天車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

上海新創(chuàng)達智能科技有限公司

(上海新創(chuàng)達智能科技有限公司，上海 201306)

天車系統(tǒng)作為AMHS系統(tǒng)關(guān)鍵組成，如圖1所示，主要結(jié)構(gòu)包括吊運車、吊運車軌道、升降裝置、抓取抓盤和供電系統(tǒng)等部分。吊運車作為物料抓取、存放、通信的主要單元部件，是天車系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能的好壞，直接決定了天車系統(tǒng)的性能；吊運車軌道作為天車系統(tǒng)的支撐單元，主要起導(dǎo)向和承力的作用；供電系統(tǒng)作為天車系統(tǒng)的電力單元，主要為天車系統(tǒng)提供電力、能源保障。

1 吊運車技術(shù)

圖1 天車系統(tǒng)

吊運車主要由吊運車定位裝置、抓放裝置、通信模塊、傳感模塊和本體等部件組成。定位裝置可實現(xiàn)吊運車相對于目標物x、y和θ向的運動控制，通過控制吊運車的x、y和θ向運動，可實現(xiàn)吊運車在不同目標之間的位置控制。抓放裝置用于實現(xiàn)物料的抓放，其主要由抓取卡盤、升降機構(gòu)和支撐固定機構(gòu)等部件組成，抓取卡盤可根據(jù)不同的物料進行更換，以保證不同物料的使用需求；升降機構(gòu)采用滑輪組和帶傳動的組合，可實現(xiàn)位移的放大功能，提高運動速度，增大運動距離，減少提升拉力的作用；支撐固定結(jié)構(gòu)可以在吊運車在抓取到物料后，對物料進行固定保護，防止物料在運輸過程中出現(xiàn)傾倒、掉落等。吊運車裝載無線通信模塊，可以保證吊運車與系統(tǒng)之間保持實時通信。

天車系統(tǒng)的運動流程：

(1)吊運車通過無線通訊系統(tǒng)接受主機控制系統(tǒng)的運動命令，x向運動電機啟動，吊運車移動到指定的工作位置；

(2)吊運車進行y向位置初步調(diào)整；

(3)z向運動開機，吊運車抓放裝置下移到指定位置；

(4)吊運車進行x、y、z和θ向的精確調(diào)整，待位置傳感器確認，吊運車位置調(diào)整完畢；

(5)抓放裝置抓取物料，物料抓取確認后，吊運車z執(zhí)行反向運動；

(6)物料提升到吊運車內(nèi)部后，吊運車打開底部卡盤，固定物料。

2 吊運車軌道技術(shù)

吊運車軌道按照軌道的數(shù)量可以分為單軌道或雙軌道的方式，主流廠家的天車系統(tǒng)一般采用雙軌，以減少潔凈間占用空間。按照天車軌道的形狀，天車軌道可以分為直線單元和彎曲單元，以適應(yīng)車間內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)設(shè)備的布局要求。軌道內(nèi)布置天車系統(tǒng)的供電電纜和相應(yīng)的控制電纜。吊運車軌道的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 吊運車軌道結(jié)構(gòu)

3 供電技術(shù)

天車系統(tǒng)采用非接觸式的供電技術(shù)，一方面簡化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少產(chǎn)品的體積，節(jié)約廠內(nèi)空間，提高供電的安全性；另一方面避免了接觸式充電，在吊運車運動過程中因摩擦運動而產(chǎn)生的污染顆粒，有利于維護潔凈室內(nèi)的潔凈環(huán)境。非接觸式供電系統(tǒng)主要包括電源盒、控制線纜、拾音線圈和受電單元組成。電源盒將220 V交流電源轉(zhuǎn)換為適合進行無接觸式供電的頻率，再向控制線纜輸送電力；控制線纜利用磁場，向吊運車高效的輸送電力；安裝在吊運車上的拾音線圈用于接收控制電纜磁場發(fā)來的電力；受電單元將會對拾音線圈接受的電力進行穩(wěn)流、穩(wěn)頻處理，以為變頻器及運動單元提供優(yōu)質(zhì)的電力，如圖3所示。

4 精密運動控制技術(shù)

吊運車在抓放物料的過程中，需要精確保證兩者之間的相對位置，而相對于不同的物料取放位置，吊運車是運動的。吊運車的運動能力、精度，直接決定了吊運車和物料之間的相對位置。

吊運車具有x、y、z和θ向的運動，天車系統(tǒng)的x、y向運動定位采用光柵尺或磁性編碼器進行天車x、y向的定位，當?shù)踹\車移動到指定位置時，通過電機編碼器和光柵尺，形成閉環(huán)控制，以保證天車x、y向的定位。吊運車的z向運動采用電機驅(qū)動、皮帶或鋼索傳動的方式進行。吊運車和卡盤之間采用三條皮帶或鋼索，通過設(shè)置三條鋼索、皮帶相對于卡盤的位置，可防護卡盤在下落過程中出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)運動。通過吊運車θ向的運動可糾正物料和吊運車之間的θ向位置偏移。

圖3 供電系統(tǒng)

5 污染顆粒的防護技術(shù)

隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對于潔凈間的要求不斷提高。而摩擦運動是污染顆粒產(chǎn)生的主要來源。天車系統(tǒng)中的吊運車負責物料的運輸，會產(chǎn)生一定的污染顆粒。污染顆粒的防護可從以下3個方面進行。

(1)材料選擇

通過比較不同材料的性能，選擇耐磨性高的材料，以減少因為摩擦運動產(chǎn)生的污染顆粒。

(2)減少摩擦運動

在天車系統(tǒng)設(shè)計過程中，盡可能減少運動部件的摩擦運動，應(yīng)將滑動摩擦改為滾動摩擦。吊運車的供電可采用非接觸充電技術(shù)，系統(tǒng)之間的通信盡量選用無線的通訊模式等，減少系統(tǒng)中線纜的數(shù)量。

(3)消除污染顆粒

利用負壓除塵技術(shù)，將運動過程中產(chǎn)生的污染顆粒通過負壓直接消除。

6 結(jié) 論

本文對天車系統(tǒng)的主要技術(shù)進行了概括性介紹，對天車系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的借鑒。