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智能物流四向穿梭车机器人技术与应用 !
来源: 智慧物流与智能制造 | 作者: 智慧物流与智能制造 | 发布时间: 27天前 | 190 次浏览 | 分享到:
四向穿梭车机器人根据其处理的单元型式不同,主要分为料箱式穿梭车和托盘式穿梭车两种型式。这两种型式各自具有不同的特点。
前言
  四向穿梭车机器人狭义的定义是指能在平面内四个方向(前、后、左、右)穿梭运行的存储机器人,主要是区别于传统的两向穿梭车(前进和后退)而言的。与AGV相比,虽然穿梭车机器人需要在轨道上运行,但小车的速度将更快,定位将更加准确,是远超于AGV系统的。
一、四向穿梭车机器人的分类
  四向穿梭车机器人根据其处理的单元型式不同,主要分为料箱式穿梭车和托盘式穿梭车两种型式。这两种型式各自具有不同的特点。
  对于托盘式四向穿梭车机器人,主要用于托盘的存取作业,它与AS/RS相比较,其优势是存储更加灵活,柔性更高,可以适应任何复杂的仓库结构,可以根据入出库的需求增加或减少小车的数量,可以实现高密集存储等,但缺点是增加了货架的成本,因而在实际应用中形成优势互现的现象。即在大多数情形下,AS/RS表现出更大的成本优势,但在有些极端的情况下,四向穿梭车更为合适。如仓库不高,仓库形状不规则,出入库频率不大这样的情形,或出入库频率要求太高的情形,四向穿梭车更能发挥其优势。
  料箱式四向穿梭车机器人是一种用于料箱存取的机器人。其对应的技术包括Miniload与多层穿梭车等。Miniload是一种专用于料箱存取的AS/RS系统,与托盘式AS/RS相比较,Miniload更加轻巧、快捷,但高度一般不会很高,载荷一般在50kg以内;多层穿梭车是一种运行于货架内的往复式存取设备,与Miniload相比,它更加快捷灵活,因此,在需要更高存取速度的情形下,多层穿梭车具有Miniload不可比拟的优势,被广泛应用于货到人拣选系统之中。料箱式四向穿梭车机器人则是一种更加柔性的产品,与托盘式四向车类似的是,它具有广泛的适应性,既可以适用于各种仓库型式,也可以灵活的通过增减小车数量以匹配实际的需求。尤其在货到人拣选系统中,由于小车可以通过提升机换层,事实上它可以在3维空间中灵活运行,因此,国外更形象的称其为3D Satellite shuttl car,这是Miniload和多层穿梭车所不能比拟的。
  四向穿梭车机器人是物流仓储系统中的革命性技术,虽然其应用历史还不长,但已经引起了行业的广泛重视,被认为是未来智能物流系统的重要组成部分。本文对四向穿梭车机器人的技术特点和应用范围做详细论述。
二、技术要点
2.1 工作原理
  四向穿梭车一般具有两套轮系,其一套负责X方向行走,另一套负责Y方向行走。小车在轨道上运行,遇到转弯处,是通过更换轮系来完成的。因此,货物单元的方向在整个作业时间内是不变的。
  小车如果要变化层时,大多数是通过巷道外的提升机来完成的。小车自动驶入提升机后,提升机提升到所需要的楼层,完成换层。在实际应用中,提升机有两种作业模式:带车作业与不带车作业。不带车作业时,提升机仅仅提升货物单元,带车作业时,每次作业,小车与货物同时进入提升机,这时其实不需要换层提升机。显然,不带车提升时,每层需要有货物移载工作站,这是一笔不小的成本,而带车作业时系统会简单很多,每层的端部也简单很多,但效率也会低很多,这是要注意的。
  四向穿梭车的最大特点是每台车都可以抵达仓库每一个货位,因此,从理论上讲,如果没有出入库能力要求的话,一个仓库布置1台小车即可以完成整个仓库的出入库作业。这对于出入库频率较低的系统,具有很大优势。
  作为一个系统而言,四向穿梭车需要与货架(轨道)、提升机、输送系统、通讯系统、充电系统组成一个完整的系统才能工作,当然,有关管理、监控、调度和控制的软件系统也是必不可少的。
2.2 共性技术特点
  在四向穿梭车机器人形式上,无论是托盘式或料箱式,其技术都有一些共性的特点,如:货架、轨道、定位、通讯、供电、维修等。
1)货架与轨道 
  穿梭车系统相对于传统的立体存储系统而言,货架是其最大的变化。小车经过的所有路径均需要铺设轨道,转折路口还要有特制的转接板,以及每辆小车均需要有充电点,这是四向穿梭车的特点,也是使得成本增加的主要原因。相对来说,穿梭车系统对于货架的加工精度及安装精度都比传统货架要高,这样又会增加加工和安装的成本,目前国内能够生产穿梭车货架的企业不是很多。尤其对于料箱式穿梭车货架,要求更加严格。
2)定位 
  穿梭车的定位一般采用条形码和光电开关定位。定位精度要求达到3mm以内。比AGV简单的是,穿梭车在固定轨道上运行,不需要导航系统。
3)通讯
  如何在密集的货架中实现通讯,是需要经验和技巧的。选用什么样的天线和通讯技术,对项目的稳定性非常重要。
4)供电
  一般采用电容+锂电池方式,电容要保证一次充电能够完成一次最远的作业,这对于车的配置而言,会有比较大的差异。路径越长,需要的电容器越大。电池只能作为辅助供电,避免小车在中途停电或电压过低而无法工作。
5)控制
  欧洲的穿梭小车控制采用PLC居多,但这样成本较高。在日本,采用专用的集成电路板进行控制,可以大大降低产品的成本。国内的设备也有两种选择。
6)调度系统
  对四向穿梭车而言,一个作业区域往往会有多台车同时作业,如何提升系统的总体效率,需要对小车进行作业调度。调度的内容包括:车况识别,车的选用,路线规划等。车越多,调度越重要,难度也越大。
7)维修
  相对而言,由于托盘式穿梭车尺寸较大,巷道较宽,层高也较高,因此,理论上人员可以进入货架内部进行操作。而料箱式穿梭车则不然,因此,一方面,要尽量避免进入货架中,另一方面,则在设计中要考虑进入货架内部的可能,这是其重要差别。
2.3 非共性技术特点
1)托盘式四向穿梭车
  ①移载
  对于托盘式穿梭车而言,运输的货物单元是托盘,重量一般会达到500~1000kg,因此,小车的移载装置既不能采用货叉,也不能采用链条等方式,而是直接通过驶入货架,将托盘放置在货架轨道上,这是托盘穿梭车的特点。这一做法可以很容易实现密集存储,但会使作业效率下降,货架成本增加。
  ②提升机
  提升机负责货物托盘的入出库作业,是四向穿梭车系统的关键辅助设备。托盘式的提升机,既可以提升托盘,也可以提升穿梭车,且两者可以共用。
  ③速度和加速度  
  空载穿梭车速度可以达到4m/s以上,有载一般为3m/s,加速度一般为0.5m/s2。但对于不同的要求,也可以有所变化。
2)料箱式四向穿梭车
  ①移载
  相对而言,料箱式穿梭车就要灵活得多。这主要是单元变小变轻以后,可以有多种方式进行移载。最简单的方式是采用货叉。为了提升存储密度,可以采用双深度的货叉,有时为了适应不同宽度的纸箱,货叉还可以改变宽度。货叉是穿梭车最重要的部件。欧洲的专业公司开发的货叉,其售价有时高达10万元以上。
  ②提升机
  有两种典型的结构,带车提升机和不带车提升机。带车提升机主要用于穿梭车的换层,有时为了简化系统,也可以采用每次都带车作业,但作业效率会下降。不带车提升机会有较大的提升能力,有时还可以采用双工位的提升机,每小时的提升能力超过200次甚至更高。
  ③速度和加速度
  为了提高作业效率,小车的速度会高达5m/s,因为采用夹抱装置,小车的加速度则可达到2m/s2,这样大大提升了小车的作业效率。对提升机来说,提升速度一般也会达到4m/s以上,以匹配整个系统的效率。
三、应用领域探索
3.1 托盘式
  托盘式四向穿梭车的主要应用在密集存储方面,尤其是冷链物流系统。在冷链系统,尤其是-18℃及以下的冷链系统,采用四向穿梭车进行储存,可以大幅度提升空间利用率,并可以大大改善作业区的环境,是作业人员工作更加舒适。
  密集存储的技术有很多种,对AS/RS系统来说,采用双深货位是一种非常有效且实用的做法,对于穿梭板和子母车来说,密集存储的效率也很高,其与四向穿梭车类似,但四向穿梭车更加灵活、柔性,适应性强,这是其主要特点。
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