AGV叉車(chē)在倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)的應(yīng)用

文/陳寶強(qiáng) 蔣旭東 侯敬波

一、引言

AGV是自動(dòng)導(dǎo)航運(yùn)輸車(chē)（Automatic Guided Vehicle）的英文縮寫(xiě)。根據(jù)美國(guó)物流協(xié)會(huì)定義，AGV是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，同時(shí)還具有自動(dòng)編程，安全保護(hù)和各種移載功能的運(yùn)輸設(shè)備，AGV是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。

自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)系統(tǒng)（AGVS-Automatic Guided Vehicle System）是由多臺(tái)AGV組成，集機(jī)電控制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通訊等技術(shù)于一體的集成化智能運(yùn)輸系統(tǒng)。AGVS可用于各行各業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、辦公、服務(wù)等系統(tǒng)中執(zhí)行室內(nèi)物料運(yùn)輸任務(wù)，其中汽車(chē)生產(chǎn)、機(jī)械制造及電子工業(yè)方面的應(yīng)用占較大比例，其它較多的應(yīng)用部門(mén)分別為造紙、化工、視頻、紡織等行業(yè)。

在汽車(chē)制造業(yè)中，AGVS常用于裝配生產(chǎn)線，以增加傳輸?shù)娜嵝裕绨l(fā)動(dòng)機(jī)或底盤(pán)的裝配線、車(chē)身機(jī)器人焊接線等。

在機(jī)械加工或綜合作業(yè)的柔性制造系統(tǒng)中，AGV系統(tǒng)在先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)以及自動(dòng)化工廠中的應(yīng)用是很典型的。AGV系統(tǒng)也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的高技術(shù)領(lǐng)域——計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)不可缺少的物流智能化設(shè)備。

AGV單機(jī)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)不僅決定著系統(tǒng)的柔性，同時(shí)也影響著系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)方面性能。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，多種導(dǎo)引方式已應(yīng)用到AGV中。

AGV按照導(dǎo)引方式有無(wú)導(dǎo)引路徑分為固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩類。固定路徑導(dǎo)引是指在AGV的運(yùn)行路徑上設(shè)置導(dǎo)引用的信息媒介物，通過(guò)車(chē)體上的傳感器檢測(cè)出其信號(hào)從而得到導(dǎo)引的一種方式，如光學(xué)導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引等。自由路徑導(dǎo)引方式是指在AGV的控制器上存儲(chǔ)著區(qū)域位置的尺寸坐標(biāo)，通過(guò)識(shí)別車(chē)體當(dāng)前方位，自主的決定行駛路徑的一種導(dǎo)引方式，主要有慣性導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺(jué)導(dǎo)引等。

二、AGV車(chē)型分類

包括：負(fù)載式、輕載多向移動(dòng)式、嵌入式、叉車(chē)式、牽引式、帶特定工裝/夾具

見(jiàn)下圖：

負(fù)載式

輕載多向移動(dòng)式

叉車(chē)式

嵌入式

牽引式

帶特定工裝/夾具

三、AGV體系構(gòu)成

1.呼叫終端-呼叫處理-下發(fā)指令

2.監(jiān)控終端-路徑規(guī)劃交通管理任務(wù)指派-對(duì)接上下層

3.車(chē)載終端-執(zhí)行與反饋

四、AGV導(dǎo)航的分類及導(dǎo)航技術(shù)

1.AGV導(dǎo)航的分類

激光導(dǎo)航、自然導(dǎo)航、測(cè)距導(dǎo)航、磁釘導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、多類型導(dǎo)航

2.AGV導(dǎo)航技術(shù)

目前，最常用的AGV導(dǎo)航模式如下：

激光導(dǎo)航：該車(chē)輛通過(guò)測(cè)量角度以及距離人工地標(biāo)（反射器）的距離來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航。

見(jiàn)下圖：

磁釘導(dǎo)航：該車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)地面上的磁鐵進(jìn)行導(dǎo)航。一般用于托盤(pán)-貨架、走廊與背馱式自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)。

見(jiàn)下圖：

磁帶導(dǎo)航：該車(chē)輛利用地面上的磁帶進(jìn)行導(dǎo)航，距離標(biāo)志牌用于沿著磁帶更新距離。一般用于托盤(pán)-貨架、走廊與背馱式自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)。

自然導(dǎo)航：通過(guò)激光掃描周?chē)沫h(huán)境，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的環(huán)境地圖進(jìn)行匹配，從而確定車(chē)體的當(dāng)前位置。

慣性導(dǎo)航：采用陀螺儀檢測(cè)車(chē)輛的方位角以及離參考點(diǎn)的距離來(lái)確定當(dāng)前位置，通過(guò)與給定路線的比較來(lái)控制AGV的行駛方向。常常會(huì)結(jié)合磁釘、激光導(dǎo)航。

綜合不同導(dǎo)航方法，在任何時(shí)間或地點(diǎn)改變導(dǎo)航方向

一般應(yīng)用于反射器視野有限的環(huán)境

如：托盤(pán)-貨架卷紙倉(cāng)庫(kù)等

見(jiàn)下圖：

AGV硬件系統(tǒng)

針對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)、粉塵、潮濕和溫度變化的惡劣環(huán)境而設(shè)的硬件系統(tǒng)

包括：驅(qū)動(dòng)器、車(chē)載控制器、顯示器、編碼器、光電傳感器、導(dǎo)航傳感器等。

見(jiàn)下圖：

AGV軟件系統(tǒng)

用途：管理AGV系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)輸

包括：主機(jī)、車(chē)齡系統(tǒng)控制器、交通流量控制器、流量管理、車(chē)隊(duì)管理、維修工具、車(chē)輛維護(hù)、車(chē)輛診斷、導(dǎo)航、負(fù)載處理、驅(qū)動(dòng)控制、操作界面、設(shè)計(jì)管理平臺(tái)、布局、應(yīng)用等。

五、我國(guó)AGV叉車(chē)的應(yīng)用及技術(shù)現(xiàn)狀

在我國(guó)，AGV產(chǎn)品大量用于汽車(chē)零部件行業(yè)以及港口集裝箱的堆垛，要實(shí)現(xiàn)在倉(cāng)庫(kù)中的取貨或堆垛功能，就要把AGV的自動(dòng)導(dǎo)航功能與傳統(tǒng)叉車(chē)的起升、堆垛、前傾卸載等功能結(jié)合起來(lái)，這就是我們常說(shuō)的AGV叉車(chē)。

AGV叉車(chē)基本上都是自由路徑導(dǎo)引AGV，自由路徑導(dǎo)引中以激光導(dǎo)引式AGV叉車(chē)為主。國(guó)內(nèi)許多叉車(chē)企業(yè)也在研發(fā)AGV叉車(chē)，如上海匯聚科技有限公司，在常用AGV的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了AGV前移式叉車(chē)，以麥克納姆輪為驅(qū)動(dòng)輪的AGV叉車(chē)，大型的高鐵車(chē)廂組裝用AGV平臺(tái)車(chē)等產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)叉車(chē)企業(yè)對(duì)AGV技術(shù)還處在摸索的過(guò)程中，產(chǎn)品技術(shù)不是很成熟，對(duì)于想在短時(shí)間內(nèi)，掌握這項(xiàng)技術(shù)還存在很大的難度，因此國(guó)內(nèi)的部分叉車(chē)企業(yè)選擇了與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)合作，建立戰(zhàn)略同盟關(guān)系，例如國(guó)際上知名的Kollmorgen(科爾摩根)公司，把核心的AGV技術(shù)與傳統(tǒng)的叉車(chē)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)運(yùn)功能，提高了倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)存效率，降低了人工成本。

但國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的AGV叉車(chē)由于缺少自主核心技術(shù)，要廣泛用于智能化工廠，還有很長(zhǎng)的路要走。

AGV重要的核心技術(shù)體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1.AGV管理監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)重要核心技術(shù)之一，應(yīng)開(kāi)發(fā)基于100臺(tái)以上AGV的管理調(diào)度系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作，開(kāi)展人機(jī)交互技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)的專項(xiàng)研究，提高我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件開(kāi)發(fā)水平，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)近年來(lái)AGV的市場(chǎng)需求。

AGV調(diào)度控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的軟、硬件系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外中高端的AGV系統(tǒng)均有AGV調(diào)度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件一般由服務(wù)器、管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)以及相關(guān)接口等組成；軟件由相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、管理監(jiān)控調(diào)度軟件等組成。

2.AGV車(chē)載控制器是AGV控制系統(tǒng)（核心算法）的核心，研制基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專用AGV車(chē)載控制器，取代以采用工控機(jī)或通用PLC作為主控單元的AGV車(chē)載控制器是未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，也是今后研發(fā)工作的重點(diǎn)。

3.供電技術(shù)：AGV的供電技術(shù)除了傳統(tǒng)的供電電池外，以“物理線性放電”、充電效率高、使用壽命長(zhǎng)為特點(diǎn)的超級(jí)電容在AGV上的應(yīng)用開(kāi)始發(fā)力。同時(shí)，無(wú)線供電技術(shù)得到發(fā)展，在國(guó)內(nèi)雖然仍然處在實(shí)驗(yàn)室和使用階段，但是，在國(guó)外已經(jīng)得到應(yīng)用且以德國(guó)企業(yè)為主。

4.AGV小車(chē)的核心部件，例如：電機(jī)、傳感器等核心零部件多數(shù)采用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人，也制約了國(guó)內(nèi)AGV行業(yè)的發(fā)展。

六、AGV叉車(chē)的基本狀況

目前國(guó)內(nèi)外比較流行的AGV叉車(chē)的生產(chǎn)方式分為兩種，一種是AGV叉車(chē)完全自制，另一種為普通叉車(chē)改造。

1.執(zhí)行元件自制

執(zhí)行元件自制就是AGV叉車(chē)的主體結(jié)構(gòu)部分包括車(chē)架、門(mén)架和工作裝置等都是由AGV叉車(chē)生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)AGV叉車(chē)的需要設(shè)計(jì)，需要機(jī)械工程師的配合，形成一體方案，對(duì)于自制AGV叉車(chē)車(chē)體即執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于國(guó)內(nèi)AGV廠家的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)、國(guó)內(nèi)高精機(jī)加配套不佳，導(dǎo)致AGV叉車(chē)在運(yùn)行速度、精準(zhǔn)度較差，在軟件控制系統(tǒng)上的要求更高。歐洲AGV叉車(chē)執(zhí)行元件基本上都采用自制，可以根據(jù)自己的技術(shù)、配重、客戶的物料、工況做最佳的匹配。

2.執(zhí)行元件由普通叉車(chē)改造

國(guó)內(nèi)部分AGV叉車(chē)生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行元件采用普通叉車(chē)，隨著國(guó)內(nèi)大型叉車(chē)企業(yè)與國(guó)際知名配套企業(yè)的合作，選用高精度的傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了AGV的運(yùn)行精度高，可靠性良好的效果。

七、AGV叉車(chē)車(chē)載控制系統(tǒng)

AGV車(chē)載控制系統(tǒng)主要完成AGV的導(dǎo)引、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作和安全防護(hù)等工作，因此車(chē)載控制系統(tǒng)的主要功能模塊分為：AGV的定位模塊、安全模塊、通訊模塊以及AGV的動(dòng)作模塊。

1.定位模塊

通過(guò)反光膠貼定位，激光導(dǎo)航系統(tǒng)360°高精度地掃描周?chē)h(huán)境輪廓信息（距離、角度及反光率）和反射膠貼位置數(shù)據(jù)。通過(guò)反射膠貼的測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出車(chē)輛的位置。見(jiàn)下圖。

2.安全模塊

安全裝置是AGV最重要的組成部分之一。現(xiàn)代化的生產(chǎn)環(huán)境中，人與各種機(jī)械設(shè)施處于同一環(huán)境中，AGV作為一種運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)作功能機(jī)械，其安全保障功能尤為重要。安全裝置可以防止設(shè)備在運(yùn)行中出錯(cuò)，除了保護(hù)AGV自身安全、維護(hù)AGV功能的順利完成外，還在最大可能的范圍內(nèi)保護(hù)和運(yùn)行環(huán)境設(shè)施的安全。

安全防護(hù)：障礙物接近檢測(cè)裝置和接觸檢測(cè)裝置

①接觸檢測(cè)裝置：采用機(jī)械防撞圍欄或者安全防撞觸邊。見(jiàn)右圖。

②障礙物接近檢測(cè)裝置：采用激光掃描，掃射距離4m，掃描范圍270°的平面區(qū)域，最小檢測(cè)物體：直徑30mm，40mm，50mm可以進(jìn)行設(shè)置。見(jiàn)下頁(yè)圖。

3.通訊模塊

通訊模塊是AGV和上位控制機(jī)交換信息和命令的橋梁。由于無(wú)線通訊具有不受障礙物阻擋的特點(diǎn)，一般采用上位機(jī)和AGV之間采用無(wú)線通訊。目前AGV中用的無(wú)線通訊主要有無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線數(shù)傳模塊兩種方式。但是由于無(wú)線數(shù)傳模塊不支持全雙工模式，且輸入和輸出切換等待時(shí)間較長(zhǎng)，模塊的傳輸速率低，因此通常的AGV與上位機(jī)的通訊采用無(wú)線局域網(wǎng)的模式。

無(wú)線局域網(wǎng)由無(wú)線網(wǎng)和無(wú)線路由器組成，簡(jiǎn)單地說(shuō)，WLAN就是指不需要網(wǎng)線就可以通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)，只通過(guò)安裝無(wú)線路由器，在AGV車(chē)載機(jī)上安裝無(wú)線網(wǎng)卡就可以實(shí)現(xiàn)車(chē)載機(jī)與上位機(jī)之間的無(wú)線連接。無(wú)線局域網(wǎng)具有支持全雙工模式、安裝便捷、組網(wǎng)靈活、傳輸速率高、易于擴(kuò)展和高移動(dòng)性的優(yōu)點(diǎn)，因此通常的適用于AGV的通訊模塊。

4.動(dòng)作模塊

AGV的動(dòng)作模塊包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向以及物料的移載。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是AGV車(chē)載控制系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的子系統(tǒng)。它直接決定了AGV的運(yùn)動(dòng)性能。通常AGV的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向有中間輪驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向、前輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向和前后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向這三種方法。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)控制單元、電機(jī)、減速器和車(chē)輪組成。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照有無(wú)反饋環(huán)節(jié)可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。由于開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有反饋檢查環(huán)節(jié)，所有精度低，通常都采用閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

5.工作裝置檢查模塊

對(duì)于AGV叉車(chē)，由于工作方式與其他的載貨類的AGV車(chē)輛的不同，AGV叉車(chē)的工作是通過(guò)貨叉裝卸貨物的，因此AGV在貨物堆放點(diǎn)，準(zhǔn)確安全的叉舉貨物的環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的。由于AGV叉車(chē)貨叉未能夠精準(zhǔn)的叉裝到貨物托盤(pán)將貨物頂翻，或者是貨叉未叉裝到貨叉根部，在貨物起升過(guò)程中，貨物就會(huì)傾翻，造成重大安全生產(chǎn)事故，因此工作裝置的檢查模塊對(duì)于AGV叉車(chē)是至關(guān)重要的。

工作裝置檢查模塊可以簡(jiǎn)單地分為幾個(gè)裝置：貨叉前端的插孔檢測(cè)、叉齒末端貨物到位檢測(cè)、貨物防護(hù)檢測(cè)和起升高度檢測(cè)（旋轉(zhuǎn)編碼器）等。

（1）叉齒前端的插孔檢測(cè)

（2）叉齒末端貨物到位檢測(cè)

（3）貨物防護(hù)(小型光電開(kāi)關(guān)傳感器：精度40～300mm)：叉齒前端安裝上照防護(hù)紅外和叉齒前端安裝下照防護(hù)紅外，保障貨物的完全卸下以及叉齒下面是否有異物。

（4）起升高度檢測(cè)：旋轉(zhuǎn)編碼器

小結(jié)

AGV叉車(chē)是機(jī)械化、電子化、智能化和信息化的產(chǎn)物，是智能化工廠和倉(cāng)庫(kù)的重要組成部分。近年來(lái)倉(cāng)儲(chǔ)叉車(chē)保持著高速的增長(zhǎng)，2016年倉(cāng)儲(chǔ)叉車(chē)同比增長(zhǎng)在20%左右，倉(cāng)儲(chǔ)叉車(chē)保持高增長(zhǎng)速度的同時(shí)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)叉車(chē)智能化的需求也是越來(lái)越高，智能物流倉(cāng)儲(chǔ)需要智能化的AGV車(chē)輛來(lái)搭建，提高物流效率，提高物流的準(zhǔn)確率。

國(guó)內(nèi)部分企業(yè)也在積極搭建自身的AGV車(chē)輛體系，滿足不同客戶的需求，但是依然存在起步晚、沒(méi)有核心技術(shù)和產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。

本文對(duì)AGV叉車(chē)的基本構(gòu)成、軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)進(jìn)行了分析，相信隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品智能化水平的提高，AGV叉車(chē)一定會(huì)突破原有AGV的功能局限性，更廣泛地應(yīng)用于物流和倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域，提高倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)運(yùn)行效率和技術(shù)水平。