穿梭車式密集倉儲系統專利技術概述

文/朱由智

一、穿梭車式密集倉儲系統國內外發展概況

近幾年來，隨著我國電子商務的迅猛發展，物流量逐年遞增，商品的存儲面臨著巨大的挑戰，倉儲系統作為產品供應中的重要環節逐漸引起了人們的重視。加之土地資源的緊缺及成本的大幅上漲，如何有效利用空間進行高效存儲正在成為重要的研究方向。而穿梭車式密集倉儲系統是穿梭車與貨架的有效結合，其比較適合商品品種相對較少、需要對貨物進行快速流通的行業。

本文從專利的角度分析穿梭車式密集倉儲系統的發展歷程及未來趨勢。在國際專利分類表（IPC）中，穿梭車式密集倉儲系統相關的分類號比較集中，主要包括在B65G1/04（機械的貯存裝置）這一兩點組中，該兩點組下包括三點組B65G1/10（貨架相對移動）、B65G1/12（帶有在封閉環路內移動的物件支承器）及B65G1/137（帶有為選擇要取出物件的裝置或自動控制裝置），B65G1/12下包括四點組B65G1/127（環路限制在垂直平面內）及B65G1/133（環路限制在水平平面內）。這些分類號基本涵蓋了穿梭車式密集倉儲系統方面的所有專利。本文采用以上分類號，并使用物流、貨架、貨柜、高密度、密集、倉儲、存儲、穿梭車、穿梭板、臺車、搬運機器人、搬運車等關鍵詞進行限定，得到相關專利申請800多件，并以此進行分析。

圖1：國內外專利申請量年度分布圖

圖2：國內外專利申請量地域分布圖

圖3：國內主要申請人分布圖

1.國內外專利申請量年度分布

穿梭車式密集倉儲系統相關專利申請最早于1967年提出，由圖1不難看出，國外對于穿梭車倉儲的研究起步較早并穩步發展，國內在20世紀90年代才出現少量申請。在2005年之后，隨著電池及自動化技術的發展，國內外專利申請量開始逐漸增多，特別是中國在2010年后申請量開始爆發式增長，這與大容量電池技術的成熟、電機體積的減小以及智能化的發展密切相關。特別是近幾年我國電商及物流行業的飛速發展以及土地成本的日益增長，極大地促進了穿梭車倉儲的飛速發展。

2.國內外專利申請量的地域分布

從圖2可以看出，穿梭車倉儲起步于歐洲，英國、法國及德國在20世紀60年代開始萌芽，之后呈現較為平穩的發展；美國在60年代出現了少量申請，后呈現快速發展態勢，申請總量位居全球第二名；加拿大在70年代開始出現相關申請，之后呈現較為平穩的發展；日本在80年代開始出現相關申請，之后呈現較快的發展，鑒于國土面積有限的基本國情，申請總量位居全球第三名；韓國和中國均是在90年代出現相關申請，且呈現較快的發展；尤其是中國，在2010年后申請量急劇增長，國內研發機構加快研發速度，同時國外企業也加強了在中國的申請，使在中國的專利申請總量位居全球第一。

3.國內主要申請人的統計情況

由圖3可以看出，穿梭車式密集倉儲系統的主要申請人比較分散，且以企業為主，高校申請量并不多，申請的區域主要集中在江蘇省、上海市及廣東省等物流比較發達的省市，專注于物流及存儲設備的貴陽普天物流技術有限公司以及貴州省的新余市百合力機電技術有限公司的申請量居于首位，具有較強的研發實力。

二、穿梭車式密集倉儲系統的技術發展脈絡

1.單層貨架倉儲系統

早期的貨物存儲直接將貨物擺放在地面上，并留出供叉車或者人工搬運貨物進出的通道。為了改進這種占地面積大、存取效率低的存儲方式，英國發明家Bright Thomas John Robert于1967年申請了一種機械式存取系統及裝置（GB1572367A），如圖4，在倉庫或車庫中設置多列存儲區（A、B、C），每列存儲區由兩條出入通道（a3、a4）及夾在兩出入通道之間的多個矩形存儲單元（e）組成，每個矩形存儲單元包括五個（或更多個）承載貨物或車輛的存儲穿梭車（1、2、3、4、5）。存儲穿梭車可沿垂直于出入通道的方向移動，可在載具（a、b）的帶動下沿平行于出入通道的方向移動，從而實現在矩形存儲單元內循環存放，以增加存儲單元內的存儲密度，每個出入通道中設置有可快速移動的通道穿梭車，存儲穿梭車可承載著貨物或車輛從通道穿梭車上進出矩形存儲單元。通道穿梭車、載具及存儲穿梭車的運動均是通過電機驅動齒輪與齒條嚙合來實現的，設置有通道穿梭車的出入通道及可循環存放存儲穿梭車的矩形存儲單元實現了貨物及車輛的大量存放及快速存取。

2.多層貨架倉儲系統

單層的存儲方式已經不能滿足日益增長的存儲量的需求。為了進一步提高存儲密度并減少貨物存取時的轉移距離，一些企業開始制造并使用多層貨架來利用空間并減少轉運設備的轉移距離，于是將貨架設計成多深位貨架（貨架的每個存儲格內可放置多個貨物）。而多深位貨架中貨物的存取不便于通過叉車或者堆垛機的貨叉實現，因此，能夠來回穿梭的穿梭車便受到了設計者的青睞。

（1）應用單向穿梭車的自動化倉儲系統

加拿大一家公司A P L I T E C LIMITED于1972年在英國申請了一種自動化存儲系統（GB1419872A），如圖5。該存儲系統包括三個存儲區（1、2、3），每個存儲區由多行多列構成的多個存儲格組成，每個存儲格為可同時存儲多件貨物（7）的多深位存儲格，其中存儲區1、3及2帶有中間隔板8的部分的存取方式為“先進后出”，存儲區2不帶中間隔板8的部分的存取方式為“先進先出”，兩存儲區之間設有供堆垛機17往復移動的通道，各通道分別與輸送機13、14相連，方便貨物的轉運，堆垛機17包括帶有滾輪19的底座18，底座上設有高架5，高架上設有轎廂30，轎廂30可由繩索牽引沿著高架5進行升降，轎廂30中設有用于承載貨物的穿梭車41。存儲貨物時，穿梭車41從輸送機上接收貨物，在堆垛機17的水平移動及轎廂30的垂直移動的帶動下停在指定的存儲格前面，穿梭車41的車輪58在電機59的驅動下沿著軌道51從轎廂30中駛入貨架中，到達貨架中的空位后螺紋桿61在電機62的驅動下帶動貨物7下落，貨物7落在貨架的存儲格上，穿梭車41便與貨物7分離，然后返回到轎廂30內，取貨為存貨的逆過程。此申請中，驅動穿梭車運動的電機由電池供電，可使穿梭車脫離堆垛機行駛較遠的距離，實現多深位貨架的高密度存儲及自動化的實現。

國內申請人云南昆船設計研究院于2000年申請了一種密集型自動化物流倉儲方法及其裝置（CN1293148A），如圖6。立體倉庫3包括多排貨架，兩貨架間設有橫向運動的巷道堆垛機1，巷道堆垛機1用于在貨架端部的自動輸送系統及存儲格間轉運貨物，每排貨架由多行多列的多深位存儲格組成，遙控有軌自動車2（即穿梭車）在存儲格的軌道上往復運動，當存儲貨物16時，巷道堆垛機的貨叉取下貨物，然后運動到指定的貨格前，巷道堆垛機上的貨叉將貨物放到存儲格的第一個貨位，然后遙控有軌自動車2駛入貨物底部，取貨裝置上升將貨物頂起然后送到指定貨位上，取貨裝置下降將貨物存下，然后處于待命狀態。取貨時，遙控有軌自動車2將貨物放到第一個貨位，巷道堆垛機1的貨叉將貨物取下，然后送到自動輸送系統上。遙控有軌自動車2在不同存儲格間的轉移通過巷道堆垛機的貨叉取放實現，其往復運動通過電池進行供電，整套裝置由自動控制系統6控制，通過計算機管理調度系統5自動地調度運行。

圖4： 機械式存取系統及裝置

圖5：自動化存取系統

圖6：密集型自動化物流倉儲方法及其裝置

圖7：子母穿梭車倉儲系統

圖8：自動化立體倉儲系統

圖9：緊致化倉儲系統

圖10：立體倉庫伸縮叉型穿梭車

圖11：無人自動搬運系統

以上兩個自動化倉儲系統均是通過堆垛機的運動來實現貨物的水平及垂直運動，由于堆垛機體積及重量較大，在貨物的轉運過程中需要較寬通道，以致效率不高，且耗能較大，因此，一些研究者開始對貨物的水平及垂直運動方式進行改進，以進一步提高存儲密度、轉運效率，且更加節能。

法國申請人Savoye Logistics于1999年申請了一種自動存取貨架（FR9912259A），如圖7。該存取貨架由多排貨架組成，存儲格3為多深位存儲格，貨架之間設有通道（2a、2b、2c），通道的一端設有固定的升降機5，另一端設有橫向軌道6，通道上設有供母穿梭車7沿X方向運動的軌道4，母穿梭車7可通過橫向軌道6進行y方向的運動，升降機5帶動母穿梭車進行Z方向（垂直）的運動，存儲格內設有供子穿梭車25穿行的軌道，子穿梭車承載貨物駛入或駛出母穿梭車7，實現貨物從母穿梭車與存儲格之間的轉移。當存貨物時，母穿梭車7運動到升降機5上，升降機5下降并與底部的輸送機相對接，將貨物輸送到母穿梭車7上，升降機5上升到指定的層，然后母穿梭車從升降機上駛入通道，停在指定的存儲格前，子穿梭車從存儲格內駛入母穿梭車上將貨物頂起，然后返回存儲格內放下，若母穿梭車需要駛入其他通道，則通過車輪12在通道端部的橫向軌道6上進行橫移，母穿梭車也可帶著子穿梭車從一個存儲格內進入指定的存儲格內。子、母穿梭車的運動均由電機驅動并由電池供電，通過計算機系統及無線通訊技術來協調管理，實現了貨物的高密度、自動化的快速存儲。

國內申請人廣運機電（蘇州）有限公司于2011年申請了一種自動化立體倉儲系統（CN102085957A），如圖8。其通過在立體貨架的每一層設置可橫向移動的移行機構3（即母穿梭車）替換現有技術中的堆垛機或叉車，在貨架內縱向移動的子穿梭車2可直接駛入移行機構中從而減少了堆垛機或叉車的貨叉伸縮空間，提高了存儲密集度，在子穿梭車將貨物放置到移行機構上后退回到貨架中，移行機構將貨物移送到貨架端部的升降機構5前面，升降機構的貨叉將貨物從移行機構上取下后下降到底部，再將貨物移動到輸送機上。移行機構3通過集電軌對電機進行供電，子穿梭車通過電池進行供電，實現了貨物的高密度、自動化存儲。

（2） 應用雙向穿梭車的智能化倉儲系統

以上倉儲系統中的穿梭車只能在貨架中進行縱向的運動，其橫向運動均需要通過堆垛機或母穿梭車帶動進行運動，這樣就增加了投入成本。

申請人昆明歐邁科技有限公司于2013年申請了一種密集式雙向穿梭車自動存取倉儲物流裝置（CN203294644U）。該申請中的穿梭車為雙向穿梭車，既可以橫向運動也可以縱向運動，一臺穿梭車和升降機配合便可以實現高密度存儲，減少了設備投入成本。

中國科技大學于2013年申請了一種緊致化倉儲系統及相應的取貨方法（CN103144915A），如圖9。該系統中每個貨物4的底端都設有一個穿梭車3，穿梭車3既可以橫向運動也可以縱向運動，存儲貨架2的一側設置升降機1，存儲貨架的每一層上設有一個空位，當需要取貨時，計算機控制系統向穿梭車3及升降機1發送指令，所有穿梭車進行水平方向和深度方向成直角移動，將帶有貨物4的穿梭車3移送到出入口9處，升降機1在出入口將貨物取下，該存儲貨架中無需設有供堆垛機穿行的通道，因此密集度更高，通過計算機控制系統合理規劃穿梭車的行駛路徑，可以縮短貨物的取貨時間，實現貨物的高效、智能存儲。

（3）適于小批量、多品種貨物的倉儲系統

在現有的穿梭車式密集倉儲系統中，無論是單向穿梭車配合堆垛機或者母穿梭車的自動化倉儲系統，還是應用雙向穿梭車的智能化倉儲系統，都只能實現貨物的先入后出或者先入先出，因此只適用于貨物大批量且單一品種的存儲情況，當需要對多品種的貨物進行存取時，位于存儲格中間部位的貨物通過穿梭車便無法簡單地取出。隨著電子商務、服裝、藥品流通和快銷品等行業的快速發展，物品流通呈現出高時效、多品種、小批量的特點，該特性決定了在倉儲環節中存儲的周期變短，系統出入庫作業的頻率增加，對倉儲的核心設備在性能上有了更高的要求。因此，穿梭車式密集倉儲系統開始朝滿足“貨到人”揀貨模式的高流量需求方向發展。

申請人上海精星倉儲設備工程有限公司于2012年申請了一種應用于立體倉庫伸縮叉型R G V小車（CN202864188U），如圖10。該穿梭車往返于多層貨架1間的通道4中，其貨叉6可向兩側伸出進行取貨或者放貨，在控制系統的指引下停到所要存取的貨位前，每排貨架為單深位或雙深位貨架，雖然通道的增多減小了存儲密度，但可以實現多種貨物的靈活存取，兼顧存儲密度與靈活度。

申請人上海快倉智能科技有限公司于2014年申請了一種倉儲物品無人自動搬運系統（CN104129591A），如圖11。其貨架為方形架體，貨架的底面貼有用于標識貨架位置的二維碼標簽，貨架正下方具有供搬運車通行的空間，預先在倉庫內標定各個貨架的位置，并標定可供搬運車行進至各個貨架的路徑，需要裝卸貨物時，控制終端通過無線網絡將目標貨架的位置及路徑信息發送給搬運車，搬運車行駛到目標貨架正下方，并可原地任意角度轉向，將目標貨架頂起后按照規劃路徑行駛到卸貨點進行裝卸貨。這種采用移動多層貨架到卸貨點的“貨到人”揀貨方式可實現高時效、多品種、小批量貨物的靈活存取。

三、總結與展望

本文重點著眼于存儲密度高、自動化程度高、成本低的穿梭車式密集倉儲系統，通過分類號及關鍵詞等對穿梭車式密集倉儲系統相關專利進行了檢索，統計分析了關于穿梭車式密集倉儲系統國內外的專利申請情況以及國內申請量位居前十的申請人。然后，按照專利申請時間的先后，通過重要專利的形式介紹了穿梭車式密集倉儲系統從單層貨架存儲系統，到應用單向穿梭車的自動化倉儲系統，到應用雙向穿梭車的智能化倉儲系統，到適于小批量、多品種貨物的倉儲系統的發展歷程。