RGV軌道穿梭車在船廠無人化鋼板庫區(qū)中的應用

韓荃，秦忠文，趙健，徐志升，張凡

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

1 引言

近年來，國內各大船廠加快了裝備智能化升級改造的步伐。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鋼板庫區(qū)的鋼板進行吊運作業(yè)，不僅浪費了很多人力資源，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)人工操作模式進行庫區(qū)作業(yè)，這會大大提高鋼板庫區(qū)的作業(yè)效率以及庫區(qū)利用率。

2 RGV軌道穿梭車應用簡述

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

無人化鋼板庫區(qū)自動入庫采用低壓供電RGV 軌道穿梭車作為主體，應用PLC 進行數(shù)據(jù)采集和處理，通過激光測距與絕對值編碼器復合校驗作為定位手段，采用工業(yè)級無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信。實現(xiàn)了鋼板庫區(qū)多種規(guī)格鋼板入庫的標準化，降低了入庫時間，提高了庫區(qū)作業(yè)效率，既滿足自動入庫時對輸入標準化的需求，又解決了非標船用鋼板入庫效率低的難題。

如圖1 所示，一套標準的RGV 軌道穿梭車入庫系統(tǒng)應由RGV 軌道穿梭車本體機械及電控系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)、地面管理服務器（小車調度系統(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車輛，通過程序控制實現(xiàn)取貨、運送、放置等任務，并可與上位機或WMS 系統(tǒng)進行通信，結合激光定位、RFID 或條碼識別等技術實現(xiàn)智能化運行的功能。

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

RGV 軌道穿梭車的特點是：加速度和移動速度都比較快，適合運送重型工件；因導軌固定，行走平穩(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、便于推廣應用；RGV 軌道穿梭車可以連接多個物流節(jié)點，具有快速、配置簡單、便于維護的特性，在一些物流方案中可以取代配置相對復雜而且機動性差的輸送機系統(tǒng)；根據(jù)不同的物流規(guī)模和頻度，系統(tǒng)可以選用多臺RGV 軌道穿梭車同時工作以滿足實際作業(yè)需求。RGV 軌道穿梭車的控制由上級調度控制系統(tǒng)完成，如物流路徑和工作方式的變更，只需要重新設定控制系統(tǒng)的有關參數(shù)就可以實現(xiàn)。

3.2 RGV軌道穿梭車機械構成

RGV 軌道穿梭車主要由車架、模塊化箱型車輪組、變頻制動減速電機、導電裝置（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構，需要有足夠的剛性與韌性，一般采用額定載荷的150%設計，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，一般一側車輪組采用雙輪緣結構（見圖2），另一側車輪采用無輪緣結構，且車輪對的軸承座的一側通蓋、悶蓋留有空隙，能夠使軸承在軸承座內軸向微量游動。而RGV 軌道穿梭車減速電機空心軸齒直接套裝在主動車輪軸上，通過防轉扭力臂和車架連接。

圖2 雙輪緣車輪組

RGV 軌道穿梭車機械總裝精度需達到軸距極限偏差為±2.0 mm；兩輪對軸線的平行度公差為2.0 mm；兩輪對角線之差不大于3.0 mm；被動輪與基準軌道面的間隙不大于2.0 mm。另外，自動控制模式下的RGV 軌道穿梭車重復定位精度應滿足±20 mm[1]。

3.3 RGV軌道穿梭車電氣控制構成

RGV 軌道穿梭車電氣控制系統(tǒng)具有智能、環(huán)保的特點?？刂葡到y(tǒng)高度自動化能可靠地完成作業(yè)的各種控制動作，具有完善的操作保護功能、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)、遠程自動控制系統(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 根行走導電鋼軌和中間導電軌，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 軌道穿梭車的驅動電源。

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

3）遠程自動控制系統(tǒng)：RGV 軌道穿梭車遠程自動控制系統(tǒng)由車載PLC、絕對值編碼器、小車激光定位系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)及自動控制軟件組成。該系統(tǒng)可以有效地保證自動控制模式下RGV 軌道穿梭車的穩(wěn)定精準運行。除應急控制和其他公用設備外，所有控制信號及故障報警信號均通過車載PLC發(fā)出。

4 關鍵技術

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)內指定吊運點，由于RGV 軌道穿梭車與自動化行車工作時均為無人作業(yè)，重復定位精度要求高?？紤]到船廠的工作環(huán)境與RGV 軌道穿梭車定位的重要性，采用激光測距傳感器+絕對值編碼器雙重定位組合的方式確保RGV 軌道穿梭車的運行精度和終端定位。激光測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置若干校正零點，用于消除編碼器的累積誤差，確保對編碼器對輔助轉運裝置的定位精度準確無誤。

激光測距傳感器一般由激光器、檢測器以及測量電路構成，檢測精度較高，可滿足對檢測精度比較嚴格的要求。

激光測距作為RGV 軌道穿梭車的定位方式具有以下幾個優(yōu)點：

1）非接觸式檢測；

2）檢測精度高；

3）抗干擾能力強；

4）體積小、防護等級IP65；

5）安全激光對人眼無害。

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

4.2 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)

RGV 軌道穿梭車為移動設備，并且其無人化運行需要接收地面管理系統(tǒng)發(fā)出的調度指令，需要構建無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)與地面控制服務器進行通信。無線網(wǎng)絡通信技術要求：

1）滿足船廠復雜的工業(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 小車的運行穩(wěn)定性，實現(xiàn)實時數(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)絡系統(tǒng)的各項技術要求，無線網(wǎng)絡系統(tǒng)采用如圖3所示的工作原理。

圖3 無線網(wǎng)絡工作原理圖

無線AP 設備和Clint 設備均支持網(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,可以保證設備運行時通信無死角以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，完全滿足于船廠車間對于系統(tǒng)網(wǎng)絡配置的技術要求。

4.3 RGV軌道穿梭車調度系統(tǒng)

RGV 軌道穿梭車調度系統(tǒng)運行在軌道穿梭車車載服務器內，主要負責與上級自動化行車管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交流，并與自動化行車系統(tǒng)內其他設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接收、RGV軌道穿梭車定位信息發(fā)送，主要對上級管理系統(tǒng)下發(fā)的指令進行指令分解、指令計算以及少量的數(shù)據(jù)存儲。

5 結語

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