能、檢測功能和安全防護功能三部分[3]。

運動功能主要包括水平運動、豎直運動和貨叉伸縮運動。其中水平運動為堆垛機在巷道內行走,也稱為X方向運動。豎直運動為垂直方向運動,保證堆垛機能將貨物運送到不同貨架高度,也稱為Y方向運動。貨叉伸縮運動為堆垛機完成貨物取存任務,也稱為Z方向運動。

檢測功能主要包括XYZ三方向位置檢測功能和貨物檢測功能兩方面。其中XYZ三方向檢測功能主要檢測堆垛機所處位置,即堆垛機處在具體倉庫貨架位置。貨物檢測功能主要檢測貨架上有無貨物。

安全防護功能是對堆垛機起到安全保護的作用,該功能部分主要由機械緩沖裝置構成。保證堆垛機在失去控制條件下,吸收堆垛機動能,避免發生碰撞事故。

堆垛機控制系統在以上三種工作方式下可以完成貨物的入庫、出庫、移庫等基本功能和高速運行、精確停止、精確認址、故障報警等功能。

貨物入庫操作流程:水平移動到入庫貨臺位置→伸叉→貨叉向上托起(取貨)→收叉至貨叉中位→貨叉停止→水平、垂直移動到指定倉位→向入庫目標貨位伸叉→貨叉下降(放貨)→收叉至貨叉中位→貨叉停止。

根據堆垛機功能及組成將堆垛機模塊劃分為控制模塊、X方向模塊、Y方向模塊、XY連接模塊、載貨臺模塊和貨叉模塊,共六部分。其中X方向模塊、Y方向模塊和貨叉模塊為運動部分,三方向運動沿著空間直角坐標系XYZ三軸做往復運動,從而能動到達空間任意位置?？刂颇K為堆垛機的大腦,包括各種傳感器和控制器以及電氣元件。

以十三車間的電子元件生產倉庫需求為依托,完成堆垛機的設計。擬達到的技術指標如表1所示。

由于電子元件生產車間的庫房的物品均為小重量,也就是載貨臺的負載比較輕,且要求質量≥20kg。因此該項目采用單立柱堆垛機,堆垛機采用單立柱結構,主要結構如圖1所示,包括X方向模塊、XY連接模塊、載貨臺模塊、貨叉模塊和Y方向模塊。

其中X、Y方向模塊為線性模組,框架為鋁合金材料,防塵罩采用鋼帶和磁鐵結構。電機通過減速機與模組連接,傳動系統采用同步帶方式,結構如圖2所示。貨叉采用MIAS雙向多級伸縮貨叉,如圖3所示。MIAS將最常使用的伸縮貨叉制成標準產品,有多種型號可供選擇[4]。XY連接模塊為連接X方向模塊和Y方向模塊的支架,采用鋁合金板通過螺栓緊固定位方式。載貨臺模塊為將貨叉定位在Y方向模組的定位模塊,采用鋁合金板螺栓連接方式。

堆垛機的控制系統主要由上位機、觸摸屏、PLC可編程控制器、水平行走控制系統、垂直提升控制系統、貨叉伸縮控制系統、層認址系統、列認址系統和貨物檢測系統等組成[5]。其中控制柜如圖4所示?？刂葡到y與上位機通信實現無線通信,上位機可對堆垛機狀態進行實時監控和實施控制,完成各個動作。堆垛機要求水平行走最大速度為30m/min,垂直提升最大速度為10m/min,貨叉伸縮最大速度為10m/min的情況下達到±3mm定位精度,同時考慮自動化專業對伺服控制技術的需求兼顧低成本的原則,確定XYZ三方向控制系統選擇伺服控制器+伺服電機控制模式[6]。

文章針對小型電子元器件倉庫,提供一種模塊式堆垛機應用方案。尤其是一些小型倉庫,高度在10m下,采用這種模塊式堆垛機,能大大縮短研發周期,降低設備成本,能滿足日常的使用要求。