Design of Stacker Crane for Mini-Load Automated Storage and Retrieval Systems

Abstract

The objection of the thesis is to design and analyze a 3 degree of freedom stacker crane mechanism for Mini Load Automated Storage and Retrieval Systems. Automated Storage and Retrieval System (AS/RS) is an automated system in which the product of a company to be stored is placed in or retrieved from specified location on a rack system by means of computer aided mechanism which is nothing but a stacker crane. This study first introduces an inclusive literature review on AS/RSs. Several types of AS/RSs are examined and the differences between them are introduced. Additionally, several types of stacker cranes in the literature are also presented. Moreover, the linear motion systems used in similar mechanism are explained briefly in the chapter. In the design chapter of the thesis, theory of the stacker crane mechanism is introduced. A conceptual design is created and, elements and sub-sections of the desired mechanism are presented with the conceptual design of the mechanism. After the conceptual design, critical design calculations are performed approximately before the detailed design of the mechanism. Afterwards, the detailed design of the mechanism is created and calculations are verified due to detailed design. The detailed design of the mechanism is analyzed using Finite Element Analysis methods in the analysis chapter of the thesis. Analysis of critical components and critical sub-sections of the stacker crane mechanism are analyzed using Computer Aided Engineering program. Revises are made according to the results of the FEA and design is validated at the end. At the prototyping chapter of the thesis, the manufacturing studies of the mechanism are presented. Manufacturing stages are introduced and experiments of the sub-section of the mechanism are done.

Bu tezin amacı, Mini Load Otomatik Depolama ve Geri Alma sistemlerinde kullanılmak üzere 3 serbestlik dereceli istifleyici vinç tasarım ve analizini yapmaktır. Otomatik Depolama ve Geri Alma sistemleri; şirketlerin depolarında bulunan sıralı raf yapılarının sistem tarafından önceden belirlenmiş bir bölümüne, bir ürünün yerleştirilmesinin ya da yerleştirildiği yerden geri alınmasının, bilgisayar destekli bir istifleyici vinç tarafından (ya da benzeri başka bir mekanizma yardımı ile) tam otomatik olarak sağlandığı bir depo otomasyon sistemidir. Bu tez çalışması öncelikle Otomatik Depolama ve Geri Alma sistemleri hakkında kapsayıcı bir literatür taraması sunar. Bu literatür taraması kapsamında, sektörde kullanılan birçok sistem incelenmiş ve özellikleri sunulmuştur. Bunlara ek olarak, piyasada kullanılan sistemler tarafından kullanılan istifleyici vinç çeşitleri de incelenmiştir. Tezin tasarım bölümünde ise, istifleyici vinç mekanizmasının teorisi sunulmuştur. Daha sonra, konsept bir tasarım ortaya konmuş ve vinç tasarımında kullanılan elemanlar ve alt kısımlar konsept tasarım kapsamında sunulmuştur. Konsept tasarım sonucu elde edilen veriler kullanılarak, detaylı tasarım yapılması için gerekli hesaplamalar yapılmış ve yaklaşık veriler elde edilmiştir. Devamında ise detaylı tasarım aşamasına geçilmiş ve konsept tasarım ile elde edilen veriler kontrol edilerek doğrulanmıştır. Tezin analiz bölümünde, detaylı tasarım sonucu ortaya çıkan mekanizma, sonlu elemanlar analizi yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. İstifleyici vinç mekanizmasının kritik elemanlarının ve kritik alt kısımlarının analizleri, bilgisayar destekli mühendislik programı yardımıyla yapılmıştır. Analiz sonucu gerekli revizeler yapılmış ve son tasarım kontrol edilmiştir. Tezin sonunda ise tezin prototip çalışmalarına yer verilmiştir. Prototipi yapılan alt sistem aşamaları ile incelenmiş ve sistem test sonuçları irdelenmiştir.