AGV自动导引小车全向防撞装置设计与研究

张 颖

(长春光华学院机械工程学院，吉林 长春 130033)

1 研究背景

Automated Guided Vehicle，简称AGV，通常也称为AGV小车，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶的搭载车，一般以可充电的蓄电池为动力来源，广泛应用于工业运输、信息采集以及机械自动化等领域。

AGV小车一般都装载有防撞结构，对AGV小车本体起到保护作用，避免其在行进过程中发生碰撞造成损坏。目前应用在AGV小车上的防撞形式一般分为电子式和机械式2种，电子式防撞一般采用感应系统，由很多的传感器组成，缺点是受环境限制明显，而且受到振动比较容易出现问题；机械式防撞是在AGV小车本体上安装具有缓冲耗能特性的组件，通过机械减振的手段对AGV小车本体进行防撞保护。

相比于电子式防撞，机械式防撞因为稳定性强、更加可靠、成本低廉而得到更为广泛地应用。但目前AGV小车的机械式防撞也存在较为明显的弊端，由于耗能所需的弹簧等弹性构件在受力较小时缓冲作用明显，但当受力较大时其反作用力也比较大，会将AGV小车弹开，容易受到二次碰撞，失去其防撞保护的有效作用。因此，现有AGV小车的机械式防撞结构仍需要进行优化改进，以解决在碰撞受力较大时的反作用力弹开问题。

2 AGV小车防撞结构总体设计方案

AGV小车本体底面呈矩形，安装有4个行走轮，所述防撞结构还包括防护边框、2个内置板、4个导引支架、4个抱死夹爪、4个底面安装片、4个弹簧、4个定位连杆以及4个侧面安装片。防护边框为矩形框并水平环绕设置在AGV小车本体底部，防护边框前后两端内侧分别一体设置有腔室，2个腔室相对一侧表面分别左右对称开设有2个穿孔，2个内置板分别间隔设置于2个腔室内中间位置，每个内置板固定有两根导杆，且2根导杆分别滑动伸出对应腔室的所述2个穿孔，每个穿孔固定有与导杆配合的密封圈，2个腔室内还分别充填有非牛顿流体，每根导杆外端固定有导引支架，4个导引支架均为连接点固定的V形结构，所述4个抱死夹爪均为连接点铰接的V形结构，抱死夹爪间隔设置在导引支架的开口前方，且抱死夹爪的开口夹角大于导引支架的开口夹角，每个抱死夹爪的开口两侧内部分别固定有防滑触点，且4个防滑触点间隔位于对应的所述行走轮两侧，每个抱死夹爪铰接点上方通过立轴水平固定有底面安装片，4个底面安装片分别一体设置有支臂并向下伸入对应的导引支架与抱死夹爪中间，每个支臂与对应的导引支架连接点通过弹簧连接固定，防护边框左右两侧分别沿前后方向设置有滑槽，每条所述滑槽内滑动插装有2个定位连杆，4个定位连杆内侧端分别竖直固定有侧面安装片，4个侧面安装片与4个底面安装片分别通过螺钉与AGV小车本体对应位置进行固定。总体方案设计图如图1所示。

注：1.防护边框1-1.滑槽1-2.腔室2-1.导杆3.支架4.夹爪6.安装片7.弹簧8.连杆9.压簧10.侧面安装片12.轮子

3 防护边框定位结构设计

防护边框左右两侧分别沿前后方向设置有滑槽，每条滑槽内滑动插装有2个定位连杆，4个定位连杆内侧分别竖直固定有侧面安装片，4个侧面安装片通过螺钉与AGV小车本体相应位置连接。局部示意图如图2。

1.防护边框1-1.滑槽B-1.导杆B-2.帽头B-3.盲孔B-4.拉簧9.压簧10.安装片11.螺钉

定位连杆包括连接杆及帽头，连接杆滑动插装在对应的滑槽内，连接杆外侧端制有盲孔，盲孔的内底面与帽头之间通过拉簧连接固定，帽头卡设在滑槽外侧，连接杆内侧端竖直固定有侧面安装片，连接杆侧壁位于侧面安装片与滑槽之间套装有压簧。此结构的设计是当小车左右两侧碰撞时，对小车起到保护作用。

4 行走轮缓冲结构设计

防护边框为矩形框并水平环绕设置在AGV小车本体底部，防护边框前后两端内侧分别一体设置有腔室，2个腔室相对一侧表面分别左右对称开设有2个穿孔，2个内置板分别间隔设置于2个腔室内中间位置，每个内置板固定有2根导杆，2根导杆分别滑动伸出对应腔室的所述2个穿孔，2个内置板表面分别开设有多个流体通孔，通孔的孔径为1～3cm。2个腔室内还分别充填有非牛顿流体。每根导杆外端固定有导引支架，4个导引支架均为连接点固定的V形结构，4个抱死夹爪均为连接点铰接的V形结构，抱死夹爪间隔设置在导引支架的开口前方，且抱死夹爪的开口夹角大于导引支架的开口夹角，每个抱死夹爪的开口两侧内部分别固定有防滑触点，且4个防滑触点间隔位于对应的行走轮两侧。结构示意图如图3、图4。

1-2.腔体2.内置板2-1.导杆2-2.通孔3.导引支架

防护边框水平环绕设置在AGV小车本体底部，其下表面应高于4个行走轮底部，4个底面安装片通过螺钉与AGV小车本体底面固定，对4个抱死夹爪进行定位，4个抱死夹爪分别与4个行走轮对应，4个侧面安装片通过螺钉与AGV小车本体两侧固定，对防护边框进行定位。4个腔室分别位于AGV小车本体更容易受到碰撞的首尾两端，腔室内设置内置板并充填有非牛顿流体，当防护边框前端或后端碰撞受力较小时，4个弹簧中邻近受力端的2个弹簧受压而远离受力端的2个弹簧受拉，通过弹性形变对撞击力进行削弱缓冲，而且防护边框向受力方向产生一定位移，内置板在对应的弹簧弹性支撑下阻止位移趋势，使内置板与腔室发生相对位移，内置板表面开设有多个流体通孔，非牛顿流体在穿过流体通孔时的阻尼作用也可以对撞击力起到削弱缓冲，当防护边框前端或后端碰撞受力较大时，受力端腔室内的非牛顿流体迅速固化变硬，内置板与腔室不再发生相对位移，而是内置板与防护边框一同向受力方向产生一定位移，从而通过2根导杆推动对应的2个导引支架，导引支架的开口夹角小于抱死夹爪的开口夹角，导引支架产生位移支撑抱死夹爪两侧使其开口收缩减小，从而使抱死夹爪的两个防滑触点与对应的行走轮接触，对行走轮抱死阻止其继续移动。定位连杆与压簧配合能够对防护边框左右两侧的剐蹭起到一定减振作用，邻近受力侧的两个压簧受压而远离受力侧的两个压簧受拉，定位连杆的连接杆制有盲孔并与帽头通过拉簧连接固定，使帽头在受力时能够与连接杆进行一定脱离，从而允许防护边框左右两侧受到剐蹭产生的侧向位移。

3.导引支架4.夹爪4-1.防滑触点5.立轴6.安装片6-1.支臂7.弹簧11.螺钉

5 结语

与现有技术相比，本设计的有益效果是通过非牛顿流体的特性实现两种形式的防撞保护作用，当防护边框碰撞受力较小时可通过弹性构件以及流体阻尼对撞击力进行削弱，当防护边框碰撞受力较大时非牛顿流体迅速固化变硬，使受力方向的导引支架产生位移，并通过抱死夹爪将行走轮抱紧阻止其继续移动，避免弹性构件的反作用力弹开问题，结构合理高效，对AGV小车本体起到更加全面地保护，具有良好的应用价值和实际意义。