窄巷道伸缩叉式AGV的介绍及应用

刘利波，陈传军，朱 岩

（北京机械工业自动化研究所有限公司北自科技，北京 100120）

0 引言

目前自动化立体仓库设计过程中，堆垛机的应用越来越广泛，但是堆垛机因其自身天地轨占用高度空间、自重较大对地面承载要求高等因素，对货架高度、地面承载都有一定要求，在传统楼库的自动化改造项目中，存在地面承载低、楼层高度不够的现状。新型窄巷道自动化存取设备的设计研发越来越有其必要性。本文新型窄巷道伸缩叉式AGV是基于堆垛机设备自身不足，参照AGV结构设计的新车型。

自动导引车AGV全称Automated Guided Vehicles，是一种安装有自动导引装置，能够根据设定的路线进行寻迹运行，并且具有安全保护和移载功能的无人驾驶自动化搬运车辆。在现代工业中广泛应用于各个物流领域。

AGV从导引方式上主要分为磁导引和激光导引，每种适用的环境、技术条件、成本各不相同。

磁导引须在地面上铺设磁条，AGV通过磁导传感器沿着磁条的轨迹实现导引，该技术目前比较成熟，应用也比较广泛。其优势为磁条铺设简单，灵活性好，修改路径比较简单，成本低。缺点为由于磁条是裸露在外，容易受到磨损及污染，需要定期维护，且通讯的稳定性容易受到外界影响，对环境要求较高。

激光导引需要在行驶路径周围安装反光板，对反光板的安装位置和反光性要求较高。在AGV的车体部位安装360度旋转的激光传感器，运行过程中不间断扫描来确认位置。激光导引的优势为定位精度更高，地面无需铺设定位工具，导航轨迹更易于修改，使用更为灵活，环境适应性更强。缺点为对地面平整度、工作空间的能见度及外界光线污染等要求较高，制造和维护成本也较高。由于目前AGV的使用环境多为与人流、叉车流共用通道，因此激光导引的优势体现越发明显，正逐渐成为AGV的主流导航方式。

AGV从取货方式上进行划分，目前主要有以下两种大类：背负式AGV、叉车式AGV。

背负式AGV是在AGV车体上放置托盘、料架、料箱等货物进行搬运，或在AGV尾部牵引料车。其又可细分为背负输送式AGV、潜入顶升式AGV、牵引式AGV。

叉车式AGV是通过将传统叉车进行无人化改装，实现堆栈托盘类货物的物流周转。

当前应用中，AGV的主要功能为实现货物的自动搬运操作。在仓库中实现货架取放托盘货物的AGV在实际中应用非常少。

1 窄巷道伸缩叉式AGV特点

窄巷道伸缩叉式AGV与其他设备特点对比如表1所示。

AGV主要由机械和电气两部分构成。其中，机械部分主要包括车体框架、驱动系统、载货台系统。电气部分主要包含导航、安全、控制和动力等系统。窄巷道伸缩叉式AGV主要特点有以下五点。

1）车体门架

AGV工作需要高度不同，门架的高度也有区别，若高度过高，采用单级门架就不太现实，这会使得门架的力学性能大大下降。目前AGV的门架大部分分为一级门架、二级门架和三级门架三种，通常高度增加3米，门架增加一级。

2）载货台

载货台设计参考堆垛机载货台，上配置伸缩货叉，通过载货台升降调整作业高度，通过货叉侧向伸缩完成托盘取放作业。

表1 AGV及其他设备特点一览表

3）驱动机构

目前AGV的驱动转向系统主要分为三轮机构和四轮机构两大类，窄巷道伸缩叉式AGV适用横向稳定性更好的四轮驱动机构。

4）升降系统

升降动力装置目前主要有两种，电机传动提升和液压传动提升，本项目选择设计更加简单、造价更低、后期维护更方便的液压系统。液压系统在结构上更加紧凑，与本文合理利用空间的目的更加匹配。

5）稳定性设计

在取放托盘作业中，车体受到负载和惯性力的双重作用，使得小车产生一个以载货侧双轮为转动中心的倾覆力矩，同时，车体自身会产生一个保持AGV稳定的稳定力矩。在实际使用过程中，需保证稳定力矩大于倾覆力矩，同时还必须有较大的余量，才能保证AGV的稳定性。我们假定一个稳定系数η来代表，取1.5。

按以下公式进行计算以求出车体自重F2：

其中：X位从载荷重心至侧轮中心线的最大水平距离；

B为AGV自重重心到侧轮中心线的水平距离；

F1为载货重量。

2 窄巷道伸缩叉式AGV应用

以某国内知名家具企业为例，为提升生产基地成品仓储物流的自动化水平及库存容量，启动了成品自动化物流系统项目，主要目的为实现成品码垛完成的托盘从车间到库房再到发货站台的全自动化物流系统。但是其现有库房为多层楼库结构，单层净空也只有4.3米，地面平均承载仅有1吨。地面承载无法满足堆垛机要求，立体仓库的核心设备选择成为了本项目的最大难题，为此设计窄巷道伸缩叉式AGV以满足项目需求。

本项目布局如图1所示，AGV行走通道宽度仅需设计1.6米，共设计24组4层不同高度货架巷道，AGV最高取货高度2.8米，采用单级门架结构，通过效率计算，AGV需配置18台，通过系统调配AGV在货架区右侧更换巷道来调节不同区域的作业。

图1 项目整体布局

3 结束语

通过窄巷道伸缩叉式AGV在某家具企业物流仓储中的成功应用，解决了场地对物流系统的限制，实现了在楼库中实现自动化存取、提升库存容量的目的。

窄巷道伸缩叉式AGV项目的整体造价低于使用堆垛机的仓储系统，库存容量远大于使用普通叉车AGV的仓储系统并且不小于堆垛机立体仓库系统。可广泛应用于高度较低的楼库自动化改造中，是对堆垛机使用受限情况下物流系统解决方案的有力补充。