窄巷道伸縮叉式AGV的介紹及應(yīng)用

劉利波，陳傳軍，朱 巖

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司北自科技，北京 100120）

0 引言

目前自動(dòng)化立體倉庫設(shè)計(jì)過程中，堆垛機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，但是堆垛機(jī)因其自身天地軌占用高度空間、自重較大對(duì)地面承載要求高等因素，對(duì)貨架高度、地面承載都有一定要求，在傳統(tǒng)樓庫的自動(dòng)化改造項(xiàng)目中，存在地面承載低、樓層高度不夠的現(xiàn)狀。新型窄巷道自動(dòng)化存取設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)越來越有其必要性。本文新型窄巷道伸縮叉式AGV是基于堆垛機(jī)設(shè)備自身不足，參照AGV結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新車型。

自動(dòng)導(dǎo)引車AGV全稱Automated Guided Vehicles，是一種安裝有自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠根據(jù)設(shè)定的路線進(jìn)行尋跡運(yùn)行，并且具有安全保護(hù)和移載功能的無人駕駛自動(dòng)化搬運(yùn)車輛。在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用于各個(gè)物流領(lǐng)域。

AGV從導(dǎo)引方式上主要分為磁導(dǎo)引和激光導(dǎo)引，每種適用的環(huán)境、技術(shù)條件、成本各不相同。

磁導(dǎo)引須在地面上鋪設(shè)磁條，AGV通過磁導(dǎo)傳感器沿著磁條的軌跡實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，該技術(shù)目前比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛。其優(yōu)勢為磁條鋪設(shè)簡單，靈活性好，修改路徑比較簡單，成本低。缺點(diǎn)為由于磁條是裸露在外，容易受到磨損及污染，需要定期維護(hù)，且通訊的穩(wěn)定性容易受到外界影響，對(duì)環(huán)境要求較高。

激光導(dǎo)引需要在行駛路徑周圍安裝反光板，對(duì)反光板的安裝位置和反光性要求較高。在AGV的車體部位安裝360度旋轉(zhuǎn)的激光傳感器，運(yùn)行過程中不間斷掃描來確認(rèn)位置。激光導(dǎo)引的優(yōu)勢為定位精度更高，地面無需鋪設(shè)定位工具，導(dǎo)航軌跡更易于修改，使用更為靈活，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。缺點(diǎn)為對(duì)地面平整度、工作空間的能見度及外界光線污染等要求較高，制造和維護(hù)成本也較高。由于目前AGV的使用環(huán)境多為與人流、叉車流共用通道，因此激光導(dǎo)引的優(yōu)勢體現(xiàn)越發(fā)明顯，正逐漸成為AGV的主流導(dǎo)航方式。

AGV從取貨方式上進(jìn)行劃分，目前主要有以下兩種大類：背負(fù)式AGV、叉車式AGV。

背負(fù)式AGV是在AGV車體上放置托盤、料架、料箱等貨物進(jìn)行搬運(yùn)，或在AGV尾部牽引料車。其又可細(xì)分為背負(fù)輸送式AGV、潛入頂升式AGV、牽引式AGV。

叉車式AGV是通過將傳統(tǒng)叉車進(jìn)行無人化改裝，實(shí)現(xiàn)堆棧托盤類貨物的物流周轉(zhuǎn)。

當(dāng)前應(yīng)用中，AGV的主要功能為實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)搬運(yùn)操作。在倉庫中實(shí)現(xiàn)貨架取放托盤貨物的AGV在實(shí)際中應(yīng)用非常少。

1 窄巷道伸縮叉式AGV特點(diǎn)

窄巷道伸縮叉式AGV與其他設(shè)備特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

AGV主要由機(jī)械和電氣兩部分構(gòu)成。其中，機(jī)械部分主要包括車體框架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、載貨臺(tái)系統(tǒng)。電氣部分主要包含導(dǎo)航、安全、控制和動(dòng)力等系統(tǒng)。窄巷道伸縮叉式AGV主要特點(diǎn)有以下五點(diǎn)。

1）車體門架

AGV工作需要高度不同，門架的高度也有區(qū)別，若高度過高，采用單級(jí)門架就不太現(xiàn)實(shí)，這會(huì)使得門架的力學(xué)性能大大下降。目前AGV的門架大部分分為一級(jí)門架、二級(jí)門架和三級(jí)門架三種，通常高度增加3米，門架增加一級(jí)。

2）載貨臺(tái)

載貨臺(tái)設(shè)計(jì)參考堆垛機(jī)載貨臺(tái)，上配置伸縮貨叉，通過載貨臺(tái)升降調(diào)整作業(yè)高度，通過貨叉?zhèn)认蛏炜s完成托盤取放作業(yè)。

表1 AGV及其他設(shè)備特點(diǎn)一覽表

3）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

目前AGV的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要分為三輪機(jī)構(gòu)和四輪機(jī)構(gòu)兩大類，窄巷道伸縮叉式AGV適用橫向穩(wěn)定性更好的四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

4）升降系統(tǒng)

升降動(dòng)力裝置目前主要有兩種，電機(jī)傳動(dòng)提升和液壓傳動(dòng)提升，本項(xiàng)目選擇設(shè)計(jì)更加簡單、造價(jià)更低、后期維護(hù)更方便的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加緊湊，與本文合理利用空間的目的更加匹配。

5）穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

在取放托盤作業(yè)中，車體受到負(fù)載和慣性力的雙重作用，使得小車產(chǎn)生一個(gè)以載貨側(cè)雙輪為轉(zhuǎn)動(dòng)中心的傾覆力矩，同時(shí)，車體自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)保持AGV穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩。在實(shí)際使用過程中，需保證穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，同時(shí)還必須有較大的余量，才能保證AGV的穩(wěn)定性。我們假定一個(gè)穩(wěn)定系數(shù)η來代表，取1.5。

按以下公式進(jìn)行計(jì)算以求出車體自重F2：

其中：X位從載荷重心至側(cè)輪中心線的最大水平距離；

B為AGV自重重心到側(cè)輪中心線的水平距離；

F1為載貨重量。

2 窄巷道伸縮叉式AGV應(yīng)用

以某國內(nèi)知名家具企業(yè)為例，為提升生產(chǎn)基地成品倉儲(chǔ)物流的自動(dòng)化水平及庫存容量，啟動(dòng)了成品自動(dòng)化物流系統(tǒng)項(xiàng)目，主要目的為實(shí)現(xiàn)成品碼垛完成的托盤從車間到庫房再到發(fā)貨站臺(tái)的全自動(dòng)化物流系統(tǒng)。但是其現(xiàn)有庫房為多層樓庫結(jié)構(gòu)，單層凈空也只有4.3米，地面平均承載僅有1噸。地面承載無法滿足堆垛機(jī)要求，立體倉庫的核心設(shè)備選擇成為了本項(xiàng)目的最大難題，為此設(shè)計(jì)窄巷道伸縮叉式AGV以滿足項(xiàng)目需求。

本項(xiàng)目布局如圖1所示，AGV行走通道寬度僅需設(shè)計(jì)1.6米，共設(shè)計(jì)24組4層不同高度貨架巷道，AGV最高取貨高度2.8米，采用單級(jí)門架結(jié)構(gòu)，通過效率計(jì)算，AGV需配置18臺(tái)，通過系統(tǒng)調(diào)配AGV在貨架區(qū)右側(cè)更換巷道來調(diào)節(jié)不同區(qū)域的作業(yè)。

圖1 項(xiàng)目整體布局

3 結(jié)束語

通過窄巷道伸縮叉式AGV在某家具企業(yè)物流倉儲(chǔ)中的成功應(yīng)用，解決了場地對(duì)物流系統(tǒng)的限制，實(shí)現(xiàn)了在樓庫中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存取、提升庫存容量的目的。

窄巷道伸縮叉式AGV項(xiàng)目的整體造價(jià)低于使用堆垛機(jī)的倉儲(chǔ)系統(tǒng)，庫存容量遠(yuǎn)大于使用普通叉車AGV的倉儲(chǔ)系統(tǒng)并且不小于堆垛機(jī)立體倉庫系統(tǒng)?？蓮V泛應(yīng)用于高度較低的樓庫自動(dòng)化改造中，是對(duì)堆垛機(jī)使用受限情況下物流系統(tǒng)解決方案的有力補(bǔ)充。