儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中立體倉(cāng)庫(kù)及AGV小車的研究

康殿友

摘 要：隨著我國(guó)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的增速發(fā)展，物流中的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。美國(guó)于1959年開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并在1963年率先使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的控制管理，立體倉(cāng)庫(kù)和在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中運(yùn)用的AGV小車已經(jīng)越來(lái)越普遍地出現(xiàn)在物流儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中。介紹了立體倉(cāng)庫(kù)和AGV小車的運(yùn)用，以期為進(jìn)一步提高物流儲(chǔ)運(yùn)效率作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：立體倉(cāng)庫(kù)；AGV小車；路徑研究；堆垛機(jī)

中圖分類號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.098

1 物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中立體倉(cāng)庫(kù)的研究

立體倉(cāng)庫(kù)是“貨架自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)”的簡(jiǎn)稱，一般采用幾層至幾十層高的貨架儲(chǔ)存單元貨物，是通過(guò)存儲(chǔ)自動(dòng)化和精準(zhǔn)定位，并采用相應(yīng)的搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行貨物出、入庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)?？紤]到重力承載作用和框架材料的特點(diǎn)，立體倉(cāng)庫(kù)一般不超過(guò)40 m高，高6～24 m的較為常見(jiàn)。因此，人工難以對(duì)貨架進(jìn)行出、入貨操作，必須依靠機(jī)械作業(yè)，而堆垛機(jī)是最為常見(jiàn)的操作機(jī)械之一。

隨著立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用，其類型和形式區(qū)域多樣性。為了滿足快速、準(zhǔn)確、高效的需求，堆垛機(jī)的原有直線軌道已經(jīng)無(wú)法滿足這些需求，異形軌道逐漸被運(yùn)用在實(shí)際的立體倉(cāng)儲(chǔ)中。以往的定位主要采用激光測(cè)距定位，但對(duì)于異形軌道而言，運(yùn)用激光定位的劣勢(shì)非常明顯。而條碼定位系統(tǒng)能很好地解決立體倉(cāng)儲(chǔ)的相關(guān)問(wèn)題，基于條形碼的定位系統(tǒng)能夠在入貨中記錄貨品準(zhǔn)確信息，包括位置、類型、質(zhì)量和物理化學(xué)特點(diǎn)等，并通過(guò)中央計(jì)算機(jī)的處理器精準(zhǔn)地找到物品，從而大大提高定位速度，最終實(shí)現(xiàn)提高出、入庫(kù)的優(yōu)化調(diào)度儲(chǔ)運(yùn)效率。條形碼定位系統(tǒng)在立體倉(cāng)庫(kù)中的優(yōu)勢(shì)明顯，正在逐漸取代激光測(cè)距認(rèn)址系統(tǒng)。

2 AGV小車的運(yùn)用研究

2.1 AGV小車簡(jiǎn)介

AGV小車（Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV），是指以可充電的蓄電池為動(dòng)力來(lái)源、裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置、能沿規(guī)定導(dǎo)引路徑行駛和在立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運(yùn)車，具有安全保護(hù)和各種移載功能，可通過(guò)電腦控制或設(shè)計(jì)固定的AGV小車行進(jìn)線路。電磁軌道固定在地板上，AGV小車可按照電腦指令在電磁軌道上移動(dòng)。立體倉(cāng)庫(kù)中運(yùn)用AGV小車具有多種優(yōu)勢(shì)。AGV小車由高自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)控制，當(dāng)倉(cāng)庫(kù)需要出、入庫(kù)時(shí)，會(huì)由人向計(jì)算機(jī)終端輸入指示，計(jì)算機(jī)終端通過(guò)運(yùn)算將指令發(fā)送到AGV，并執(zhí)行物品的出、入庫(kù)指令。AGV小車除具有高自動(dòng)化出、入庫(kù)的特點(diǎn)外，還可以完成自動(dòng)充電，且具有美觀、大方和占地面積小等特點(diǎn)。

2.2 AGV小車路徑規(guī)劃研究

路徑規(guī)劃是自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)航技術(shù)的重要組成部分，它按照設(shè)備使用目的和性能指標(biāo)規(guī)劃接近最優(yōu)的無(wú)障礙路徑。AGV小車運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的定義為：AGV小車路徑規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)，它由一系列軌道部件互相連接而成，在可以活動(dòng)的各個(gè)方向設(shè)定了一定范圍的活動(dòng)空間，這一系統(tǒng)可在平面或立體的工作空間中，在不破壞自身運(yùn)動(dòng)約束的情況下按照指令運(yùn)動(dòng)，在工作空間中由一系列幾何參數(shù)克服己知的障礙。路徑規(guī)劃是指對(duì)給定的一個(gè)初始位形和目標(biāo)位形，要求求解一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)作，使之無(wú)碰撞地從初始位置運(yùn)動(dòng)到目的地。

AGV小車路徑規(guī)劃方法可通過(guò)圖片搜索、空間設(shè)定、柵格解耦和引斥力設(shè)定等實(shí)現(xiàn)，而智能路徑規(guī)劃方法是基于遺傳算法、柵格解耦和引斥力設(shè)定的路徑規(guī)劃的總體體現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃方法。下面介紹AGV小車路徑規(guī)劃的幾種算法。

目前，研究開(kāi)展面較大的路徑規(guī)劃方法是“遺傳算法”，它的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自達(dá)爾文的生物進(jìn)化理論。遺傳算法是一種隨機(jī)算法，具有一定的方向性，可用于解決控制和函數(shù)的優(yōu)化等方面問(wèn)題，它使用的隨機(jī)選擇只是在有方向的搜索過(guò)程中的一種工具，其效率是眾多算法中最高的。

柵格解耦（柵格法）AGV小車路徑規(guī)劃。柵格法是20世紀(jì)70年代提出的，為了避免復(fù)雜的計(jì)算，其在處理障礙物邊界時(shí)采用了柵格表示位置標(biāo)記。柵格越多，標(biāo)記越密集，障礙物的表示則越精確。其缺點(diǎn)是標(biāo)記物眾多，會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間，因此，柵格精準(zhǔn)度與密度的關(guān)系是柵格法的重點(diǎn)問(wèn)題。AGV小車的路徑信息被離散化后，這些單個(gè)運(yùn)動(dòng)會(huì)被設(shè)定在每個(gè)柵格中，每個(gè)柵格中的設(shè)定信息規(guī)定了機(jī)器人在這個(gè)柵格上的一切動(dòng)作，從而可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路徑規(guī)劃法通過(guò)并列連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)碰撞路徑規(guī)劃，同時(shí)，為了盡量縮短初始點(diǎn)至目的地的距離，會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)路徑每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。如果在理論最短距離軌跡中有障礙物，則使用連續(xù)模型表示，仍能達(dá)到無(wú)碰撞路徑規(guī)劃，且單個(gè)路徑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算只需要用到局部信息。該方法適用于并列計(jì)算。

AGV小車通常是輪式移動(dòng)，由于存在控制問(wèn)題，無(wú)法完整地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)約束。為了解決該問(wèn)題，有人提出了一種利用導(dǎo)向靜電場(chǎng)和方向誤差引力場(chǎng)進(jìn)行控制的方法，即通過(guò)將目標(biāo)物受到的引力與障礙物的排斥力結(jié)合，導(dǎo)向靜電場(chǎng)形成的場(chǎng)作用力控制AGV的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)，通過(guò)誤差引力場(chǎng)控制AGV小車的方向，確定了運(yùn)動(dòng)方向后，通過(guò)2種力的相互作用，可實(shí)現(xiàn)在立體倉(cāng)儲(chǔ)中任意點(diǎn)的AGV小車控制。

參考文獻(xiàn)

[1]戴德明.立體倉(cāng)儲(chǔ)的發(fā)展方向研究[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]良曙.自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： With the growth of the entity economy in our country， the storage and transportation system of logistics has been the development of. America developed the worlds first automated warehouse management and control in 1959， in 1963 pioneered the use of computers for automated warehouse， warehouse and use in the process of storage and transportation of AGV car has been more and more widely appeared in the logistics process. Introduces the application of stereoscopic warehouse and AGV car， in order to further improve the logistics efficiency contribute.

Key words： warehouse； AGV car； research path； stacker