基于激光導航的自動化立體庫AGV叉車設計

呂俊燕，鄭明輝，楊瑞青，蘇合新

(1.山東華宇工學院，山東 德州 253034；2.智能制造裝備設計工程技術研發中心，山東 德州 253034)

自動化立體倉庫已成為現代物流倉儲系統中的關鍵環節[1]。Automatic Guided Vehicle(簡稱AGV)能夠在各種復雜的工況中準確、高效地完成搬運任務。在AGV叉車搬運過程中，導航系統起到至關重要的作用[2]。將激光導航技術與AGV叉車進行結合，應用于自動化立體庫中，并對叉車進行路徑規劃，可使AGV在整個作業空間內實現自動導航功能。

1 激光導航技術

導航技術的主要作用是使物體在移動過程中按照預定的軌跡進行運動，時刻保持物體自身位置的準確性，并預先確定下一步的位置與姿態[3]。

激光導航技術與激光測距原理基本相同，都是通過測量系統從發出激光到接收激光所花費的時間，通過路程、時間和距離之間的數學關系，計算出系統本身與前方障礙物之間的距離[4]。不同點是，激光測距只需測量一次，而激光導航需要測量距離若干點的距離，以此來標定AGV小車的坐標位置。

2 AGV叉車的設計

2.1 自動化立體庫模型

立體倉庫模型的分布控制示意圖如圖1所示，自動化立體倉庫主要分為入庫區域、出庫區域、貨物存放區域、控制區域與AGV叉車停車充電區域。同時，貨物存放區域采用的是五層的立體式貨架，用于各類貨物的存放或歸類管理。每一區域對應不同貨物安裝不同的區域標識，能夠保證AGV叉車在出庫時準確地將貨物取出，入庫時能夠將貨物放置到對應的倉庫中。

圖1 自動化立體庫模型

2.2 AGV叉車結構設計

AGV叉車主要實現在立體庫、不合格品區、車間口之間的輸送。根據本立體倉庫的要求，AGV叉車舉升高度為1 400 mm，采用液壓舉升方式，舉升負載為1 000 kg。為了防止貨物掉落，行走速度不高于60 m/min，速度可調，并且在轉彎和靠站時均勻減速。行走定位精度為，停車定位精度為。為了與立體倉庫貨架之間的距離相適應，AGV叉車的總體尺寸為2 350×1 090×2 200 mm。整體結構圖如圖2所示。

圖2 AGV叉車結構

2.3 人機界面

為了更加方便地控制與調度整個倉庫的AGV叉車，對人機交互界面進行了更加科學、人性化的設計。

為了防止AGV叉車與其他障礙物發生碰撞，采用德國 SICK 的TIM310普通型激光掃描器，為AGV叉車提供可靠防護。TIM310掃描儀的掃描角度為270°，防護距離可達4 m，抗環境光為1 500 lx，極大地節約了維護成本，減少不必要的停機，如圖3所示。

圖3 TIM310普通型激光掃描器

2.4 激光導航系統

為了防止AGV叉車在作業空間中發生碰撞，可以根據自動化立體倉庫的平面圖，在AGV叉車的作業空間中安裝激光導航的靶點，安裝靶點的位置如下所示：

靶點位置一般安裝在立柱、墻壁及設備上，如圖4所示。

圖4 靶點位置

靶點的平面分布最好采用不規則形式，這樣可以形成地圖的唯一性，如圖5所示。

圖5 靶點平面分布圖

反光靶點的材料建議采用 DM983 級別的鉆石反光膜，同時為了盡量減少空間的布置工作量，采用柱狀的反光靶點。

2.5 自動充電系統

為了保證AGV有足夠的續航能力，設計了自動充電系統，該系統在 AGV 處于待命狀態時，可根據調度系統安排進行實時充電，從而保證AGV電量充足。充電流程圖如圖6所示。

圖6 AGV自動充電系統

3 結語

將激光導航技術應用于AGV叉車系統，使得AGV叉車定位更加準確，運行路線更加順暢，可以大大減少AGV叉車的停機次數，行駛路線范圍更加廣泛。同時配備自動充電系統，可以實時進行充電，從而保證AGV叉車電量永遠處于充足狀態，提高出庫入庫工作效率。將激光導航技術應用于立體倉庫中，可以進一步促進企業實現智能物流工廠的目標，增強企業競爭力。