浙江諾力機械股份有限公司 / 劉光勝

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中的應(yīng)用

浙江諾力機械股份有限公司 / 劉光勝

本文介紹了一種區(qū)別于普通AGV的自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的技術(shù)特點，并著重介紹了該類型叉車在有限空間內(nèi)如何自動實現(xiàn)貨叉獨立轉(zhuǎn)向，與貨架工位對接，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，自動導(dǎo)引運輸車（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。由于具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力、很強的抗干擾能力和目標(biāo)識別能力，AGV在工業(yè)、軍事、交通運輸?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在窄巷道中無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運行，貨叉與貨架工位無法有效對接，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。在這樣的情況下，自動導(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

1.整體結(jié)構(gòu)分析

普通AGV是融合了電子技術(shù)和機械技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品。它由車體、蓄電池、充電系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、精確停車裝置、運動控制器、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)，貨叉與車體的運行均由控制器控制，貨叉與車體沒用獨立的轉(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，需要車體整體轉(zhuǎn)向后，才能變更貨叉的運行方向，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)彎耗時較長，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，實現(xiàn)貨叉與貨架工位的精準(zhǔn)對接，成為技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵和難點。

二、自動導(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，能夠有效地運用倉庫的高度和寬度以增加儲存面積，從而提高庫房的使用效率，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械制造、制藥等行業(yè)以及超市商場、食品冷庫等場地實施裝卸、儲存、搬運、堆垛作業(yè)。

因此，利用三向堆垛叉車的優(yōu)點，在最大化降低工廠改造、搭建、維護、管理等各項運營成本的前提下，我們對三向堆垛叉車的車體結(jié)構(gòu)、三向堆垛頭進行改造，并對其控制方式進行變更，研發(fā)了自動導(dǎo)引三向堆垛叉車（如圖2所示），使得其集普通AGV、電動堆垛叉車、有軌堆垛機之優(yōu)點于一身，能夠解除貨架窄巷道對普通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，我們設(shè)計的自動導(dǎo)引三向堆垛叉車選用激光自動導(dǎo)航方式。激光導(dǎo)引技術(shù)較為先進，定位精確，地面無需其他定位設(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行參數(shù)。當(dāng)然，自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的導(dǎo)航方式較多，在實際應(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 自動導(dǎo)引三向堆垛叉車

2.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車是對普通三向堆垛叉車的三向堆垛頭進行改裝并增加伺服驅(qū)動等裝置，使得貨叉的運動變得更為靈敏和準(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，可在通道中多層貨架或貨物存儲高低差較大的場合應(yīng)用。

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的貨叉能在X軸方向進行立面0～180度旋轉(zhuǎn)，不需要對車體重復(fù)規(guī)劃轉(zhuǎn)向路徑，可在不改變叉車整體運動方向的基礎(chǔ)上，在左右兩邊的貨架之間變更貨叉的運動朝向，順利完成裝卸載任務(wù)；在Y軸方向依然可以實現(xiàn)貨叉的水平側(cè)移，幫助貨叉更精準(zhǔn)地對接工位；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，實現(xiàn)從地面到高層貨架的移動。自動導(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

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車整個車體的驅(qū)動和轉(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，主控制器做了分項管理，具體系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的貨叉與車體均獨立安裝轉(zhuǎn)動電機和驅(qū)動伺服等裝置。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、后退、上升、下降、裝卸載等動作，完成相應(yīng)任務(wù)。

控制器控制自動導(dǎo)引三向堆垛叉車在窄巷道中完成任務(wù)的過程如下：在控制系統(tǒng)里錄入貨架工位編號和位置等信息，規(guī)定自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的運行速度和貨叉運行速度。根據(jù)任務(wù)安排，控制器控制叉車在窄巷道中直線前進或后退的運動，定位在貨架工位的待操作點后停止運行。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，使貨叉運動朝向?qū)?zhǔn)目標(biāo)工位，即可實施裝卸載的操作；待裝卸載完成后，控制器再控制貨叉下降并進行側(cè)向移動或者0～180度轉(zhuǎn)向，使貨叉方向與叉車下一個任務(wù)點要求一致，叉車在窄巷道中繼續(xù)前行或后退，到達另一個任務(wù)點。當(dāng)目標(biāo)工位在貨架的高層位置時，自動導(dǎo)引三向堆垛叉車到達目標(biāo)工位的底層后停止運行，控制器再控制貨叉在豎直方向做提升運動，到達目標(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任務(wù)點要求的位置，叉車?yán)^續(xù)前往下一個任務(wù)點。

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

>> 圖4 自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的系統(tǒng)控制圖

4.路徑分析

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

三、自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的優(yōu)勢和前景

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

1.環(huán)境適應(yīng)性

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的研發(fā)具有針對性，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，對環(huán)境的適應(yīng)性極強。

2.可靠性

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

3.應(yīng)用成本

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車是在最大化降低工廠改造、搭建、維護、管理等各項運營成本前提下進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。同時可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進行非標(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)計常會出現(xiàn)窄巷道式貨架這樣的特殊工作區(qū)域。在未來AGV的應(yīng)用中，帶有自動轉(zhuǎn)向功能的自動導(dǎo)引三向堆垛叉車將成為市場的主導(dǎo)力量。

四、結(jié)束語

自動導(dǎo)引三向堆垛叉車的應(yīng)用理論具有針對性，車體結(jié)構(gòu)及三向堆垛頭的改造易于實現(xiàn)和生產(chǎn)，對工作環(huán)境的條件要求較低。自動導(dǎo)引三向堆垛叉車從理論建立到實際應(yīng)用，證明了其能解決普通AGV在貨架窄巷道中無法轉(zhuǎn)向的問題，擴展了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)有問題行之有效的辦法。