窄巷道伸縮叉式AGV的介紹及應用

劉利波，陳傳軍，朱 巖

（北京機械工業(yè)自動化研究所有限公司北自科技，北京 100120）

0 引言

目前自動化立體倉庫設計過程中，堆垛機的應用越來越廣泛，但是堆垛機因其自身天地軌占用高度空間、自重較大對地面承載要求高等因素，對貨架高度、地面承載都有一定要求，在傳統(tǒng)樓庫的自動化改造項目中，存在地面承載低、樓層高度不夠的現(xiàn)狀。新型窄巷道自動化存取設備的設計研發(fā)越來越有其必要性。本文新型窄巷道伸縮叉式AGV是基于堆垛機設備自身不足，參照AGV結構設計的新車型。

自動導引車AGV全稱Automated Guided Vehicles，是一種安裝有自動導引裝置，能夠根據(jù)設定的路線進行尋跡運行，并且具有安全保護和移載功能的無人駕駛自動化搬運車輛。在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應用于各個物流領域。

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

磁導引須在地面上鋪設磁條，AGV通過磁導傳感器沿著磁條的軌跡實現(xiàn)導引，該技術目前比較成熟，應用也比較廣泛。其優(yōu)勢為磁條鋪設簡單，靈活性好，修改路徑比較簡單，成本低。缺點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，且通訊的穩(wěn)定性容易受到外界影響，對環(huán)境要求較高。

激光導引需要在行駛路徑周圍安裝反光板，對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度旋轉的激光傳感器，運行過程中不間斷掃描來確認位置。激光導引的優(yōu)勢為定位精度更高，地面無需鋪設定位工具，導航軌跡更易于修改，使用更為靈活，環(huán)境適應性更強。缺點為對地面平整度、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，因此激光導引的優(yōu)勢體現(xiàn)越發(fā)明顯，正逐漸成為AGV的主流導航方式。

AGV從取貨方式上進行劃分，目前主要有以下兩種大類：背負式AGV、叉車式AGV。

背負式AGV是在AGV車體上放置托盤、料架、料箱等貨物進行搬運，或在AGV尾部牽引料車。其又可細分為背負輸送式AGV、潛入頂升式AGV、牽引式AGV。

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

當前應用中，AGV的主要功能為實現(xiàn)貨物的自動搬運操作。在倉庫中實現(xiàn)貨架取放托盤貨物的AGV在實際中應用非常少。

1 窄巷道伸縮叉式AGV特點

窄巷道伸縮叉式AGV與其他設備特點對比如表1所示。

AGV主要由機械和電氣兩部分構成。其中，機械部分主要包括車體框架、驅動系統(tǒng)、載貨臺系統(tǒng)。電氣部分主要包含導航、安全、控制和動力等系統(tǒng)。窄巷道伸縮叉式AGV主要特點有以下五點。

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，采用單級門架就不太現(xiàn)實，這會使得門架的力學性能大大下降。目前AGV的門架大部分分為一級門架、二級門架和三級門架三種，通常高度增加3米，門架增加一級。

2）載貨臺

載貨臺設計參考堆垛機載貨臺，上配置伸縮貨叉，通過載貨臺升降調(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及其他設備特點一覽表

3）驅動機構

目前AGV的驅動轉向系統(tǒng)主要分為三輪機構和四輪機構兩大類，窄巷道伸縮叉式AGV適用橫向穩(wěn)定性更好的四輪驅動機構。

4）升降系統(tǒng)

升降動力裝置目前主要有兩種，電機傳動提升和液壓傳動提升，本項目選擇設計更加簡單、造價更低、后期維護更方便的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)在結構上更加緊湊，與本文合理利用空間的目的更加匹配。

5）穩(wěn)定性設計

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

按以下公式進行計算以求出車體自重F2：

其中：X位從載荷重心至側輪中心線的最大水平距離；

B為AGV自重重心到側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)基地成品倉儲物流的自動化水平及庫存容量，啟動了成品自動化物流系統(tǒng)項目，主要目的為實現(xiàn)成品碼垛完成的托盤從車間到庫房再到發(fā)貨站臺的全自動化物流系統(tǒng)。但是其現(xiàn)有庫房為多層樓庫結構，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要求，立體倉庫的核心設備選擇成為了本項目的最大難題，為此設計窄巷道伸縮叉式AGV以滿足項目需求。

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

圖1 項目整體布局

3 結束語

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

窄巷道伸縮叉式AGV項目的整體造價低于使用堆垛機的倉儲系統(tǒng)，庫存容量遠大于使用普通叉車AGV的倉儲系統(tǒng)并且不小于堆垛機立體倉庫系統(tǒng)。可廣泛應用于高度較低的樓庫自動化改造中，是對堆垛機使用受限情況下物流系統(tǒng)解決方案的有力補充。