AGV叉車在倉儲行業的應用

文/陳寶強 蔣旭東 侯敬波

一、引言

AGV是自動導航運輸車（Automatic Guided Vehicle）的英文縮寫。根據美國物流協會定義，AGV是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，同時還具有自動編程，安全保護和各種移載功能的運輸設備，AGV是現代物流系統的關鍵設備之一。

自動引導車系統（AGVS-Automatic Guided Vehicle System）是由多臺AGV組成，集機電控制，計算機網絡及無線通訊等技術于一體的集成化智能運輸系統。AGVS可用于各行各業自動化生產、儲運、辦公、服務等系統中執行室內物料運輸任務，其中汽車生產、機械制造及電子工業方面的應用占較大比例，其它較多的應用部門分別為造紙、化工、視頻、紡織等行業。

在汽車制造業中，AGVS常用于裝配生產線，以增加傳輸的柔性，如發動機或底盤的裝配線、車身機器人焊接線等。

在機械加工或綜合作業的柔性制造系統中，AGV系統在先進的倉儲系統以及自動化工廠中的應用是很典型的。AGV系統也是當前國內外研究開發的高技術領域——計算機集成制造系統不可缺少的物流智能化設備。

AGV單機控制系統的核心技術不僅決定著系統的柔性，同時也影響著系統運行的各個方面性能。隨著科學技術的不斷發展，多種導引方式已應用到AGV中。

AGV按照導引方式有無導引路徑分為固定路徑導引和自由路徑導引兩類。固定路徑導引是指在AGV的運行路徑上設置導引用的信息媒介物，通過車體上的傳感器檢測出其信號從而得到導引的一種方式，如光學導引、電磁導引、磁帶導引等。自由路徑導引方式是指在AGV的控制器上存儲著區域位置的尺寸坐標，通過識別車體當前方位，自主的決定行駛路徑的一種導引方式，主要有慣性導引、激光導引、視覺導引等。

二、AGV車型分類

包括：負載式、輕載多向移動式、嵌入式、叉車式、牽引式、帶特定工裝/夾具

見下圖：

負載式

輕載多向移動式

叉車式

嵌入式

牽引式

帶特定工裝/夾具

三、AGV體系構成

1.呼叫終端-呼叫處理-下發指令

2.監控終端-路徑規劃交通管理任務指派-對接上下層

3.車載終端-執行與反饋

四、AGV導航的分類及導航技術

1.AGV導航的分類

激光導航、自然導航、測距導航、磁釘導航、電磁導航、磁帶導航、多類型導航

2.AGV導航技術

目前，最常用的AGV導航模式如下：

激光導航：該車輛通過測量角度以及距離人工地標（反射器）的距離來進行導航。

見下圖：

磁釘導航：該車輛通過檢測地面上的磁鐵進行導航。一般用于托盤-貨架、走廊與背馱式自動導引車。

見下圖：

磁帶導航：該車輛利用地面上的磁帶進行導航，距離標志牌用于沿著磁帶更新距離。一般用于托盤-貨架、走廊與背馱式自動導引車。

自然導航：通過激光掃描周圍的環境，與計算機系統中存儲的環境地圖進行匹配，從而確定車體的當前位置。

慣性導航：采用陀螺儀檢測車輛的方位角以及離參考點的距離來確定當前位置，通過與給定路線的比較來控制AGV的行駛方向。常常會結合磁釘、激光導航。

綜合不同導航方法，在任何時間或地點改變導航方向

一般應用于反射器視野有限的環境

如：托盤-貨架卷紙倉庫等

見下圖：

AGV硬件系統

針對經常出現振動、粉塵、潮濕和溫度變化的惡劣環境而設的硬件系統

包括：驅動器、車載控制器、顯示器、編碼器、光電傳感器、導航傳感器等。

見下圖：

AGV軟件系統

用途：管理AGV系統中的實際運輸

包括：主機、車齡系統控制器、交通流量控制器、流量管理、車隊管理、維修工具、車輛維護、車輛診斷、導航、負載處理、驅動控制、操作界面、設計管理平臺、布局、應用等。

五、我國AGV叉車的應用及技術現狀

在我國，AGV產品大量用于汽車零部件行業以及港口集裝箱的堆垛，要實現在倉庫中的取貨或堆垛功能，就要把AGV的自動導航功能與傳統叉車的起升、堆垛、前傾卸載等功能結合起來，這就是我們常說的AGV叉車。

AGV叉車基本上都是自由路徑導引AGV，自由路徑導引中以激光導引式AGV叉車為主。國內許多叉車企業也在研發AGV叉車，如上海匯聚科技有限公司，在常用AGV的基礎上，開發出了AGV前移式叉車，以麥克納姆輪為驅動輪的AGV叉車，大型的高鐵車廂組裝用AGV平臺車等產品。

國內叉車企業對AGV技術還處在摸索的過程中，產品技術不是很成熟，對于想在短時間內，掌握這項技術還存在很大的難度，因此國內的部分叉車企業選擇了與國際領先企業技術合作，建立戰略同盟關系，例如國際上知名的Kollmorgen(科爾摩根)公司，把核心的AGV技術與傳統的叉車結合起來，實現智能化倉庫的儲運功能，提高了倉庫的儲存效率，降低了人工成本。

但國內企業生產的AGV叉車由于缺少自主核心技術，要廣泛用于智能化工廠，還有很長的路要走。

AGV重要的核心技術體現在以下四個方面：

1.AGV管理監控調度系統是AGV系統重要核心技術之一，應開發基于100臺以上AGV的管理調度系統開發工作，開展人機交互技術、遠程監控技術、遠程故障診斷技術的專項研究，提高我國自主知識產權的軟件開發水平，以適應國內近年來AGV的市場需求。

AGV調度控制系統是一個復雜的軟、硬件系統，目前國內外中高端的AGV系統均有AGV調度控制系統。系統硬件一般由服務器、管理監控計算機、網絡通信系統以及相關接口等組成；軟件由相關的數據庫管理系統、管理監控調度軟件等組成。

2.AGV車載控制器是AGV控制系統（核心算法）的核心，研制基于嵌入式計算機系統的專用AGV車載控制器，取代以采用工控機或通用PLC作為主控單元的AGV車載控制器是未來的技術發展趨勢，也是今后研發工作的重點。

3.供電技術：AGV的供電技術除了傳統的供電電池外，以“物理線性放電”、充電效率高、使用壽命長為特點的超級電容在AGV上的應用開始發力。同時，無線供電技術得到發展，在國內雖然仍然處在實驗室和使用階段，但是，在國外已經得到應用且以德國企業為主。

4.AGV小車的核心部件，例如：電機、傳感器等核心零部件多數采用國外進口產品，核心關鍵技術受制于人，也制約了國內AGV行業的發展。

六、AGV叉車的基本狀況

目前國內外比較流行的AGV叉車的生產方式分為兩種，一種是AGV叉車完全自制，另一種為普通叉車改造。

1.執行元件自制

執行元件自制就是AGV叉車的主體結構部分包括車架、門架和工作裝置等都是由AGV叉車生產企業根據AGV叉車的需要設計，需要機械工程師的配合，形成一體方案，對于自制AGV叉車車體即執行機構，由于國內AGV廠家的發展時間不長、國內高精機加配套不佳，導致AGV叉車在運行速度、精準度較差，在軟件控制系統上的要求更高。歐洲AGV叉車執行元件基本上都采用自制，可以根據自己的技術、配重、客戶的物料、工況做最佳的匹配。

2.執行元件由普通叉車改造

國內部分AGV叉車生產企業執行元件采用普通叉車，隨著國內大型叉車企業與國際知名配套企業的合作，選用高精度的傳感器和控制系統，實現了AGV的運行精度高，可靠性良好的效果。

七、AGV叉車車載控制系統

AGV車載控制系統主要完成AGV的導引、驅動轉向控制、執行機構操作和安全防護等工作，因此車載控制系統的主要功能模塊分為：AGV的定位模塊、安全模塊、通訊模塊以及AGV的動作模塊。

1.定位模塊

通過反光膠貼定位，激光導航系統360°高精度地掃描周圍環境輪廓信息（距離、角度及反光率）和反射膠貼位置數據。通過反射膠貼的測量數據自動計算出車輛的位置。見下圖。

2.安全模塊

安全裝置是AGV最重要的組成部分之一。現代化的生產環境中，人與各種機械設施處于同一環境中，AGV作為一種運動中的動作功能機械，其安全保障功能尤為重要。安全裝置可以防止設備在運行中出錯，除了保護AGV自身安全、維護AGV功能的順利完成外，還在最大可能的范圍內保護和運行環境設施的安全。

安全防護：障礙物接近檢測裝置和接觸檢測裝置

①接觸檢測裝置：采用機械防撞圍欄或者安全防撞觸邊。見右圖。

②障礙物接近檢測裝置：采用激光掃描，掃射距離4m，掃描范圍270°的平面區域，最小檢測物體：直徑30mm，40mm，50mm可以進行設置。見下頁圖。

3.通訊模塊

通訊模塊是AGV和上位控制機交換信息和命令的橋梁。由于無線通訊具有不受障礙物阻擋的特點，一般采用上位機和AGV之間采用無線通訊。目前AGV中用的無線通訊主要有無線局域網和無線數傳模塊兩種方式。但是由于無線數傳模塊不支持全雙工模式，且輸入和輸出切換等待時間較長，模塊的傳輸速率低，因此通常的AGV與上位機的通訊采用無線局域網的模式。

無線局域網由無線網和無線路由器組成，簡單地說，WLAN就是指不需要網線就可以通過無線方式發送和接收數據的局域網，只通過安裝無線路由器，在AGV車載機上安裝無線網卡就可以實現車載機與上位機之間的無線連接。無線局域網具有支持全雙工模式、安裝便捷、組網靈活、傳輸速率高、易于擴展和高移動性的優點，因此通常的適用于AGV的通訊模塊。

4.動作模塊

AGV的動作模塊包括驅動轉向以及物料的移載。驅動系統是AGV車載控制系統中一個關鍵的子系統。它直接決定了AGV的運動性能。通常AGV的驅動轉向有中間輪驅動差速轉向、前輪驅動轉向和前后輪驅動轉向這三種方法。

驅動轉向系統主要由驅動控制單元、電機、減速器和車輪組成。驅動轉向系統按照有無反饋環節可分為開環控制和閉環控制兩類。由于開環驅動系統沒有反饋檢查環節，所有精度低，通常都采用閉環驅動系統。

5.工作裝置檢查模塊

對于AGV叉車，由于工作方式與其他的載貨類的AGV車輛的不同，AGV叉車的工作是通過貨叉裝卸貨物的，因此AGV在貨物堆放點，準確安全的叉舉貨物的環節是至關重要的。由于AGV叉車貨叉未能夠精準的叉裝到貨物托盤將貨物頂翻，或者是貨叉未叉裝到貨叉根部，在貨物起升過程中，貨物就會傾翻，造成重大安全生產事故，因此工作裝置的檢查模塊對于AGV叉車是至關重要的。

工作裝置檢查模塊可以簡單地分為幾個裝置：貨叉前端的插孔檢測、叉齒末端貨物到位檢測、貨物防護檢測和起升高度檢測（旋轉編碼器）等。

（1）叉齒前端的插孔檢測

（2）叉齒末端貨物到位檢測

（3）貨物防護(小型光電開關傳感器：精度40～300mm)：叉齒前端安裝上照防護紅外和叉齒前端安裝下照防護紅外，保障貨物的完全卸下以及叉齒下面是否有異物。

（4）起升高度檢測：旋轉編碼器

小結

AGV叉車是機械化、電子化、智能化和信息化的產物，是智能化工廠和倉庫的重要組成部分。近年來倉儲叉車保持著高速的增長，2016年倉儲叉車同比增長在20%左右，倉儲叉車保持高增長速度的同時，對倉儲叉車智能化的需求也是越來越高，智能物流倉儲需要智能化的AGV車輛來搭建，提高物流效率，提高物流的準確率。

國內部分企業也在積極搭建自身的AGV車輛體系，滿足不同客戶的需求，但是依然存在起步晚、沒有核心技術和產品性能不穩定等諸多問題。

本文對AGV叉車的基本構成、軟件系統、硬件系統進行了分析，相信隨著我國工業產品智能化水平的提高，AGV叉車一定會突破原有AGV的功能局限性，更廣泛地應用于物流和倉儲領域，提高倉儲行業運行效率和技術水平。