2.3. 案例-1000kg 頂升模組

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在開發小型化的200kg AMR之前,先開發了使用於1000kg AMR的頂升模組,採用AMR本體與頂升模組分開,頂升功能可以進行模組化的安裝與卸除。
AMR本體與頂升模組分成兩個任務單位進行開發,考慮到開發經驗與份量,這邊我是負責1000kg的頂升模組,因為開發過100k頂升的原型,除了軟體與電氣由其他同事負責,完成機械設計之後組裝與測試也都由我執行。
成品已經在客戶端運作測試,沒有公開展示資料,當然也不能公開技術相關細節,只能針對幾個關鍵概念說明。


設計1000kg 頂升模組時,有幾項基本要求

1. 薄型化設計,因為沒有和AMR本體進行整合,要儘量減少安裝底升模組後增加的車體高度。
2. 除了電源使用車體電源之外,頂升模組本身是完整系統,可以進一步整合於其他用途之上。
3. 模組與車體之間的連接方式,需要穩固而且容易拆裝。
4. 模組重量盡可能降低,來增加搬運車的電池使用時間。
5. 外殼設計,避免異物侵入,以及避免夾手的安全設計。
6. 從設計,備料,到組裝測試完成,任務時間只有3個月。(不包含前期構型評估的時間。)


為了滿足基本要求,頂升模組運用了幾個關鍵設計。

1. 剪刀結構。
常見於各式升降機構,利用可折疊的特性,來達到薄型的頂升模組設計。同時設計過程透過動力學與結構分析軟體,檢查剪刀結構的負荷與運動狀態,來最佳化加工零件設計,搭配適合市購零件規格。


2. 利用搬運車本體,分攤承重。
假如完全依賴本身結構,要去承受1000kg的負荷,底座的結構就需要相當堅固,但是會大幅增加重量。考慮到頂升模組只會搭配AMR車體使用,因此利用搬運車本身能乘載1000kg的結構,與之結合後,可以視為單一大框架,就不需要過分強化頂升模組的底座。

3. 輕量外殼。
外殼部分,在頂升模組的任務中,不會有乘載重量的任務,主要是保護內部機構與電氣系統,阻止異物入侵造成故障。因此選用鋁版做為材質,簡單的板金摺邊完成外殼,市面上量產的AMR大量使用ABS外殼,但是原型的製作時程與數量,製作模具的成本不符合需求

4. 縮小活動縫隙。
透過縮小頂升活動結構與外殼的縫隙,可以避免類似螺絲尺寸的異物侵入,也避免使用成本較高的蛇籠防護設計。


最終組裝完成,實際的成品,達成了以下項目。
1. 薄型尺寸,和市面競品接近。
2. 可獨立使用的頂升模組。
3. 容易拆裝維護。
4. 簡單可靠的保護外殼。


同樣也有一些值得改善的項目。
1. 成品重量略高於設計目標,部分的市購零件,為了配合任務的成本限制,選擇超出規格但成本較低的選項,增加了不少額外重量。
2. 超出規格但成本較低的零件,除了增加重量外,要在有限空間內重新安排設計,也增加了不少設計時間。
3. 整體完成時間接近5個月,主要無法掌握的部份是備料,受到供應商影響而延遲,以及測試作業需要與不同單位配合花上較多時間。設計是略超過預期時間,而組裝作業時間則是準時完成。
4. 開發過程中,還有更輕量,尺寸更小,更加模組化的設計方案。受限於需要成本較高的零件搭配,方案沒有被接受執行。
5. 但是完成1000kg底升模組後,回頭檢討整體實際成本,其實原本更加模組化的放案,雖然用了較昂貴的特定零件,但是有機會在整體成本壓到相同水準。這也是實際完成之後才能學到的經驗。
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