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A叉车在仓储行业的应用
摘 要：近年来,随着智能化设备大量应用于仓储运输行业,A+叉车已经在轮胎、烟草、汽车零部件等行业广泛应用,本文主要介绍A叉车主要的执行机构、体系构成、软、硬件系统、车载系统等.
关键词：A叉车；A产品分类；A硬件系统；A软件系统；车载控制系统
一、引言
A是自动导航运输车（Automatic Guided Vehicle）的英文缩写.根据美国物流协会定义,A是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,同时还具有自动编程,安全保护和各种移载功能的运输设备,A是现代物流系统的关键设备之一.
自动引导车系统（AS-Automatic Guided VehicleSystem）是由多台A组成,集机电控制,计算机网络及无线通讯等技术于一体的集成化智能运输系统.AS可用于各行各业自动化生产、储运、办公、服务等系统中执行室内物料运输任务,其中汽车生产、机械制造及电子工业方面的应用占较大比例,其它较多的应用部门分别为造纸、化工、视频、纺织等行业.
在汽车制造业中,AS常用于装配生产线,以增加传输的柔性,如发动机或底盘的装配线、车身机器人焊接线等.
在机械加工或综合作业的柔性制造系统中,A系统在先进的仓储系统以及自动化工厂中的应用是很典型的.A系统也是当前国内外研究开发的高技术领域——计算机集成制造系统不可缺少的物流智能化设备.
A单机控制系统的核心技术不仅决定着系统的柔性,同时也影响着系统运行的各个方面性能.随着科学技术的不断发展,多种导引方式已应用到A中.
A按照导引方式有无导引路径分为固定路径导引和自由路径导引两类.固定路径导引是指在A的运行路径上设置导引用的信息媒介物,通过车体上的传感器检测出其信号从而得到导引的一种方式,如光学导引、电磁导引、磁带导引等.自由路径导引方式是指在A的控制器上存储着区域位置的尺寸坐标,通过识别车体当前方位,自主的决定行驶路径的一种导引方式,主要有惯性导引、激光导引、视觉导引等.
二、A车型分类
包括：负载式、轻载多向移动式、嵌入式、叉车式、牵引式、带特定工装/夹具
三、A体系构成
1.呼叫终端-呼叫处理-下发指令
2.监控终端-路径规划交通管理任务指派-对接上下层3.车载终端-执行与反馈
四、A导航的分类及导航技术
1.A导航的分类
激光导航、自然导航、测距导航、磁钉导航、电磁导航、磁带导航、多类型导航
2.A导航技术
目前,最常用的A导航模式如下：
激光导航：该车辆通过测量角度以及距离人工地标（反射器）的距离来进行导航.
见下图：
磁钉导航：该车辆通过检测地面上的磁铁进行导航.
一般用于托盘-货架、走廊与背驮式自动导引车.
见下图：
磁带导航：该车辆利用地面上的磁带进行导航,距离标志牌用于沿着磁带更新距离.一般用于托盘-货架、走廊与背驮式自动导引车.
自然导航：通过激光扫描周围的环境,与计算机系统中存储的环境地图进行匹配,从而确定车体的当前位置.
惯性导航：采用陀螺仪检测车辆的方位角以及离参考点的距离来确定当前位置,通过与给定路线的比较来控制A的行驶方向.常常会结合磁钉、激光导航.
综合不同导航方法,在任何时间或地点改变导航方向一般应用于反射器视野有限的环境
如：托盘-货架卷纸仓库等
见下图：
A硬件系统
针对经常出现振动、粉尘、潮湿和温度变化的恶劣环境而设的硬件系统
包括：驱动器、车载控制器、显示器、编码器、光电传感器、导航传感器等.
见下图：
A软件系统
用途：管理A系统中的实际运输
包括：主机、车龄系统控制器、交通流量控制器、流量管理、车队管理、维修工具、车辆维护、车辆诊断、导航、负载处理、驱动控制、操作界面、设计管理平台、布局、应用等.五、我国A叉车的应用及技术现状
在我国,A产品大量用于汽车零部件行业以及港口集装箱的堆垛,要实现在仓库中的取货或堆垛功能,就要把A的自动导航功能与传统叉车的起升、堆垛、前倾卸载等功能结合起来,这就是我们常说的A叉车.
A叉车基本上都是自由路径导引A,自由路径导引中以激光导引式A叉车为主.国内许多叉车企业也在研发A叉车,如上海汇聚科技有限公司,在常用A的基础上,开发出了A前移式叉车,以麦克纳姆轮为驱动轮的A叉车,大型的高铁车厢组装用A平台车等产品.
国内叉车企业对A技术还处在摸索的过程中,产品技术不是很成熟,对于想在短时间内,掌握这项技术还存在很大的难度,因此国内的部分叉车企业选择了与国际领先企业技术合作,建立战略同盟关系,例如国际上知名的Kollmorgen(科尔摩根)公司,把核心的A技术与传统的叉车结合起来,实现智能化仓库的储运功能,提高了仓库的储存效率,降低了人工成本.
但国内企业生产的A叉车由于缺少自主核心技术,要广泛用于智能化工厂,还有很长的路要走.
A重要的核心技术体现在以下四个方面：
1.A管理监控调度系统是A系统重要核心技术之一,应开发基于100台以上A的管理调度系统开发工作,开展人机交互技术、远程监控技术、远程故障诊断技术的专项研究,提高我国自主知识产权的软件开发水平,以适应国内近年来A的市场需求.
A调度控制系统是一个复杂的软、硬件系统,目前国内外中高端的A系统均有A调度控制系统.系统硬件一般由服务器、管理监控计算机、网络通信系统以及相关接口等组成；软件由相关的数据库管理系统、管理监控调度软件等组成.
2.A车载控制器是A控制系统（核心算法）的核心,研制基于嵌入式计算机系统的专用A车载控制器,取代以采用工控机或通用PLC作为主控单元的A车载控制器是未来的技术发展趋势,也是今后研发工作的重点.
3.供电技术：A的供电技术除了传统的供电电池外,以“物理线性放电”、充电效率高、使用寿命长为特点的超级电容在A上的应用开始发力.同时,无线供电技术得到发展,在国内虽然仍然处在实验室和使用阶段,但是,在国外已经得到应用且以德国企业为主.
4.A小车的核心部件,例如：电机、传感器等核心零部件多数采用国外进口产品,核心关键技术受制于人,也制约了国内A行业的发展.
六、A叉车的基本状况
目前国内外比较流行的A叉车的生产方式分为两种,一种是A叉车完全自制,另一种为普通叉车改造.
1.执行元件自制
执行元件自制就是A叉车的主体结构部分包括车架、门架和工作装置等都是由A叉车生产企业根据A叉车的需要设计,需要机械工程师的配合,形成一体方案,对于自制A叉车车体即执行机构,由于国内A厂家的发展时间不长、国内高精机加配套不佳,导致A叉车在运行速度、精准度较差,在软件控制系统上的要求更高.欧洲A叉车执行元件基本上都采用自制,可以根据自己的技术、配重、客户的物料、工况做最佳的匹配.
2.执行元件由普通叉车改造
国内部分A叉车生产企业执行元件采用普通叉车,随着国内大型叉车企业与国际知名配套企业的合作,选用高精度的传感器和控制系统,实现了A的运行精度高,可靠性良好的效果.
七、A叉车车载控制系统
A车载控制系统主要完成A的导引、驱动转向控制、执行机构操作和安全防护等工作,因此车载控制系统的主要功能模块分为：A的定位模块、安全模块、通讯模块以及A的动作模块.
1.定位模块
通过反光胶贴定位,激光导航系统360°高精度地扫描周围环境轮廓信息（距离、角度及反光率）和反射胶贴位置数据.通过反射胶贴的测量数据自动计算出车辆的位置.见下图.
2.安全模块
安全装置是A最重要的组成部分之一.现代化的生产环境中,人与各种机械设施处于同一环境中,A作为一种运动中的动作功能机械,其安全保障功能尤为重要.安全装置可以防止设备在运行中出错,除了保护A自身安全、维护A功能的顺利完成外,还在最大可能的范围内保护和运行环境设施的安全.
安全防护：障碍物接近检测装置和接触检测装置
①接触检测装置：采用机械防撞围栏或者安全防撞触边.见右图.
②障碍物接近检测装置：采用激光扫描,扫射距离4m,扫描范围27 0°的平面区域,最小检测物体：直径30mm,40mm,50mm可以进行设置.见下页图.
3.通讯模块
通讯模块是A和上位控制机交换信息和命令的桥梁.由于无线通讯具有不受障碍物阻挡的特点,一般采用上位机和A之间采用无线通讯.目前A中用的无线通讯主要有无线局域网和无线数传模块两种方式.但是由于无线数传模块不支持全双工模式,且输入和输出切换等待时间较长,模块的传输速率低,因此通常的A与上位机的通讯采用无线局域网的模式.
无线局域网由无线网和无线路由器组成,简单地说,WLAN就是指不需要网线就可以通过无线方式发送和接收数据的局域网,只通过安装无线路由器,在A车载机上安装无线网卡就可以实现车载机与上位机之间的无线连接.无线局域网具有支持全双工模式、安装便捷、组网灵活、传输速率高、易于扩展和高移动性的优点,因此通常的适用于A的通讯模块.
4.动作模块
A的动作模块包括驱动转向以及物料的移载.驱动系统是A车载控制系统中一个关键的子系统.它直接决定了A的运动性能.通常A的驱动转向有中间轮驱动差速转向、前轮驱动转向和前后轮驱动转向这三种方法.
驱动转向系统主要由驱动控制单元、电机、减速器和车轮组成.驱动转向系统按照有无反馈环节可分为开环控制和闭环控制两类.由于开环驱动系统没有反馈检查环节,所有精度低,通常都采用闭环驱动系统.
5.工作装置检查模块
对于A叉车,由于工作方式与其他的载货类的A车辆的不同,A叉车的工作是通过货叉装卸货物的,因此A在货物堆放点,准确安全的叉举货物的环节是至关重要的.由于A叉车货叉未能够精准的叉装到货物托盘将货物顶翻,或者是货叉未叉装到货叉根部,在货物起升过程中,货物就会倾翻,造成重大安全生产事故,因此工作装置的检查模块对于A叉车是至关重要的.
工作装置检查模块可以简单地分为几个装置：货叉前端的插孔检测、叉齿末端货物到位检测、货物防护检测和起升高度检测（旋转编码器）等.
（1）叉齿前端的插孔检测
（2）叉齿末端货物到位检测
（3）货物防护(小型光电开关传感器：精度40~300mm)：叉齿前端安装上照防护红外和叉齿前端安装下照防护红外,保障货物的完全卸下以及叉齿下面是否有异物.
（4）起升高度检测：旋转编码器
小结
A叉车是机械化、电子化、智能化和信息化的产物,是智能化工厂和仓库的重要组成部分.近年来仓储叉车保持着高速的增长,2016年仓储叉车同比增长在20%左右,仓储叉车保持高增长速度的同时,对仓储叉车智能化的需求也是越来越高,智能物流仓储需要智能化的A车辆来搭建,提高物流效率,提高物流的准确率.
国内部分企业也在积极搭建自身的A车辆体系,满足不同客户的需求,但是依然存在起步晚、没有核心技术和产品性能不稳定等诸多问题.
本文对A叉车的基本构成、软件系统、硬件系统进行了分析,相信随着我国工业产品智能化水平的提高,A叉车一定会突破原有A的功能局限性,更广泛地应用于物流和仓储领域,提高仓储行业运行效率和技术水平.
（作者单位：国家工程机械质量监督检验中心/合肥宝发动力技术有限公司/国家工程机械质量监督检验中心叉车检验研究所 ）
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