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高速穿梭车定位技术的现状及新方式

发布时间:2016-12-03  来源:中国仓储与配送协会

本文节选自《物流技术与应用》杂志2016第9期“权威”栏目中《高速穿梭车定位技术的研究》一文,阅读完整内容请订阅《物流技术与应用》杂志。


作者

国网上海市电力公司电力科学研究院 张晓颖、庄葛巍、张洪红

深圳市科陆电子科技股份有限公司 姚民


目前穿梭车式货架仓库需求快速增加,但是与国外相比,我国物流装备企业在穿梭车技术方面存在较大差距,因此急需研究高速智能穿梭车,以弥补国内空白,促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,本文主要对高速穿梭车的各项指标及其行走定位方式进行了研究。



自动化立体仓库系统,又称自动存储 / 检索系统,即AS / RS(Automated Storage / Retrieval System),使用高层货架存储货物,充分利用仓库空间,因此节省了占地面积,提高了空间使用率。目前使用最广、适应性较强的是单元货格式立体仓库,但是在这种仓库中巷道占去了三分之一左右的面积。在充分利用存储空间的原则上,为了提高仓库面积的利用率,达到能够存储更多货物的目的,近年来各种高密度自动化仓储系统逐渐发展成熟,例如:重力式货架仓库和穿梭车式货架仓库。


在重力式货架仓库中,货架接通道排列,每个通道都是存货通道,并带有一定的坡度,从入库口端装入的货物单元能够在自重的作用下,自动向出库端移动,直到到达通道出库端或者碰到已存储的货物单元停住为止,通道出库端设有止动装置。当出库端的第一个货物单元被取走后,其后面的各个货物单元在重力作用下依次向出库端补位。从结构上讲,为了保证这种仓库系统的灵活性,要求每个存货通道设置减少摩擦的装置,如在货架上加滚子,或者储存托盘带滚轮。


穿梭车式货架仓库,货架也接通道排列,每个通道也都是存货通道,但没有设置坡度,每个通道都设有供穿梭车运行的轨道,穿梭车在巷道里往复运行,自动存取和搬取货物,提升了物流效率,而且穿梭车可以和堆垛机、自动叉车或AGV配合,自动进行不同列、不同层及不同通道之间的交换,调度更加灵活,自动化程度更高。


穿梭车式货架仓库的核心设备是穿梭车。穿梭车又称为轨道式自动导引车(rail guide vehicle),具有速度快、可靠性高、成本低等特点,它是立体仓库的重要设备,并与其他物流设备实现自动连接,如出入库站台、缓冲站、输送机、升降机和机器人等,按照计划进行物料的输送。穿梭车的行驶速度一定程度上决定了整个货架仓库的物流效率;穿梭车的供电方式、持续行进能力等决定了货架仓库安装施工的难度;穿梭车的智能程度决定了货架仓库的智能化程度以及设计难度。因此,对于穿梭车式货架仓库系统来讲,穿梭车本身十分值得研究和改进。


目前,立体仓库正逐渐向高动态应用的方向发展——对仓库存储量的要求越来越高,拣选、输送以及出入库频率等要求也越来越高,因此货架穿梭车是近年来国内外研究的热点。


在国外,货架穿梭车的研究起步较早,在2005年前后,YLOG、DEMATIC、TGW等物流巨头就推出了自己的货架穿梭车,并在这几年进行持续优化,已相继推出升级版本的货架穿梭车,在运行速度、灵活性、智能程度上都有显著提升。国外的穿梭车运行速度普遍在4m/s以上,并且一般具备路径规划系统,可进行复杂路径的规划。而在国内,货架穿梭车的研究尚在起步阶段,穿梭车系统应用较少,且穿梭车供应商厂家也很少。国产穿梭车的性能相对国外巨头的产品来说还有较大差距。国产穿梭车运行速度普遍在2m/s以下,智能程度较低,大多的路径规划要依靠立库系统软件辅助完成。


基于目前国内穿梭车的发展现状,我国物流装备行业急需研究高速(4m/s以上速度)智能的货架穿梭车定位技术,以促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,我们主要对货架穿梭车的以下指标进行了研究。


  • 更快的速度

穿梭车更快的速度意味着单位时间内更多次数的取放货物,直接关系到整个仓储系统的物流效率。目前大部分的货架穿梭车平均速度约在2m/s,通过市场调研和技术评估,我们预计将穿梭车的速度提升到4m/s。


更快的速度意味着更大的电机功率和能耗,而功率越大的电机重量越重,整个车体的重量也就越重,而更重的车体则需要更大的驱动功率,导致恶性循环。因此,速度的提升对穿梭车来说是个重大挑战。


  • 更精准的定位方式

目前国内外穿梭车的行走定位模式


行走电机编码器与单个定位检测孔(每个货位一个定位孔)

缺点是:此种方式要经过行走电机编码器数据处理,精确计算,如果多段穿梭车导轨出现连接处错位等,极有可能导致行走轮打滑,同时也有可能因电机启动加速度太大导致行走轮与导轨面摩擦力变化打滑,穿梭车将无法准确到达指定位置,只有通过找货位的定位检测孔来进行检测,有可能穿梭车会过冲或者还未到达目标位置行走电机就停止了,只能通过程序判断穿梭车低速来回找目标位。


条码定位检测

缺点是:此种方式要求在货架行走导轨一侧贴一整条条码,并且条码不能撕裂和断开较大距离,对条码有较高的安装要求;同时对于层数多、巷道长的多层穿梭式货架,使用条码定位会导致较高的成本。


激光测距方式

缺点是:此种方式要求所有使用的穿梭车和每层的激光反光板安装位置必须一致,激光反光板安装于每个巷道货架端面,因此对于穿梭车和货架的制作和装配要求特别高。相比国外而言,国内在货架的制作和安装精度方面还存在较大差距,且货架的安装精度与施工场地地面也存在必然联系。当货架同一巷道不同层之间的激光反光板出现相对位置安装误差,同一辆穿梭车进行测距定位也会出现偏差,不同穿梭车在同一层巷道测距定位也会出现偏差,致使穿梭车无法正常进行取放货动作。


穿梭车行走定位的新方式


穿梭车行走定位采用RFID信息识别与双定位检测点方式,可有效降低系统控制难度,即时读取仓位信息减少系统交互时间;该方式简单的加工及安装工艺,降低了定位成本,即使货架因地面沉降和安装使导轨在一定程度上发生偏移,也不影响穿梭车正常运行,可提高系统的可维护性和冗错性。采用RFID信息识别与双定位检测点方案,可提前判断位置给予系统响应时间,防止穿梭车过冲,提高定位精度。


本项目的预期成果是高速智能货架穿梭车样机一台:




高速智能货架穿梭车拟达到的技术指标如下:

  • 进入匀速行驶阶段的额定速度为4m/s;

  • 加速度>2m/S2;

  • 额定载重为50kg;

  • 整车(含货叉、车身、供电系统、控制系统、电机等整个车体)重量,不大于80kg;

  • 额定功率为1500W;

  • 车体定位精度应≤1mm。 


技术特点:

行走定位模式

定位检测点+RFID定位方式,信息识别通过传感器定位检测点判断穿梭车是否行驶到目标货位,RFID作为门牌号形式提供具体的货位信息,从而使穿梭车目标定位更加智能化、简单化。


与国外产品的技术比较

本文节选自《物流技术与应用》杂志2016第9期“权威”栏目中《高速穿梭车定位技术的研究》一文,阅读完整内容请订阅《物流技术与应用》杂志。

作者

  国网上海市电力公司电力科学研究院 张晓颖、庄葛巍、张洪红

  深圳市科陆电子科技股份有限公司 姚民

  目前穿梭车式货架仓库需求快速增加,但是与国外相比,我国物流装备企业在穿梭车技术方面存在较大差距,因此急需研究高速智能穿梭车,以弥补国内空白,促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,本文主要对高速穿梭车的各项指标及其行走定位方式进行了研究。

  自动化立体仓库系统,又称自动存储 / 检索系统,即AS / RS(Automated Storage / Retrieval System),使用高层货架存储货物,充分利用仓库空间,因此节省了占地面积,提高了空间使用率。目前使用最广、适应性较强的是单元货格式立体仓库,但是在这种仓库中巷道占去了三分之一左右的面积。在充分利用存储空间的原则上,为了提高仓库面积的利用率,达到能够存储更多货物的目的,近年来各种高密度自动化仓储系统逐渐发展成熟,例如:重力式货架仓库和穿梭车式货架仓库。

  在重力式货架仓库中,货架接通道排列,每个通道都是存货通道,并带有一定的坡度,从入库口端装入的货物单元能够在自重的作用下,自动向出库端移动,直到到达通道出库端或者碰到已存储的货物单元停住为止,通道出库端设有止动装置。当出库端的第一个货物单元被取走后,其后面的各个货物单元在重力作用下依次向出库端补位。从结构上讲,为了保证这种仓库系统的灵活性,要求每个存货通道设置减少摩擦的装置,如在货架上加滚子,或者储存托盘带滚轮。

  穿梭车式货架仓库,货架也接通道排列,每个通道也都是存货通道,但没有设置坡度,每个通道都设有供穿梭车运行的轨道,穿梭车在巷道里往复运行,自动存取和搬取货物,提升了物流效率,而且穿梭车可以和堆垛机、自动叉车或AGV配合,自动进行不同列、不同层及不同通道之间的交换,调度更加灵活,自动化程度更高。

  穿梭车式货架仓库的核心设备是穿梭车。穿梭车又称为轨道式自动导引车(rail guide vehicle),具有速度快、可靠性高、成本低等特点,它是立体仓库的重要设备,并与其他物流设备实现自动连接,如出入库站台、缓冲站、输送机、升降机和机器人等,按照计划进行物料的输送。穿梭车的行驶速度一定程度上决定了整个货架仓库的物流效率;穿梭车的供电方式、持续行进能力等决定了货架仓库安装施工的难度;穿梭车的智能程度决定了货架仓库的智能化程度以及设计难度。因此,对于穿梭车式货架仓库系统来讲,穿梭车本身十分值得研究和改进。

  目前,立体仓库正逐渐向高动态应用的方向发展——对仓库存储量的要求越来越高,拣选、输送以及出入库频率等要求也越来越高,因此货架穿梭车是近年来国内外研究的热点。

  在国外,货架穿梭车的研究起步较早,在2005年前后,YLOG、DEMATIC、TGW等物流巨头就推出了自己的货架穿梭车,并在这几年进行持续优化,已相继推出升级版本的货架穿梭车,在运行速度、灵活性、智能程度上都有显著提升。国外的穿梭车运行速度普遍在4m/s以上,并且一般具备路径规划系统,可进行复杂路径的规划。而在国内,货架穿梭车的研究尚在起步阶段,穿梭车系统应用较少,且穿梭车供应商厂家也很少。国产穿梭车的性能相对国外巨头的产品来说还有较大差距。国产穿梭车运行速度普遍在2m/s以下,智能程度较低,大多的路径规划要依靠立库系统软件辅助完成。

  基于目前国内穿梭车的发展现状,我国物流装备行业急需研究高速(4m/s以上速度)智能的货架穿梭车定位技术,以促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,我们主要对货架穿梭车的以下指标进行了研究。

  更快的速度

  穿梭车更快的速度意味着单位时间内更多次数的取放货物,直接关系到整个仓储系统的物流效率。目前大部分的货架穿梭车平均速度约在2m/s,通过市场调研和技术评估,我们预计将穿梭车的速度提升到4m/s。

  更快的速度意味着更大的电机功率和能耗,而功率越大的电机重量越重,整个车体的重量也就越重,而更重的车体则需要更大的驱动功率,导致恶性循环。因此,速度的提升对穿梭车来说是个重大挑战。

  更精准的定位方式

  目前国内外穿梭车的行走定位模式


行走电机编码器与单个定位检测孔(每个货位一个定位孔)

  缺点是:此种方式要经过行走电机编码器数据处理,精确计算,如果多段穿梭车导轨出现连接处错位等,极有可能导致行走轮打滑,同时也有可能因电机启动加速度太大导致行走轮与导轨面摩擦力变化打滑,穿梭车将无法准确到达指定位置,只有通过找货位的定位检测孔来进行检测,有可能穿梭车会过冲或者还未到达目标位置行走电机就停止了,只能通过程序判断穿梭车低速来回找目标位。

条码定位检测

  缺点是:此种方式要求在货架行走导轨一侧贴一整条条码,并且条码不能撕裂和断开较大距离,对条码有较高的安装要求;同时对于层数多、巷道长的多层穿梭式货架,使用条码定位会导致较高的成本。

激光测距方式

  缺点是:此种方式要求所有使用的穿梭车和每层的激光反光板安装位置必须一致,激光反光板安装于每个巷道货架端面,因此对于穿梭车和货架的制作和装配要求特别高。相比国外而言,国内在货架的制作和安装精度方面还存在较大差距,且货架的安装精度与施工场地地面也存在必然联系。当货架同一巷道不同层之间的激光反光板出现相对位置安装误差,同一辆穿梭车进行测距定位也会出现偏差,不同穿梭车在同一层巷道测距定位也会出现偏差,致使穿梭车无法正常进行取放货动作。

穿梭车行走定位的新方式

  穿梭车行走定位采用RFID信息识别与双定位检测点方式,可有效降低系统控制难度,即时读取仓位信息减少系统交互时间;该方式简单的加工及安装工艺,降低了定位成本,即使货架因地面沉降和安装使导轨在一定程度上发生偏移,也不影响穿梭车正常运行,可提高系统的可维护性和冗错性。采用RFID信息识别与双定位检测点方案,可提前判断位置给予系统响应时间,防止穿梭车过冲,提高定位精度。

本项目的预期成果是高速智能货架穿梭车样机一台:



高速智能货架穿梭车拟达到的技术指标如下:

  • 进入匀速行驶阶段的额定速度为4m/s;

  • 加速度>2m/S2;

  • 额定载重为50kg;

  • 整车(含货叉、车身、供电系统、控制系统、电机等整个车体)重量,不大于80kg;

  • 额定功率为1500W;

  • 车体定位精度应≤1mm。 

技术特点:

行走定位模式

定位检测点+RFID定位方式,信息识别通过传感器定位检测点判断穿梭车是否行驶到目标货位,RFID作为门牌号形式提供具体的货位信息,从而使穿梭车目标定位更加智能化、简单化。

与国外产品的技术比较


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