自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中的應(yīng)用

浙江諾力機(jī)械股份有限公司 / 劉光勝

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中的應(yīng)用

浙江諾力機(jī)械股份有限公司 / 劉光勝

本文介紹了一種區(qū)別于普通AGV的自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的技術(shù)特點(diǎn)，并著重介紹了該類型叉車在有限空間內(nèi)如何自動(dòng)實(shí)現(xiàn)貨叉獨(dú)立轉(zhuǎn)向，與貨架工位對(duì)接，并最終完成裝卸任務(wù)。

物流系統(tǒng)、AGV、三向堆垛叉車、窄巷道

從20世紀(jì)80年代以來(lái)，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）逐漸發(fā)展成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中最大的專業(yè)分支之一，并出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)。由于具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力、很強(qiáng)的抗干擾能力和目標(biāo)識(shí)別能力，AGV在工業(yè)、軍事、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到一定程度的應(yīng)用。

然而，在一些生產(chǎn)企業(yè)的廠區(qū)，由于受空間布局的約束，或者在庫(kù)容量要求較大而貨架之間的距離較窄，普通的AGV在窄巷道中無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)行，貨叉與貨架工位無(wú)法有效對(duì)接，中途需要加入人工或其他設(shè)備輔助，以致AGV不能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。在這樣的情況下，自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車技術(shù)的研究和應(yīng)用便顯得尤為關(guān)鍵。

一、普通AGV的特點(diǎn)

1.整體結(jié)構(gòu)分析

普通AGV是融合了電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。它由車體、蓄電池、充電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車裝置、運(yùn)動(dòng)控制器、通信裝置、移載系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等組成。

2.整體控制方式分析

普通AGV是在傳統(tǒng)電動(dòng)堆垛叉車的基礎(chǔ)上增加了智能導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，貨叉與車體的運(yùn)行均由控制器控制，貨叉與車體沒(méi)用獨(dú)立的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，貨叉的轉(zhuǎn)向必須與車體轉(zhuǎn)向同步運(yùn)行，整車的靈活性較差。

3.轉(zhuǎn)向路徑分析

普通AGV在貨架通道中正常存取貨物時(shí)，需要車體整體轉(zhuǎn)向后，才能變更貨叉的運(yùn)行方向，所以其轉(zhuǎn)彎半徑較大，只能在貨區(qū)通道較寬的空間范圍內(nèi)應(yīng)用，且轉(zhuǎn)彎耗時(shí)較長(zhǎng)，不利于工作效率的提高。普通AGV在較寬貨架通道中轉(zhuǎn)向的運(yùn)行軌跡，如圖1所示。根據(jù)以上分析，如何改變普通AGV在貨架通道中的轉(zhuǎn)向方式，實(shí)現(xiàn)貨叉與貨架工位的精準(zhǔn)對(duì)接，成為技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

二、自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的技術(shù)分析

三向堆垛叉車具有向前、向左和向右三向操作功能， 可在更狹窄的通道中工作，能夠有效地運(yùn)用倉(cāng)庫(kù)的高度和寬度以增加儲(chǔ)存面積，從而提高庫(kù)房的使用效率，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、制藥等行業(yè)以及超市商場(chǎng)、食品冷庫(kù)等場(chǎng)地實(shí)施裝卸、儲(chǔ)存、搬運(yùn)、堆垛作業(yè)。

因此，利用三向堆垛叉車的優(yōu)點(diǎn)，在最大化降低工廠改造、搭建、維護(hù)、管理等各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)成本的前提下，我們對(duì)三向堆垛叉車的車體結(jié)構(gòu)、三向堆垛頭進(jìn)行改造，并對(duì)其控制方式進(jìn)行變更，研發(fā)了自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車（如圖2所示），使得其集普通AGV、電動(dòng)堆垛叉車、有軌堆垛機(jī)之優(yōu)點(diǎn)于一身，能夠解除貨架窄巷道對(duì)普通AGV空間范圍的限制，解決了其在窄道中難以轉(zhuǎn)向完成裝卸載貨物的難題。

1.導(dǎo)航方式

由于貨區(qū)窄巷道空間有限，為保障導(dǎo)引航線較為精確并節(jié)約地面空間，我們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車選用激光自動(dòng)導(dǎo)航方式。激光導(dǎo)引技術(shù)較為先進(jìn)，定位精確，地面無(wú)需其他定位設(shè)施，能夠適應(yīng)復(fù)雜的路徑條件及工作環(huán)境，能快速變更行駛路徑和修改運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)然，自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的導(dǎo)航方式較多，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要做出改變。

>> 圖1 普通AGV的轉(zhuǎn)向軌跡

>> 圖2 自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車

2.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車是對(duì)普通三向堆垛叉車的三向堆垛頭進(jìn)行改裝并增加伺服驅(qū)動(dòng)等裝置，使得貨叉的運(yùn)動(dòng)變得更為靈敏和準(zhǔn)確。設(shè)備整體的尺寸與所承載的貨物和通道寬度相適應(yīng)，對(duì)貨叉尺寸做出適度調(diào)整，占據(jù)的空間位置縮小，但依然適應(yīng)多種規(guī)格的托盤(pán)，可在通道中多層貨架或貨物存儲(chǔ)高低差較大的場(chǎng)合應(yīng)用。

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的貨叉能在X軸方向進(jìn)行立面0～180度旋轉(zhuǎn)，不需要對(duì)車體重復(fù)規(guī)劃轉(zhuǎn)向路徑，可在不改變叉車整體運(yùn)動(dòng)方向的基礎(chǔ)上，在左右兩邊的貨架之間變更貨叉的運(yùn)動(dòng)朝向，順利完成裝卸載任務(wù)；在Y軸方向依然可以實(shí)現(xiàn)貨叉的水平側(cè)移，幫助貨叉更精準(zhǔn)地對(duì)接工位；在Z軸方向采用液壓油缸升降式，用鏈條連接貨叉架并帶動(dòng)貨叉，貨叉隨控制器發(fā)出的指令，升降到任務(wù)所需的貨架位置，實(shí)現(xiàn)從地面到高層貨架的移動(dòng)。自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的貨叉轉(zhuǎn)向形態(tài)，如圖3所示。

3.控制方式

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車整個(gè)車體的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向操作是都由主控制器完成的，但在整體控制和貨叉控制方面，主控制器做了分項(xiàng)管理，具體系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的貨叉與車體均獨(dú)立安裝轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)伺服等裝置。貨叉在控制器設(shè)定好的程序下做出轉(zhuǎn)向、加減速度、前進(jìn)、后退、上升、下降、裝卸載等動(dòng)作，完成相應(yīng)任務(wù)。

控制器控制自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中完成任務(wù)的過(guò)程如下：在控制系統(tǒng)里錄入貨架工位編號(hào)和位置等信息，規(guī)定自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的運(yùn)行速度和貨叉運(yùn)行速度。根據(jù)任務(wù)安排，控制器控制叉車在窄巷道中直線前進(jìn)或后退的運(yùn)動(dòng)，定位在貨架工位的待操作點(diǎn)后停止運(yùn)行。如果貨架工位在貨架底層，控制器只需控制貨叉的轉(zhuǎn)向與速度，使貨叉運(yùn)動(dòng)朝向?qū)?zhǔn)目標(biāo)工位，即可實(shí)施裝卸載的操作；待裝卸載完成后，控制器再控制貨叉下降并進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)或者0～180度轉(zhuǎn)向，使貨叉方向與叉車下一個(gè)任務(wù)點(diǎn)要求一致，叉車在窄巷道中繼續(xù)前行或后退，到達(dá)另一個(gè)任務(wù)點(diǎn)。當(dāng)目標(biāo)工位在貨架的高層位置時(shí)，自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車到達(dá)目標(biāo)工位的底層后停止運(yùn)行，控制器再控制貨叉在豎直方向做提升運(yùn)動(dòng)，到達(dá)目標(biāo)工位完成裝卸載任務(wù)后下降到地面初始位置，貨叉回到叉車的下一個(gè)任務(wù)點(diǎn)要求的位置，叉車?yán)^續(xù)前往下一個(gè)任務(wù)點(diǎn)。

>> 圖3 自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車貨叉轉(zhuǎn)向形態(tài)

>> 圖4 自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的系統(tǒng)控制圖

4.路徑分析

貨叉獨(dú)立轉(zhuǎn)向功能，使得自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中無(wú)需做叉車整體轉(zhuǎn)向的路徑規(guī)劃，AGV整體的運(yùn)行軌跡只需直線前進(jìn)或后退， 可在貨架窄巷道中多個(gè)工位點(diǎn)間反復(fù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)送操作，而不需要考慮空間范圍的限制，避免了叉車整體轉(zhuǎn)向造成的時(shí)間浪費(fèi)，提高了叉車運(yùn)行效率，也減輕了繁瑣的轉(zhuǎn)向路徑程序編制的工作量。

三、自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的優(yōu)勢(shì)和前景

對(duì)AGV發(fā)展前景的分析，應(yīng)主要著眼于AGV與傳統(tǒng)運(yùn)輸工具相比在可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性及對(duì)環(huán)境的要求等方面。自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車與普通AGV相比，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.環(huán)境適應(yīng)性

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的研發(fā)具有針對(duì)性，在特殊工作環(huán)境下可以解決環(huán)境空間的限制，在正常工作環(huán)境下也能發(fā)揮堆垛叉車的作用，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)。

2.可靠性

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)控制是在穩(wěn)定成熟的技術(shù)上進(jìn)行的，可靠性強(qiáng)，應(yīng)用靈活方便。

3.應(yīng)用成本

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車是在最大化降低工廠改造、搭建、維護(hù)、管理等各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)成本前提下進(jìn)行的部件改造和程序的更改，應(yīng)用成本較低，在較多的中小企業(yè)和廠區(qū)都能夠得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)定制，使其更具靈活性。

由于多方面原因，目前很多企業(yè)廠房的空間布局設(shè)計(jì)常會(huì)出現(xiàn)窄巷道式貨架這樣的特殊工作區(qū)域。在未來(lái)AGV的應(yīng)用中，帶有自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車將成為市場(chǎng)的主導(dǎo)力量。

四、結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車的應(yīng)用理論具有針對(duì)性，車體結(jié)構(gòu)及三向堆垛頭的改造易于實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)，對(duì)工作環(huán)境的條件要求較低。自動(dòng)導(dǎo)引三向堆垛叉車從理論建立到實(shí)際應(yīng)用，證明了其能解決普通AGV在貨架窄巷道中無(wú)法轉(zhuǎn)向的問(wèn)題，擴(kuò)展了AGV的環(huán)境適應(yīng)能力，充分發(fā)揮了AGV的智能性，是解決現(xiàn)有問(wèn)題行之有效的辦法。