天車系統關鍵技術研究

上海新創達智能科技有限公司

(上海新創達智能科技有限公司，上海 201306)

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

1 吊運車技術

圖1 天車系統

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，可實現吊運車在不同目標之間的位置控制。抓放裝置用于實現物料的抓放，其主要由抓取卡盤、升降機構和支撐固定機構等部件組成，抓取卡盤可根據不同的物料進行更換，以保證不同物料的使用需求；升降機構采用滑輪組和帶傳動的組合，可實現位移的放大功能，提高運動速度，增大運動距離，減少提升拉力的作用；支撐固定結構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之間保持實時通信。

天車系統的運動流程：

(1)吊運車通過無線通訊系統接受主機控制系統的運動命令，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向的精確調整，待位置傳感器確認，吊運車位置調整完畢；

(5)抓放裝置抓取物料，物料抓取確認后，吊運車z執行反向運動；

(6)物料提升到吊運車內部后，吊運車打開底部卡盤，固定物料。

2 吊運車軌道技術

吊運車軌道按照軌道的數量可以分為單軌道或雙軌道的方式，主流廠家的天車系統一般采用雙軌，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，以適應車間內不同區域內設備的布局要求。軌道內布置天車系統的供電電纜和相應的控制電纜。吊運車軌道的結構如圖2所示。

圖2 吊運車軌道結構

3 供電技術

天車系統采用非接觸式的供電技術，一方面簡化產品的結構設計，減少產品的體積，節約廠內空間，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生的污染顆粒，有利于維護潔凈室內的潔凈環境。非接觸式供電系統主要包括電源盒、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來的電力；受電單元將會對拾音線圈接受的電力進行穩流、穩頻處理，以為變頻器及運動單元提供優質的電力，如圖3所示。

4 精密運動控制技術

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，當吊運車移動到指定位置時，通過電機編碼器和光柵尺，形成閉環控制，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扭轉運動。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

5 污染顆粒的防護技術

隨著集成電路制造技術的發展，產品對于潔凈間的要求不斷提高。而摩擦運動是污染顆粒產生的主要來源。天車系統中的吊運車負責物料的運輸，會產生一定的污染顆粒。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生的污染顆粒。

(2)減少摩擦運動

在天車系統設計過程中，盡可能減少運動部件的摩擦運動，應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，系統之間的通信盡量選用無線的通訊模式等，減少系統中線纜的數量。

(3)消除污染顆粒

利用負壓除塵技術，將運動過程中產生的污染顆粒通過負壓直接消除。

6 結 論

本文對天車系統的主要技術進行了概括性介紹，對天車系統的開發具有一定的借鑒。