儲運系統(tǒng)中立體倉庫及AGV小車的研究

康殿友

摘 要：隨著我國實體經(jīng)濟的增速發(fā)展，物流中的儲運系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。美國于1959年開發(fā)了世界上第一個自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機進行自動化立體倉庫的控制管理，立體倉庫和在儲運過程中運用的AGV小車已經(jīng)越來越普遍地出現(xiàn)在物流儲運過程中。介紹了立體倉庫和AGV小車的運用，以期為進一步提高物流儲運效率作出貢獻。

關(guān)鍵詞：立體倉庫；AGV小車；路徑研究；堆垛機

中圖分類號：TP273+.5 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.098

1 物料儲運系統(tǒng)中立體倉庫的研究

立體倉庫是“貨架自動化立體倉庫”的簡稱，一般采用幾層至幾十層高的貨架儲存單元貨物，是通過存儲自動化和精準(zhǔn)定位，并采用相應(yīng)的搬運設(shè)備進行貨物出、入庫作業(yè)的倉庫。考慮到重力承載作用和框架材料的特點，立體倉庫一般不超過40 m高，高6～24 m的較為常見。因此，人工難以對貨架進行出、入貨操作，必須依靠機械作業(yè)，而堆垛機是最為常見的操作機械之一。

隨著立體倉庫的廣泛應(yīng)用，其類型和形式區(qū)域多樣性。為了滿足快速、準(zhǔn)確、高效的需求，堆垛機的原有直線軌道已經(jīng)無法滿足這些需求，異形軌道逐漸被運用在實際的立體倉儲中。以往的定位主要采用激光測距定位，但對于異形軌道而言，運用激光定位的劣勢非常明顯。而條碼定位系統(tǒng)能很好地解決立體倉儲的相關(guān)問題，基于條形碼的定位系統(tǒng)能夠在入貨中記錄貨品準(zhǔn)確信息，包括位置、類型、質(zhì)量和物理化學(xué)特點等，并通過中央計算機的處理器精準(zhǔn)地找到物品，從而大大提高定位速度，最終實現(xiàn)提高出、入庫的優(yōu)化調(diào)度儲運效率。條形碼定位系統(tǒng)在立體倉庫中的優(yōu)勢明顯，正在逐漸取代激光測距認(rèn)址系統(tǒng)。

2 AGV小車的運用研究

2.1 AGV小車簡介

AGV小車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV），是指以可充電的蓄電池為動力來源、裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置、能沿規(guī)定導(dǎo)引路徑行駛和在立體倉庫應(yīng)用中不需駕駛員的搬運車，具有安全保護和各種移載功能，可通過電腦控制或設(shè)計固定的AGV小車行進線路。電磁軌道固定在地板上，AGV小車可按照電腦指令在電磁軌道上移動。立體倉庫中運用AGV小車具有多種優(yōu)勢。AGV小車由高自動化的計算機控制，當(dāng)倉庫需要出、入庫時，會由人向計算機終端輸入指示，計算機終端通過運算將指令發(fā)送到AGV，并執(zhí)行物品的出、入庫指令。AGV小車除具有高自動化出、入庫的特點外，還可以完成自動充電，且具有美觀、大方和占地面積小等特點。

2.2 AGV小車路徑規(guī)劃研究

路徑規(guī)劃是自動化設(shè)備導(dǎo)航技術(shù)的重要組成部分，它按照設(shè)備使用目的和性能指標(biāo)規(guī)劃接近最優(yōu)的無障礙路徑。AGV小車運動規(guī)劃的定義為：AGV小車路徑規(guī)劃是一個系統(tǒng)，它由一系列軌道部件互相連接而成，在可以活動的各個方向設(shè)定了一定范圍的活動空間，這一系統(tǒng)可在平面或立體的工作空間中，在不破壞自身運動約束的情況下按照指令運動，在工作空間中由一系列幾何參數(shù)克服己知的障礙。路徑規(guī)劃是指對給定的一個初始位形和目標(biāo)位形，要求求解一個機器人系統(tǒng)的連續(xù)動作，使之無碰撞地從初始位置運動到目的地。

AGV小車路徑規(guī)劃方法可通過圖片搜索、空間設(shè)定、柵格解耦和引斥力設(shè)定等實現(xiàn)，而智能路徑規(guī)劃方法是基于遺傳算法、柵格解耦和引斥力設(shè)定的路徑規(guī)劃的總體體現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃方法。下面介紹AGV小車路徑規(guī)劃的幾種算法。

目前，研究開展面較大的路徑規(guī)劃方法是“遺傳算法”，它的設(shè)計靈感來自達爾文的生物進化理論。遺傳算法是一種隨機算法，具有一定的方向性，可用于解決控制和函數(shù)的優(yōu)化等方面問題，它使用的隨機選擇只是在有方向的搜索過程中的一種工具，其效率是眾多算法中最高的。

柵格解耦（柵格法）AGV小車路徑規(guī)劃。柵格法是20世紀(jì)70年代提出的，為了避免復(fù)雜的計算，其在處理障礙物邊界時采用了柵格表示位置標(biāo)記。柵格越多，標(biāo)記越密集，障礙物的表示則越精確。其缺點是標(biāo)記物眾多，會占用大量的存儲空間，因此，柵格精準(zhǔn)度與密度的關(guān)系是柵格法的重點問題。AGV小車的路徑信息被離散化后，這些單個運動會被設(shè)定在每個柵格中，每個柵格中的設(shè)定信息規(guī)定了機器人在這個柵格上的一切動作，從而可實現(xiàn)機器人的路徑規(guī)劃。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃法通過并列連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)無碰撞路徑規(guī)劃，同時，為了盡量縮短初始點至目的地的距離，會通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對路徑每個點進行規(guī)劃。如果在理論最短距離軌跡中有障礙物，則使用連續(xù)模型表示，仍能達到無碰撞路徑規(guī)劃，且單個路徑點運動的計算只需要用到局部信息。該方法適用于并列計算。

AGV小車通常是輪式移動，由于存在控制問題，無法完整地實現(xiàn)運動約束。為了解決該問題，有人提出了一種利用導(dǎo)向靜電場和方向誤差引力場進行控制的方法，即通過將目標(biāo)物受到的引力與障礙物的排斥力結(jié)合，導(dǎo)向靜電場形成的場作用力控制AGV的運動方向，同時，通過誤差引力場控制AGV小車的方向，確定了運動方向后，通過2種力的相互作用，可實現(xiàn)在立體倉儲中任意點的AGV小車控制。

參考文獻

[1]戴德明.立體倉儲的發(fā)展方向研究[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]良曙.自動化倉儲設(shè)備應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： With the growth of the entity economy in our country， the storage and transportation system of logistics has been the development of. America developed the worlds first automated warehouse management and control in 1959， in 1963 pioneered the use of computers for automated warehouse， warehouse and use in the process of storage and transportation of AGV car has been more and more widely appeared in the logistics process. Introduces the application of stereoscopic warehouse and AGV car， in order to further improve the logistics efficiency contribute.

Key words： warehouse； AGV car； research path； stacker