穿梭车系统设计及其在物流系统中的应用

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穿梭车又称为轨道式自动导引车RGV(Rail Guide vehicle，以下简称RGV)，具有速度快、可靠性高、成本低等特点，在物流系统中有着广泛的应用。根据功能的不同，可分为装配型RGV系统和运输型RGV系统两大类型，主要用于物料输送、车间装配等；根据运动方式的不同，可分为环形轨道式和直线往复式。环形轨道式RGV系统效率高，可多车同时工作，一般采用铝合金轨道，同时成本也比较高；而直线往复式一般在一个RGV系统中有一台RGV做往复式运动，通常采用钢轨作为轨道，成本较低，效率比环形RGV系统低。

下面以直线往复式RGV系统为例，对RGV系统的设计进行分析。

穿梭车的特点

RGV是伴随着自动化物流系统和自动化仓库而产生的设备。RGV系统既可作为立体仓库的周边设备，也可作为独立系统。穿梭车可以十分方便地与其他物流系统实现自动连接，如出／入库站台、各种缓冲站、输送机、升降机和机器人等，按照计划进行物料的输送。另外，穿梭车无需人员操作，运行速度快。因而显著降低了仓库管理人员的工作量，提高了劳动生产率，同时穿梭车的应用可使物流系统变得非常简捷。

穿梭车的应用

下面以某大型企业自动化立体仓库中的运输型穿梭车为例进行阐述。

穿梭车将库前区的出／入库站台与每一巷道前的输送机相连接，主要实现物料的运输、分发工作。如，出库时，RGV按照上位机下达的命令运行到指定的工位，有出库任务的库前输送机和RGV自身的移载机同时工作，将物料移至RGV上；RGV运行到出／入库站台位置，并将物料移载到出／入库站台上；在出／入库站台上，物料进行分拣，或者叉车将整盘货物移走。入库时，出／入库站台和RGV自身的移载机同时工作，将需要入库的物料移至RGV上；RGV按照上位机下达的命令运行到指定的工位，将物料移载到库前输送机上，再由堆垛机将货物搬运到指定的货位存储。

RGV车体构成及主要技术参数

RGV主要由车架、前后驱动轮、随动轮、前后保险杠、链条输送机、光通讯(也可用无线通讯)、电气元件仓及各罩板等组成。其外形尺寸及结构如图2所示。

RGV的主要技术参数如下：

1、运行速度：5～60m／min

2、额定载荷：2000kg

3、输送单元：1830×1080(长×宽mm)

4、移载速度：10m／min

5、控制方式：手动、单机自动及联机自动方式

6、通讯方式：红外通讯

7、减速电机：SEW电机

8、供电方式：安全滑触线

9、对位精度：±5mm

10、定位：认址片认址

RGV车体电气系统构成

RGV车体电气系统的结构如图3所示。

1、供电系统

RGV供电系统采用滑触线的供电方式。这种方式不同于传统的电缆供电方式。电缆必须通过拖链的保护才能随着设备来回拖动，以避免电缆直接与设备或地面发生磨擦而造成电缆的磨损；拖链的转弯半径过小还易造成电缆的折断，不但缩短了设备的使用寿命，还增加了故障点。而滑触线的供电方式是通过集电器与滑线接触供电，完全避免了电缆供电方式的缺点，并且形式多样、结构紧凑、安装方便。集电器固定在RGV的车体侧面，保证集电器的各电极与滑线良好接触为RGV供电。目前最典型的有排式滑触线和管式滑触线两种方式。

2、控制系统

控制系统是RGV运行成功的关键。RGV的控制要求包括位置控制、速度控制、移载机控制和方向控制等。RGV采用PLC作为控制器，负责处理运动规划、逻辑控制和各种安全保护、与上位机的通讯。运动驱动上选用具有伺服驱动性能的变频器，采用位置、速度、电流的全闭环方式控制。行走方向(×方向)采用光电开关加编码器的双重认址方式，通过计算目标的相对位置方式来实现方向控制和位置控制。操作人员可通过车体后部操作面板上的按钮对RGV进行手动、半自动及自动的操作。

3、自检测系统

为了实现对RGV在各种设备间的作业控制，并保证RGV安全可靠的运行，系统具有多种检测手段能检测各种参数，如对货物的外观检测及称重、对货物的运行位置和方向检测、对设备状态的检测、对设备故障情况的检测等。

RGV通过PLC的I/O点能够对自身的故障进行较完善的诊断，并将出现的故障上报给上位机。不但变频器与电机等的故障能被诊断并上报，系统中大部分开关传感器也能够被诊断，如传感器的编号、位置等。

车体两端分别加装与地面设备的对接传感器，能准确地对RGV和地面设备做出状态检测。当RGV未对准指定的地面设备时，RGV上的移载机是不允许运转的；若RGV将要对准的地面设备出现故障或RGV自身出现某种故障时，RGV都会通过对接传感器判断出故障方，并停止移载机的运行报警并将故障上报给上位机。

另外，在RGV移载机的下方安装的称重模块和移载机四角安装的检测传感器，对货物的尺寸、重量和运行方向等都能做出准确的检测。

通过对这些检测数据的判断、处理为系统规划提供最佳信息，使系统处于理想的工作状态。

4、数据通讯

自动化立体仓库是一个复杂的自动化系统，主要由单机设备的自动控制系统、监控调度系统和计算机管理系统组成。在自动化立体仓库中，为了完成指定的工作任务，各系统之间、各设备之间需要进行大量的信息交换。

RGV是移动的设备，具有运行速度快、距离可变化等特点。为避免线缆的拖动，并能快速稳定地与其他设备和监控计算机进行数据通讯，因此RGV采用了PROFIBUS-DP通讯方式，并在RGV和地面上安装了光通讯设备。光通讯也采用总线通讯方式，一台光通讯和RGV上的PLC相连，一台光通讯和地面设备的PLC相连，使各个设备的控制器PLC组态成主站和从站的关系，通过数据打包的方式各从站与主站进行数据交换。监控计算机也通过总线与主站的PLC相连，通过主站来调度从站RGV。

5、安全保护系统

RGV安全保护系统的特点包括：

(1)完善的保护机制。RGV的行走和移载电机均有热保护及瞬时过流保护措施，保证在任何情况下电机不会损坏。在行走的行程两端均设有速度切除机制及极限停车检测传感器，保证设备不与机械保护限位相撞。

(2)完善的货物安全检测如重复上货、下货检测，空车检测，载货检测，货超界检测，带货取货检测等。

(3)完善的设备安全保护措施。如水平运动、移载的连锁保护等。

另外，在轨道的两端还装有保护撞头，RGV车体的前、后装有防碰保险杠，车体四周安装急停按钮。当出现异常情况时，RGV会立即做出报警提示。

在该大型企业的自动化立体仓库中，运输型穿梭车代替了输送机系统，改变了库体的整体布局，使整个立体仓库系统更具有柔性。