RGV軌道穿梭車在船廠無人化鋼板庫區(qū)中的應(yīng)用

韓荃，秦忠文，趙健，徐志升，張凡

（1.中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090；2.大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116000；3.大連船舶重工集團(tuán)裝備制造有限公司，遼寧 大連 116103）

1 引言

近年來，國內(nèi)各大船廠加快了裝備智能化升級(jí)改造的步伐。一直以來，傳統(tǒng)鋼板庫區(qū)作業(yè)均是由人工操作行車對(duì)鋼板庫區(qū)的鋼板進(jìn)行吊運(yùn)作業(yè)，不僅浪費(fèi)了很多人力資源，且存在工作效率低下，易出現(xiàn)安全事故等問題。不久的將來國內(nèi)各大船廠鋼板庫區(qū)，都將逐步使用智能化裝備來替代傳統(tǒng)人工操作模式進(jìn)行庫區(qū)作業(yè)，這會(huì)大大提高鋼板庫區(qū)的作業(yè)效率以及庫區(qū)利用率。

2 RGV軌道穿梭車應(yīng)用簡述

船用鋼板庫區(qū)內(nèi)板材規(guī)格差異較大，為了滿足無人化庫區(qū)標(biāo)準(zhǔn)入庫的必要條件，可通過RGV 軌道穿梭車作為解決多規(guī)格鋼板標(biāo)準(zhǔn)入庫的問題。

無人化鋼板庫區(qū)自動(dòng)入庫采用低壓供電RGV 軌道穿梭車作為主體，應(yīng)用PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，通過激光測(cè)距與絕對(duì)值編碼器復(fù)合校驗(yàn)作為定位手段，采用工業(yè)級(jí)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。實(shí)現(xiàn)了鋼板庫區(qū)多種規(guī)格鋼板入庫的標(biāo)準(zhǔn)化，降低了入庫時(shí)間，提高了庫區(qū)作業(yè)效率，既滿足自動(dòng)入庫時(shí)對(duì)輸入標(biāo)準(zhǔn)化的需求，又解決了非標(biāo)船用鋼板入庫效率低的難題。

如圖1 所示，一套標(biāo)準(zhǔn)的RGV 軌道穿梭車入庫系統(tǒng)應(yīng)由RGV 軌道穿梭車本體機(jī)械及電控系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)、地面管理服務(wù)器（小車調(diào)度系統(tǒng)）以及無線通信系統(tǒng)組成。

圖1 RGV軌道穿梭車入庫系統(tǒng)框圖

3 RGV軌道穿梭車

3.1 RGV軌道穿梭車簡介

RGV 軌道穿梭車為有軌制導(dǎo)車輛，通過程序控制實(shí)現(xiàn)取貨、運(yùn)送、放置等任務(wù)，并可與上位機(jī)或WMS 系統(tǒng)進(jìn)行通信，結(jié)合激光定位、RFID 或條碼識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的功能。

RGV 軌道穿梭車按運(yùn)動(dòng)方式可分為環(huán)形往復(fù)和直線往復(fù)，適用于多種類型的無人化自動(dòng)倉儲(chǔ)系統(tǒng)，可進(jìn)行單個(gè)貨物存放、多個(gè)貨物連續(xù)存放、貨物入庫定位、單個(gè)貨物撿取、制定數(shù)量撿取、貨品AB 面轉(zhuǎn)換等功能。

RGV 軌道穿梭車的特點(diǎn)是：加速度和移動(dòng)速度都比較快，適合運(yùn)送重型工件；因?qū)к壒潭ǎ凶咂椒€(wěn)，停車定位精度較高；控制系統(tǒng)簡單、可靠性好、制造成本低廉、便于推廣應(yīng)用；RGV 軌道穿梭車可以連接多個(gè)物流節(jié)點(diǎn)，具有快速、配置簡單、便于維護(hù)的特性，在一些物流方案中可以取代配置相對(duì)復(fù)雜而且機(jī)動(dòng)性差的輸送機(jī)系統(tǒng)；根據(jù)不同的物流規(guī)模和頻度，系統(tǒng)可以選用多臺(tái)RGV 軌道穿梭車同時(shí)工作以滿足實(shí)際作業(yè)需求。RGV 軌道穿梭車的控制由上級(jí)調(diào)度控制系統(tǒng)完成，如物流路徑和工作方式的變更，只需要重新設(shè)定控制系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。

3.2 RGV軌道穿梭車機(jī)械構(gòu)成

RGV 軌道穿梭車主要由車架、模塊化箱型車輪組、變頻制動(dòng)減速電機(jī)、導(dǎo)電裝置（鋼軌滑塊式）、清軌器等部件組成。

1）車架為RGV 軌道穿梭車的主體結(jié)構(gòu)，需要有足夠的剛性與韌性，一般采用額定載荷的150%設(shè)計(jì)，避免存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。

2）為了保證車輪在軌道上的平穩(wěn)運(yùn)行，克服和消除車架在空載、重載情況下的彈性變形量和軌道橫向平行度的偏差，一般一側(cè)車輪組采用雙輪緣結(jié)構(gòu)（見圖2），另一側(cè)車輪采用無輪緣結(jié)構(gòu)，且車輪對(duì)的軸承座的一側(cè)通蓋、悶蓋留有空隙，能夠使軸承在軸承座內(nèi)軸向微量游動(dòng)。而RGV 軌道穿梭車減速電機(jī)空心軸齒直接套裝在主動(dòng)車輪軸上，通過防轉(zhuǎn)扭力臂和車架連接。

圖2 雙輪緣車輪組

RGV 軌道穿梭車機(jī)械總裝精度需達(dá)到軸距極限偏差為±2.0 mm；兩輪對(duì)軸線的平行度公差為2.0 mm；兩輪對(duì)角線之差不大于3.0 mm；被動(dòng)輪與基準(zhǔn)軌道面的間隙不大于2.0 mm。另外，自動(dòng)控制模式下的RGV 軌道穿梭車重復(fù)定位精度應(yīng)滿足±20 mm[1]。

3.3 RGV軌道穿梭車電氣控制構(gòu)成

RGV 軌道穿梭車電氣控制系統(tǒng)具有智能、環(huán)保的特點(diǎn)。控制系統(tǒng)高度自動(dòng)化能可靠地完成作業(yè)的各種控制動(dòng)作，具有完善的操作保護(hù)功能、操作提示、操作警告、誤操作鎖止等功能。主要由地面供電系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。

1）地面供電系統(tǒng)：低壓軌道供電式RGV 軌道穿梭車配置地面供電系統(tǒng)，AC380V 電源通過降壓變壓器降壓至三相AC36V 安全電壓，送至經(jīng)絕緣處理的2 根行走導(dǎo)電鋼軌和中間導(dǎo)電軌，再通過受電靴引至RGV 軌道穿梭車上的升壓變壓器，將三相AC36V 升壓至三相AC380V 作為RGV 軌道穿梭車的驅(qū)動(dòng)電源。

2）車載控制系統(tǒng)：RGV 軌道穿梭車車載控制系統(tǒng)采用變頻制動(dòng)電機(jī)和變頻器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速柔性啟動(dòng)、減速柔性制動(dòng)并滿足電動(dòng)平車走行機(jī)構(gòu)的加速度要求，使平車的行走平穩(wěn)無沖擊。

3）遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)：RGV 軌道穿梭車遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)由車載PLC、絕對(duì)值編碼器、小車激光定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)及自動(dòng)控制軟件組成。該系統(tǒng)可以有效地保證自動(dòng)控制模式下RGV 軌道穿梭車的穩(wěn)定精準(zhǔn)運(yùn)行。除應(yīng)急控制和其他公用設(shè)備外，所有控制信號(hào)及故障報(bào)警信號(hào)均通過車載PLC發(fā)出。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 RGV軌道穿梭車定位系統(tǒng)

RGV 軌道穿梭車需要將待入庫鋼板根據(jù)其規(guī)格送至庫區(qū)內(nèi)指定吊運(yùn)點(diǎn)，由于RGV 軌道穿梭車與自動(dòng)化行車工作時(shí)均為無人作業(yè)，重復(fù)定位精度要求高。考慮到船廠的工作環(huán)境與RGV 軌道穿梭車定位的重要性，采用激光測(cè)距傳感器+絕對(duì)值編碼器雙重定位組合的方式確保RGV 軌道穿梭車的運(yùn)行精度和終端定位。激光測(cè)距作為主要的定位方式，編碼器作為輔助和校正定位方式，在RGV 軌道穿梭車的總行程中設(shè)置若干校正零點(diǎn)，用于消除編碼器的累積誤差，確保對(duì)編碼器對(duì)輔助轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的定位精度準(zhǔn)確無誤。

激光測(cè)距傳感器一般由激光器、檢測(cè)器以及測(cè)量電路構(gòu)成，檢測(cè)精度較高，可滿足對(duì)檢測(cè)精度比較嚴(yán)格的要求。

激光測(cè)距作為RGV 軌道穿梭車的定位方式具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）非接觸式檢測(cè)；

2）檢測(cè)精度高；

3）抗干擾能力強(qiáng)；

4）體積小、防護(hù)等級(jí)IP65；

5）安全激光對(duì)人眼無害。

絕對(duì)值編碼器作為RGV 軌道穿梭車的定位輔助裝置，根據(jù)行走軌道上設(shè)置的數(shù)據(jù)校正點(diǎn)更新位置數(shù)據(jù)，向車載PLC反饋位置信息2 ms/次，確保了最佳精度，與激光測(cè)距定位數(shù)據(jù)互為校對(duì)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

RGV 軌道穿梭車為移動(dòng)設(shè)備，并且其無人化運(yùn)行需要接收地面管理系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)度指令，需要構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與地面控制服務(wù)器進(jìn)行通信。無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)要求：

1）滿足船廠復(fù)雜的工業(yè)使用環(huán)境以及沿海地區(qū)潮濕、多雨的地理環(huán)境；

2）保證數(shù)據(jù)通信及RGV 小車的運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸通信無中斷無通信死角；

3）支持2.4 GHz/5 GHz 2 種制式，可避免同頻干擾；

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用如圖3所示的工作原理。

圖3 無線網(wǎng)絡(luò)工作原理圖

無線AP 設(shè)備和Clint 設(shè)備均支持網(wǎng)線帶Poe 供電，配置安裝簡單方便。每隔一定的距離沿軌道布置一定數(shù)量的AP,可以保證設(shè)備運(yùn)行時(shí)通信無死角以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，完全滿足于船廠車間對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置的技術(shù)要求。

4.3 RGV軌道穿梭車調(diào)度系統(tǒng)

RGV 軌道穿梭車調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行在軌道穿梭車車載服務(wù)器內(nèi)，主要負(fù)責(zé)與上級(jí)自動(dòng)化行車管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，并與自動(dòng)化行車系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備接口管理以及各類安全裝置聯(lián)鎖功能，包括但不限于RGV 軌道穿梭車行走目標(biāo)接收、RGV軌道穿梭車定位信息發(fā)送，主要對(duì)上級(jí)管理系統(tǒng)下發(fā)的指令進(jìn)行指令分解、指令計(jì)算以及少量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

5 結(jié)語

船廠無人化鋼板庫區(qū)是建設(shè)船廠智能物流系統(tǒng)不可或缺的智能單元，而RGV 軌道穿梭車的合理應(yīng)用是無人化庫區(qū)滿足船廠多種規(guī)格鋼板標(biāo)準(zhǔn)化入庫問題的有效解決方案，本方案的實(shí)施符合船舶行業(yè)進(jìn)行智能化升級(jí)的發(fā)展趨勢(shì)，伴隨國內(nèi)船舶制造業(yè)向著智能制造轉(zhuǎn)型的機(jī)遇，該方案的推廣應(yīng)用具有廣闊的前景。