新型自動換軌穿梭車的技術(shù)亮點

陳海軍　楊忠文

摘要：昆船公司研制開發(fā)的新型自動換軌穿梭車，能夠?qū)崿F(xiàn)多車輛的復(fù)雜路徑的行駛，同時可以針對不同的輸送要求，靈活配置不同形式的輸送裝置。該設(shè)備已在煙草柔性制絲試驗線上得到印證。

關(guān)鍵詞：自動換軌、穿梭車

近年來隨著物流行業(yè)的發(fā)展，穿梭車廣泛應(yīng)用于立體倉庫和日用百貨、醫(yī)藥、煙草以及瓶裝和盒裝產(chǎn)品等多種行業(yè)的生產(chǎn)中，并以其快速、準(zhǔn)確的特點而逐步獲得廣大用戶的認可。

目前，穿梭車的主要模式有直行穿梭車和環(huán)形穿梭車兩種。直行穿梭車(通常為雙軌形式)又稱往復(fù)式穿梭車，它在一段直線軌道上進行往復(fù)運動，通過直線路徑將物料從一個站點輸送到另一個站點，該模式的穿梭車具有系統(tǒng)簡單、設(shè)備少、占地面積小、輸送快捷等優(yōu)點；缺點是輸送能力有限，同時，系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于單臺往復(fù)穿梭車的可靠性。環(huán)形穿梭車(通常為單軌形式)由往復(fù)式穿梭車發(fā)展而來，穿梭車軌道在平面內(nèi)呈閉環(huán)布置，穿梭車沿軌道單向運行，該環(huán)形軌道可以同時運行多臺穿梭車，但過多的穿梭車在一條閉環(huán)軌道上運行也將會導(dǎo)致交通堵塞，致使穿梭車使用效率不高，形成穿梭車運力的浪費。

近期，昆明船舶設(shè)備集團公司在吸收了上述兩種穿梭車模式的優(yōu)點并結(jié)合AGV(自動導(dǎo)引車)運行特點的基礎(chǔ)上。自主研發(fā)了新型的自動換軌穿梭車(圖1)，并已在煙草柔性制絲試驗線上得到了印證。

自動換軌穿梭車主要結(jié)構(gòu)

自動換軌穿梭車是一種新型的物料搬運小車。它在計算機和電控系統(tǒng)的控制下，可以在具有直行或轉(zhuǎn)彎行駛的T形(圖2)岔道路徑上自動完成轉(zhuǎn)換軌分道運動(圖3)。在足夠的空間條件下，通過將軌道設(shè)計成直、彎多重復(fù)合的蜘蛛網(wǎng)式道路，能夠?qū)崿F(xiàn)多車輛的復(fù)雜路徑的行駛；同時可以針對不同的輸送要求，靈活配置不同形式的輸送裝置。

自動換軌穿梭車系統(tǒng)主要由穿梭車本體、軌道系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、單機控制系統(tǒng)、車輛調(diào)度系統(tǒng)四大部分組成。其中，穿梭車本體的主要結(jié)構(gòu)包括車架、行走驅(qū)動裝置、輸送裝置、轉(zhuǎn)向裝置、電氣裝置等五部分；軌道系統(tǒng)由直行軌道、轉(zhuǎn)彎軌道、岔道等組成(圖4)；供電系統(tǒng)采用無接觸能量傳輸或傳統(tǒng)電刷供電模式；單機控制系統(tǒng)包括行走電機控制單元、行走方向控制單元、物料輸送控制單元、車輛安全控制單元；車輛調(diào)度系統(tǒng)主要負責(zé)車輛的調(diào)度及交通管制。

自動換軌穿梭車工作原理

自動換軌穿梭車系統(tǒng)工作方式為：由上位控制系統(tǒng)下發(fā)任務(wù)給穿梭車調(diào)度系統(tǒng)，由穿梭車調(diào)度系統(tǒng)通過無線通訊將任務(wù)分解給各臺穿梭車去執(zhí)行，各穿梭車按指令要求執(zhí)行完任務(wù)后返回信息，由穿梭車調(diào)度系統(tǒng)將相關(guān)信息反饋回上位控制系統(tǒng)。其工作原理如圖5所示。

根據(jù)系統(tǒng)的工作方式，總結(jié)出自動換軌穿梭車在工作中的要點：

1任務(wù)分配：上位控制系統(tǒng)將任務(wù)下達給穿梭車調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)最佳路徑、各車輛位置情況等按任務(wù)優(yōu)先級的原則將任務(wù)下達給各單臺穿梭車。

2安全規(guī)劃：圖形監(jiān)控面通過穿梭車返回信息可實時模擬顯示相鄰小車的距離，如在危險距離內(nèi)則下發(fā)指令讓相關(guān)穿梭車避讓；穿梭車本身也可檢測與相鄰車輛的間距，如過近則進行避讓。

3穿梭車直行、轉(zhuǎn)彎：穿梭車直行、轉(zhuǎn)彎由單機電控控制完成。直行時單機電控通過“數(shù)字鎖”技術(shù)保證前后行走輪速度一致，轉(zhuǎn)彎時則對前后行走輪進行差速匹配，保證穿梭車運行穩(wěn)定。

4通訊傳輸：穿梭車調(diào)度系統(tǒng)通過電纜接收上位控制系統(tǒng)下發(fā)的各項任務(wù)指令，并反饋相關(guān)任務(wù)執(zhí)行情況；穿梭車調(diào)度系統(tǒng)通過無線通訊將相關(guān)任務(wù)信息下發(fā)給各穿梭車，穿梭車執(zhí)行任務(wù)時將任務(wù)完成情況反饋給穿梭車調(diào)度系統(tǒng)。

整個執(zhí)行流程可總結(jié)為：接到上位控制系統(tǒng)的貨物輸送指令后，由車輛調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前車輛的位置和狀態(tài)，確定執(zhí)行任務(wù)的車輛，給具體的車輛發(fā)出執(zhí)行信號。接到信號的車輛，在電控系統(tǒng)的控制下完成取貨或送貨任務(wù)。

技術(shù)創(chuàng)新點

自動換軌穿梭車的主要技術(shù)參數(shù)如下：直行行走速度160m／min，轉(zhuǎn)彎行走速度40m／min，加速度0.5m／s²，行走定位精度±5mm，最大載重300kg。

自動換軌穿梭車系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點如下：

1在系統(tǒng)功能上，自動換軌穿梭車系統(tǒng)實現(xiàn)了其他穿梭車搬運系統(tǒng)的全部功能，包括直行、轉(zhuǎn)彎、分岔行走和搬運。

2在岔道處需要改變行走方向時，由穿梭車根據(jù)上位控制指令轉(zhuǎn)向要求，通過自身轉(zhuǎn)向機構(gòu)實現(xiàn)行走方向的改變，從而實現(xiàn)設(shè)備自主換軌轉(zhuǎn)向。與EMS空中輸送小車系統(tǒng)采用的換軌裝置相比，自動換軌穿梭車的軌道系統(tǒng)不采用扳道機構(gòu)或換軌機構(gòu)，而是采取單車獨立控制，自主選擇路線執(zhí)行上位系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)，具有較高的系統(tǒng)效率和高可靠性。

3多車車輛調(diào)度系統(tǒng)控制，實現(xiàn)多元化的車輛靈活控制。

4采用無接觸能量傳輸方式傳輸能量，免維護、無摩擦，不怕灰塵、潮濕，系統(tǒng)具有較高的防爆等級和安全性，同時也可以采用電刷等其他供電方式。供電方式較為靈活。

5行走定位采用條碼認址，位置絕對編碼，定位可靠精確。

6采用無線通信技術(shù)，滿足復(fù)雜路徑多車系統(tǒng)的配置需求。

7穿梭車上的輸送裝置采用模組設(shè)計，設(shè)備功能配置靈活。

8自動換軌穿梭車的行走驅(qū)動電機通過獨特的“數(shù)字鎖”技術(shù)，實現(xiàn)前后行走車輪速度跟隨、力矩跟隨和速度限幅，從而保證在不同行走狀態(tài)下的速度匹配。前后行走車輪在直道行走時作速度同步跟蹤，彎道行走時作速度差速匹配，保證了穿梭車在不同行走狀態(tài)下的穩(wěn)定性。