基于激光導(dǎo)航的自動化立體庫AGV叉車設(shè)計

呂俊燕，鄭明輝，楊瑞青，蘇合新

(1.山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034；2.智能制造裝備設(shè)計工程技術(shù)研發(fā)中心，山東 德州 253034)

自動化立體倉庫已成為現(xiàn)代物流倉儲系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。Automatic Guided Vehicle(簡稱AGV)能夠在各種復(fù)雜的工況中準(zhǔn)確、高效地完成搬運任務(wù)。在AGV叉車搬運過程中，導(dǎo)航系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用[2]。將激光導(dǎo)航技術(shù)與AGV叉車進行結(jié)合，應(yīng)用于自動化立體庫中，并對叉車進行路徑規(guī)劃，可使AGV在整個作業(yè)空間內(nèi)實現(xiàn)自動導(dǎo)航功能。

1 激光導(dǎo)航技術(shù)

導(dǎo)航技術(shù)的主要作用是使物體在移動過程中按照預(yù)定的軌跡進行運動，時刻保持物體自身位置的準(zhǔn)確性，并預(yù)先確定下一步的位置與姿態(tài)[3]。

激光導(dǎo)航技術(shù)與激光測距原理基本相同，都是通過測量系統(tǒng)從發(fā)出激光到接收激光所花費的時間，通過路程、時間和距離之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，計算出系統(tǒng)本身與前方障礙物之間的距離[4]。不同點是，激光測距只需測量一次，而激光導(dǎo)航需要測量距離若干點的距離，以此來標(biāo)定AGV小車的坐標(biāo)位置。

2 AGV叉車的設(shè)計

2.1 自動化立體庫模型

立體倉庫模型的分布控制示意圖如圖1所示，自動化立體倉庫主要分為入庫區(qū)域、出庫區(qū)域、貨物存放區(qū)域、控制區(qū)域與AGV叉車停車充電區(qū)域。同時，貨物存放區(qū)域采用的是五層的立體式貨架，用于各類貨物的存放或歸類管理。每一區(qū)域?qū)?yīng)不同貨物安裝不同的區(qū)域標(biāo)識，能夠保證AGV叉車在出庫時準(zhǔn)確地將貨物取出，入庫時能夠?qū)⒇浳锓胖玫綄?yīng)的倉庫中。

圖1 自動化立體庫模型

2.2 AGV叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計

AGV叉車主要實現(xiàn)在立體庫、不合格品區(qū)、車間口之間的輸送。根據(jù)本立體倉庫的要求，AGV叉車舉升高度為1 400 mm，采用液壓舉升方式，舉升負(fù)載為1 000 kg。為了防止貨物掉落，行走速度不高于60 m/min，速度可調(diào)，并且在轉(zhuǎn)彎和靠站時均勻減速。行走定位精度為，停車定位精度為。為了與立體倉庫貨架之間的距離相適應(yīng)，AGV叉車的總體尺寸為2 350×1 090×2 200 mm。整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 AGV叉車結(jié)構(gòu)

2.3 人機界面

為了更加方便地控制與調(diào)度整個倉庫的AGV叉車，對人機交互界面進行了更加科學(xué)、人性化的設(shè)計。

為了防止AGV叉車與其他障礙物發(fā)生碰撞，采用德國 SICK 的TIM310普通型激光掃描器，為AGV叉車提供可靠防護。TIM310掃描儀的掃描角度為270°，防護距離可達(dá)4 m，抗環(huán)境光為1 500 lx，極大地節(jié)約了維護成本，減少不必要的停機，如圖3所示。

圖3 TIM310普通型激光掃描器

2.4 激光導(dǎo)航系統(tǒng)

為了防止AGV叉車在作業(yè)空間中發(fā)生碰撞，可以根據(jù)自動化立體倉庫的平面圖，在AGV叉車的作業(yè)空間中安裝激光導(dǎo)航的靶點，安裝靶點的位置如下所示：

靶點位置一般安裝在立柱、墻壁及設(shè)備上，如圖4所示。

圖4 靶點位置

靶點的平面分布最好采用不規(guī)則形式，這樣可以形成地圖的唯一性，如圖5所示。

圖5 靶點平面分布圖

反光靶點的材料建議采用 DM983 級別的鉆石反光膜，同時為了盡量減少空間的布置工作量，采用柱狀的反光靶點。

2.5 自動充電系統(tǒng)

為了保證AGV有足夠的續(xù)航能力，設(shè)計了自動充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在 AGV 處于待命狀態(tài)時，可根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)安排進行實時充電，從而保證AGV電量充足。充電流程圖如圖6所示。

圖6 AGV自動充電系統(tǒng)

3 結(jié)語

將激光導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于AGV叉車系統(tǒng)，使得AGV叉車定位更加準(zhǔn)確，運行路線更加順暢，可以大大減少AGV叉車的停機次數(shù)，行駛路線范圍更加廣泛。同時配備自動充電系統(tǒng)，可以實時進行充電，從而保證AGV叉車電量永遠(yuǎn)處于充足狀態(tài)，提高出庫入庫工作效率。將激光導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于立體倉庫中，可以進一步促進企業(yè)實現(xiàn)智能物流工廠的目標(biāo)，增強企業(yè)競爭力。