穿梭車在自動化物流系統中的應用

許劍梅　樓冬梅　王潔芳　袁　皓

摘要：穿梭車在自動化物流系統中的應用日益廣泛，針對國內外穿梭車的設計及實際運用，本文著重介紹往復式、環行、單軌、雙軌、轉軌等穿梭車的結構形式及應用特點。

關鍵詞：穿梭車、往復式、環行、單軌、雙軌、轉軌

近年來，自動化物流系統在煙草、機電、醫藥、食品、軍隊等領域的應用日益廣泛，相關物流裝備趨于多元化，其技術性能和水平不斷提高。在自動化物流系統中，物料輸送主要采用鏈式、輥道、帶式輸送機等通用設備，一般均固定在地面上。將上述設備裝上走行輪，沿固定路徑移動，就成為穿梭車。穿梭車具有動態移栽的特點，能使物料在不同工位之間的傳送及輸送線布局更加緊湊、簡捷，從而提高物料的輸送效率。因此，穿梭車在自動化物流系統中應用較為普遍。

一般來說，沿固定軌道行走的輸送設備稱為穿梭車(RGV)，無軌的稱為自動導引車(AGV)，在空中輸送的稱為懸掛小車(EMS)。從軌道形式上，穿梭車可分為往復式直行穿梭車和環行穿梭車，環行穿梭車能在同一軌道上運行多輛車體，可大大提高搬運能力，是穿梭車的發展趨勢。目前，國內穿梭車的速度一般為120～200m/min，在國外機場行李分揀系統中，采用無接觸能量傳輸技術的穿梭車最高走行速度可達600m/min。

往復直行穿梭車

往復直行穿梭車是一種用于自動化物流系統中的智能型軌道導引搬運設備。在電控系統控制下，通過編碼器、激光測距等認址方式精確定位于各個輸入、輸出工位，接受物料后進行往復穿梭運輸，主要應用于自動化物流系統中單元物料高速、高效的平面自動輸送，具有高度的自動化和靈活性。

1、結構組成

往復直行穿梭車主要由車體系統、輸送裝置、認址裝置、導軌系統、報警裝置、電氣裝置等組成。

(1)車體系統

車體系統主要由車架體、行走驅動裝置、裝飾罩組成。車架體是承載其他部件的主體，主要由型鋼焊接而成。行走驅動裝置主要由傳動軸、驅動輪及電機等組成。行走驅動裝置的走行輪采用高科技聚氯酯材料，既提高了輪子耐磨性，又大大減少了輪子與走行輪問的摩擦力，這樣可以延長輪子的使用壽命。此外，車體可根據總體工藝流量需要設計成雙車體，以適應雙工位的需求，可提高總體輸送能力。

(2)輸送裝置

輸送裝置是物料輸送部分，安裝于車體上，框架采用鋼結構。根據物料的形式，可選擇輥道輸送、鏈式輸送、皮帶輸送等輸送形式，同時可根據總體工藝流量需要設計成雙輸送裝置，以適應雙工位輸送的需求，可大大提高總體輸送能力。

(3)認址裝置

認址裝置是穿梭車出入庫站臺的定位信號裝置。認址裝置有鏈條式、同步帶式、摩擦輪式編碼認址，以及激光認址、條碼認址等多種方式，根據不同的電控模式進行選擇。認址裝置的精確性和可靠性直接影響穿梭車的定位精度及運行的平穩性，因此要根據設備的運行能力要求及投資成本選擇不同的認址方式。

(4)導軌系統

導軌系統由導軌部分和停止器組成，是承載穿梭車的基礎和行走的導向。導軌有外購輕型鋼軌、專用鋁型材導軌兩種形式。兩種軌道都配置停止器，包括緩沖器和支架等，安裝在軌道兩端，防止穿梭車在意外情況下沖出軌道。軌道類型根據設備的運行能力要求及投資成本進行選擇。

(5)電氣裝置

電氣裝置由PLC、變頻驅動器、光電開關、編碼器、條碼識別器等組成。不同的走行速度配置不同的電控模式，目前較為通用的行走速度為180m/min的往復式穿梭車其電控模式采用的是速度及位移雙閉環控制。供電模式主要有柔性拖纜供電、滑觸線供電、無接觸供電三種模式。

2，技術參數

物料輸送速度：車載輸送機輸送速度為12～24m/min，穿梭車走行速度為120～250m/min；

定位精度：±3mm；

最大載重量：1200kg。

3、應用特點

進行物流系統總體方案設計時，要從整個系統的能力指標、功能要求、總體布局出發。在選型時，首先要提供系統要求處理的流量、路線布局圖，經能力仿真和計算后，才能確定采用的模式。比如，根據能力不同，在相同的速度、控制模式下可選單工位往復式直行穿梭車、雙工位往復式直行穿梭車、一軌雙車雙工位往復式穿梭車；此外，物料大小、形狀也比較重要，決定了移載、輸送的形式。

單軌環形穿梭車

單軌環行穿梭車系統是為適應現代化物流系統的快速發展而開發的智能型單軌道導引搬運設備。在電控系統控制下，通過編碼器或條碼認址精確定位于各個輸入、輸出工位，接受物料后進行環形單向運輸。

1、結構組成

單軌環行穿梭車主要由機械和電氣兩大部分組成，機械部分由穿梭車、單軌軌道系統和維修車等組成，電氣部分由單機控制系統、軌道電源供給系統和計算機調度管理系統組成。

(1)單機結構

行走裝置用于實現穿梭車在單軌上直行或轉彎走行，由前驅動部件(含行走行輪和電機)、后驅動部件(含行走行輪和電機)、2個萬向輪、2組限位導向輪等組成。該裝置是本機的關鍵技術部分，前后驅動裝置與輸送裝置之間用可旋轉的連接件連接，在轉彎時保證可靠、平穩、連續。萬向輪為兩組，分別裝于車體另一側的地上行走部分，并與其上的立柱固定連接，萬向輪與地面接觸。

輸送裝置由鏈條、鏈輪、左右框梁和輸送減速電機組成，采用導向輥子導向，導向可靠。

單軌環行穿梭車的走行輪同樣采用聚氨酯材料。

(2)單軌軌道系統

利用導向輪在軌道上導向，穿梭車就沿著軌道運行。軌道采用專用鋁型材，直線度好、承載能力高，還可用于安裝電器各類輔件。軌道分為直行段和轉彎段兩種軌道，其中直行段采用分段設計，以便于安裝，轉彎段最小轉彎半徑為800mm。

(3)維修車

在某一臺穿梭車發生故障時，故障穿梭車可離開主線，整個系統并不停止運行，其他穿梭車仍然繼續工作。如果維修車不在主線上，互鎖裝置將啟動，使其他穿梭車停下來，需要維修的穿梭車可安全地移載到拆裝軌道上。

(4)電氣部分

①單機控制系統

輸送和走行均采用變頻控制緩起緩停，以緩和對搬運貨物的沖擊，防止貨物在搬運過程中潰散；與各站臺的接口處設有輸送過渡裝置，使輸送過渡平穩，防止貨物在搬運過程中潰散。

②編碼器認址方式定位

編碼器使速度控制及停止位置控制簡單化。采用認址控制后，系統的可維護性得到很大的改善，在系統中增加小車及站臺數量也非常簡單。

③走行裝置

變頻器控制小車的加速或減速，以避免貨物從小車上掉落，使用內部微處理器實現了最優化

速度控制(加速及減速)和排隊方式起停。

④軌道電源供給系統

供電方式采用安全滑觸線或無接觸能量傳輸方式。

⑤軌道通訊系統

基于Profibus的軌道通訊系統可實時顯示每輛穿梭車的運行狀態(裝貨/卸貨、穿梭車的位置)，針對每輛穿梭車發來的搬運請求給予最優化的任務分配，運行可靠，信號不易丟失。

⑥計算機調度管理系統

采用Microsoft Visual Basic開發的調度管理系統，任務分配更合理、更優化。

⑦可用遙控器模式操作

當使用遙控器將穿梭車切換到本地模式后，穿梭車不再受上位計算機控制。此時，只能使用遙控器操作穿梭車的動作。在此狀態下，穿梭車可完成多段速前進、后退、送貨和取貨操作。

2、技術參數

物料輸送速度：車載鏈式輸送機的輸送速度為12～24m/min，穿梭車走行速度為120～250m/min；

定位精度：±5mm；

最大載重量：1200kg；

最小轉彎半徑：800mm。

3、應用特點

在系統處理能力為100～200次/小時、輸送路線不在一條直線、輸送物料需要排序且轉送站臺較多的情況下，一般采用單軌環形穿梭車來進行系統總體平面布局。該系統原則上可替代直行穿梭車，可實現單軌雙向運行。

轉軌穿梭車

轉軌穿梭車是一種新型的雙軌物料搬運小車，在電控系統的控制下，可以完成在T形(或Y形)岔道的曲線路徑上往返運動，以實現物料搬運功能。針對不同的物料，可以配置不同形式的輸送裝置，以滿足輸送要求。

1、結構組成

轉軌穿梭車系統由多臺轉軌穿梭車以及軌道系統、電控和調度系統等組成。

(1)單機結構

轉向機構：是轉軌穿梭車的關鍵部件，由一個減速電機驅動一套連桿結構，進而帶動位于連桿機構末端的活動導向輪運動。當需要通過岔道時，需要轉向的一側活動導向輪向外擺動，擺動到位后，與內側對應的導向輪一起，夾持住軌道上的導向板，從而引導車體向相應的方向轉向行走。

驅動裝置：轉軌穿梭車的行走驅動采用雙電機驅動。雙電機采用主從模式控制，在直道行走時作速度同步跟蹤，彎道行走時作速度差速匹配，保證直行時兩個驅動輪速度一致和彎道行走時車輪速度與車輪轉彎半徑的關系。

輸送裝置：用于實現物料的輸入與輸出。根據輸送物料的不同，移載裝置可采用鏈式、輥道式等形式。

(2)軌道系統

轉軌穿梭車的軌道采用通用型鋼和鋼板組焊而成，成本低，結構簡單，承載能力高。軌道分為直行段、左轉彎段、右轉彎段、左岔道段、右岔道段5種形式，其中直行段采用分段設計。以便于制造和安裝，設計時根據總體工藝流程可設計成環形或L形。

(3)電控和調度系統

采用雙電機驅動模式，雙電機采用主從配置，通過獨特的“數字鎖”技術，實現速度跟隨、力矩跟隨和速度限幅，從而保證兩個電機在不同行走狀態下的速度匹配。

轉軌穿梭車系統帶有兩套通訊系統，一是由中控調度管理系統通過Ethernet無線以太網向穿梭車的調度管理系統發布指令，二是由線控系統通過Profinet總線向穿梭車的調度管理系統發布指令。

供電采用無接觸能量傳輸供電方式，布線簡單，對環境的適應性強，免維護。

轉軌穿梭車的行走位置檢測采用條碼定位系統實現，定位精度高，并且保證了曲線軌道上的位置檢測。

2、技術參數

物料輸送速度：車載鏈式輸送機的輸送速度為12～24m/min，穿梭車走行速度為120～250m/min：

定位精度：±5mm；

最大載重量：1200kg；

行走車輪間距(軌道間距)：1100mm；

前后車輪軸間距：1100mm；

內側軌道彎曲中心半徑：1500mm；

外側軌道彎曲中心半徑：2600mm；

中心彎曲半徑：2050mm。

3、應用特點

在系統功能上，轉軌穿梭車系統實現了往復式穿梭車和單軌環形穿梭車搬運系統的全部功能。包括直行、轉彎、分岔行走和搬運。在岔道處需要改變行走方向時，由穿梭車自己根據轉向要求，通過轉向機構實現行走方向的改變，從而實現設備自主換軌轉向。與采用地面換軌裝置進行對比，轉軌穿梭車的軌道系統不采用扳道機構或換軌機構，而是采取單車獨立控制，自主選擇路線執行上位系統下發的任務，具有較高的效率。

在不同行業的自動化物流系統中，根據總體工藝及能力的要求，當系統處理能力高于200次/小時且轉送站臺較多的情況下，采用單軌環形穿梭車會使得調度系統難度增加，并且小車的交通堵塞會非常嚴重，造成整個系統能力下降。若采用AGV系統或EMS系統，則整個系統的資金投入會驟增。此時可采用轉軌穿梭車系統，它適用于自動化物流系統處理能力高且成本較低的情況。

基于以上幾種常用類型的穿梭車在自動化物流系統中應用的特點，針對不同的自動化物流系統的能力需求和應用條件，用戶可選擇經濟、適用、先進、可靠的穿梭車系統。