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无人叉车——智能物流之利器

2020/6/10    来源:e-works    作者:e-works  丁贤芳      
关键字:无人叉车  智能物流  
在中国推进智能制造大背景下,工厂的制造模式、运营模式、管理模式正逐步向自动化、数字化、智能化的方向发展。智能物流已成为制造企业迈向无人化、智能化转型的有效途径之一。

    在中国推进智能制造大背景下,工厂的制造模式、运营模式、管理模式正逐步向自动化、数字化、智能化的方向发展。智能物流已成为制造企业迈向无人化、智能化转型的有效途径之一。

    有关数据统计,在当前现代化制造业中,物料传送占据了大量的生产环节,最高可以达到90%左右。物料传送过程中,结合存储费用,加起来占到物流加工总费用的40%左右。对于物料传送设备,如果自动化水平过低,将不利于经济效益的提升,直接会导致制造生产过程的成本增高。因此,提高制造过程的物流自动化水平,对工厂的整体经济效益提升尤为重要。

    然而,从目前的工厂运营状况来看,一方面物流环节仍然是以人工作业方式为主。伴随着生产过程中插单、换线等出现的概率越来越大,对工厂物流的响应速度,搬运准确性要求提高,而人工作业存在着随意性,在及时性和准确性方面无法达到标准化作业的要求。另一方面,人们对生产和作业环境的要求越来越高,无人叉车在特种环境下如高温、有毒、有害、粉尘、噪音、爆炸、辐射等,作业的劳动力已面临危机。同时,单调、重复的体力劳动也存在劳动力紧缺的难题,这些危机必将日趋严重。

    对此,制造企业必须重视物料搬运、输送自动化设备的研发与引进。通过机器人替代人在特种环境、高劳动强度环境下的直接劳动,提升物料运送的响应时间,提升物流作业的质量和效率,从而提升整体生产作业的效率,降低生产成本

一、无人叉车是一种新型智能物流解决方案

无人叉车

图1 无人叉车

    “无人叉车”又称“叉车AGV”,是一种智能工业车辆机器人,目前为工业自动化物流的主要实现方式,被广泛应用在重复性搬运、搬运工作强度大、工作环境恶劣、环境要求高的领域。无人叉车可以解决一系列的工业及特种环境难题,例如重型物料搬运。通过无人叉车的应用可以解决工业生产过程中物流量大,人工搬运劳动强度高等问题。基于多无人叉车协作的物流优化系统,可以解决搬运过程中被动等待时间过长,搬运效率低下的问题。

    无人叉车作为现代物流自动化和柔性制造的关键设备,是智能物流的应用热点。无人叉车融合了叉车技术和AGV技术,通过加载各种先进导引技术、构图算法、嵌入式车体软件、安全避让技术等,能够实现车辆的自动导引、搬运与堆垛功能,进而实现了叉车的无人化作业。主要特点包括可编程、自动规划、可协调等,满足一系列生产过程中的物流智能操作,是当前柔性化生产的重要组成部分。

    在中国,无人叉车在2000年就已出现。一开始应用在烟草、军工、铸币等行业,无人叉车的价格也十分高昂。而如今,随着传感器的广泛应用,以及导航系统的自主研发,国内的无人驾驶叉车的价格通常在几十万元之内,让更多的客户获得了合理的投资回报率。

    (一)无人叉车的分类与组成

    无人叉车包含托盘叉车式AGV,宽脚堆高式无人叉车,无脚堆高式无人叉车。用于堆栈托盘类货物的物流周转,由液压升降系统、差速驱动系统、PLC控制系统、导引系统、通信系统、警示系统、操作系统和动力电源组成,是集液压升降和PLC控制的可编程无线调度的自动导引小车。

    完整的无人叉车系统可以分为四个大块:车辆本体、柔性的库位信息管理系统、调度平台和无线网络通讯。

    1.调度平台安装在后台服务器上,主要完成无人叉车运行状态监视,远程控制、数据存储、分析、指令下发等功能;

    2.无线通讯网络完成无人叉车和系统之间的通讯;

    3.柔性的库位信息管理系统适用于工厂物流过程中各环节的缓存区管理;

    4.车辆本体为整个智能物流系统中的执行者。

    其中车辆本体具有如下功能:

    1.导航传感器采用测量式激光,可不借助外围的人工标识,实现定位和自主导航;

    2.可方便的进行手自动切换,配置人工驾驶手柄方便人工操作;

    3.机器人具有安全保护装置,包括:行走方向配置激光防护和机械防撞装置,叉齿前端配置机械防撞,并可检测前方障碍物;在显著位置装有急停开关;

    4.车体可选择配置电子标签读写装置,通过电子标签识别物料信息;

    5.高清摄像头能将现场画面实时传送到监控后台;

    6.拥有标准程度的防护等级。

    (二)无人叉车是独立的物流智能单元

    无人叉车系统是符合软件定义硬件的创新方向,其中叉车导引系统、构建地图算法、安全避障系统、自动感知系统等是无人化叉车的技术进化主体,需要实现控制层、数据层、与硬件层的逻辑分层,可以实现相关软件系统的迭代升级和不断进化。

    作为独立的智能单元的无人叉车,应该具有操作系统和计算系统,有软件运算的内存和数据存储空间,其智慧晋级方向是不断升级控制系统软件,优化导航系统,升级调度和运作的算法,通过软件升级不断进化大脑系统。当然,目前的智能叉车不仅仅需要软件进化,更需要硬件的不断进化。无人叉车拥有如下关键技术:

    1.智能导航技术。目前无人叉车导航系统主要有6条技术路线:自然导航、混合导航、磁条导航、磁钉导航、激光导航、二维码导航。依赖于标记物的方案目前较成熟,且搭建的硬件有一定的局限性;自然导航无人叉车,不依赖于外部硬件,灵活性高,场地适应性强,但技术门槛高很多。

无人叉车导航方式

图2 无人叉车导航方式

    2.感知技术。如车载超高频RFID读写技术,与巷道标签、货位标签、货物标签有效识别感知,实现出入库系统自动确认。

    3.与信息系统调度指令的交互技术,最典型的是车载电脑和手持的应用,大大提高物流效率。

    4.各类传感器的应用,如速度、重量、碰撞、温度、油压、电量等传感技术,使得叉车总线控制数据更加丰富,配以系统安全预警,实现设备状态的监控。

    5.将智能化叉车的位置、任务、状态、效率等信息汇集“工业车辆远程平台”,进行大数据处理和输出,实现叉车的远程运维和租赁运营。

    (三)多无人叉车协作的物流优化系统

    多无人叉车组成的协作物料运输系统是实现自动化工厂柔性制造的有效途径。它可以解决传统物流系统衔接不紧凑、成本高的缺点,在降低生产成本、提高效率方面具有巨大的应用价值。

    要实现多无人叉车无故障、高效协调地运行,必须通过一定的建模与优化方法,对其进行建模优化,采用适当的调度策略,将上位机、生产系统、库存管理及物料运输等不同的系统进行协调组合,使得总体生产效率与效益最大化,才能更好地以满足未来激烈的市场竞争。多无人叉车物流调度系统的设计,需要同时考虑调度、路线和工厂(车间)布局等多方面因素。物流调度系统需要满足以下几个要点:

    1.调度计划确定运行终点和起点;

    2.车辆由局部线路选择和避撞功能,并满足全局规划;

    3.车辆有相同的信息处理方式。

    多无人叉车物流系统调度常用解决方法通常有两种,神经网络方法、人工智能方法。实现动态路径规划、无碰撞路径建模、建立调度模型机器人软件主要指车载控制器上的软件,主要负责传感器数据的采集、执行机构的执行、自定位与导航功能,以及基础任务逻辑功能,主要包括数据通信模块、底盘模块、定位模块、导航模块、原子任务模块、安全防护模块、故障诊断模块等。

责任编辑:程玥
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