新型自动换轨穿梭车的技术亮点

陈海军　杨忠文

摘要：昆船公司研制开发的新型自动换轨穿梭车，能够实现多车辆的复杂路径的行驶，同时可以针对不同的输送要求，灵活配置不同形式的输送装置。该设备已在烟草柔性制丝试验线上得到印证。

关键词：自动换轨、穿梭车

近年来随着物流行业的发展，穿梭车广泛应用于立体仓库和日用百货、医药、烟草以及瓶装和盒装产品等多种行业的生产中，并以其快速、准确的特点而逐步获得广大用户的认可。

目前，穿梭车的主要模式有直行穿梭车和环形穿梭车两种。直行穿梭车(通常为双轨形式)又称往复式穿梭车，它在一段直线轨道上进行往复运动，通过直线路径将物料从一个站点输送到另一个站点，该模式的穿梭车具有系统简单、设备少、占地面积小、输送快捷等优点；缺点是输送能力有限，同时，系统的可靠性在很大程度上取决于单台往复穿梭车的可靠性。环形穿梭车(通常为单轨形式)由往复式穿梭车发展而来，穿梭车轨道在平面内呈闭环布置，穿梭车沿轨道单向运行，该环形轨道可以同时运行多台穿梭车，但过多的穿梭车在一条闭环轨道上运行也将会导致交通堵塞，致使穿梭车使用效率不高，形成穿梭车运力的浪费。

近期，昆明船舶设备集团公司在吸收了上述两种穿梭车模式的优点并结合AGV(自动导引车)运行特点的基础上。自主研发了新型的自动换轨穿梭车(图1)，并已在烟草柔性制丝试验线上得到了印证。

自动换轨穿梭车主要结构

自动换轨穿梭车是一种新型的物料搬运小车。它在计算机和电控系统的控制下，可以在具有直行或转弯行驶的T形(图2)岔道路径上自动完成转换轨分道运动(图3)。在足够的空间条件下，通过将轨道设计成直、弯多重复合的蜘蛛网式道路，能够实现多车辆的复杂路径的行驶；同时可以针对不同的输送要求，灵活配置不同形式的输送装置。

自动换轨穿梭车系统主要由穿梭车本体、轨道系统、供电系统、单机控制系统、车辆调度系统四大部分组成。其中，穿梭车本体的主要结构包括车架、行走驱动装置、输送装置、转向装置、电气装置等五部分；轨道系统由直行轨道、转弯轨道、岔道等组成(图4)；供电系统采用无接触能量传输或传统电刷供电模式；单机控制系统包括行走电机控制单元、行走方向控制单元、物料输送控制单元、车辆安全控制单元；车辆调度系统主要负责车辆的调度及交通管制。

自动换轨穿梭车工作原理

自动换轨穿梭车系统工作方式为：由上位控制系统下发任务给穿梭车调度系统，由穿梭车调度系统通过无线通讯将任务分解给各台穿梭车去执行，各穿梭车按指令要求执行完任务后返回信息，由穿梭车调度系统将相关信息反馈回上位控制系统。其工作原理如图5所示。

根据系统的工作方式，总结出自动换轨穿梭车在工作中的要点：

1任务分配：上位控制系统将任务下达给穿梭车调度系统，调度系统根据最佳路径、各车辆位置情况等按任务优先级的原则将任务下达给各单台穿梭车。

2安全规划：图形监控面通过穿梭车返回信息可实时模拟显示相邻小车的距离，如在危险距离内则下发指令让相关穿梭车避让；穿梭车本身也可检测与相邻车辆的间距，如过近则进行避让。

3穿梭车直行、转弯：穿梭车直行、转弯由单机电控控制完成。直行时单机电控通过“数字锁”技术保证前后行走轮速度一致，转弯时则对前后行走轮进行差速匹配，保证穿梭车运行稳定。

4通讯传输：穿梭车调度系统通过电缆接收上位控制系统下发的各项任务指令，并反馈相关任务执行情况；穿梭车调度系统通过无线通讯将相关任务信息下发给各穿梭车，穿梭车执行任务时将任务完成情况反馈给穿梭车调度系统。

整个执行流程可总结为：接到上位控制系统的货物输送指令后，由车辆调度系统根据当前车辆的位置和状态，确定执行任务的车辆，给具体的车辆发出执行信号。接到信号的车辆，在电控系统的控制下完成取货或送货任务。

技术创新点

自动换轨穿梭车的主要技术参数如下：直行行走速度160m／min，转弯行走速度40m／min，加速度0.5m／s²，行走定位精度±5mm，最大载重300kg。

自动换轨穿梭车系统的主要创新点如下：

1在系统功能上，自动换轨穿梭车系统实现了其他穿梭车搬运系统的全部功能，包括直行、转弯、分岔行走和搬运。

2在岔道处需要改变行走方向时，由穿梭车根据上位控制指令转向要求，通过自身转向机构实现行走方向的改变，从而实现设备自主换轨转向。与EMS空中输送小车系统采用的换轨装置相比，自动换轨穿梭车的轨道系统不采用扳道机构或换轨机构，而是采取单车独立控制，自主选择路线执行上位系统下发的任务，具有较高的系统效率和高可靠性。

3多车车辆调度系统控制，实现多元化的车辆灵活控制。

4采用无接触能量传输方式传输能量，免维护、无摩擦，不怕灰尘、潮湿，系统具有较高的防爆等级和安全性，同时也可以采用电刷等其他供电方式。供电方式较为灵活。

5行走定位采用条码认址，位置绝对编码，定位可靠精确。

6采用无线通信技术，满足复杂路径多车系统的配置需求。

7穿梭车上的输送装置采用模组设计，设备功能配置灵活。

8自动换轨穿梭车的行走驱动电机通过独特的“数字锁”技术，实现前后行走车轮速度跟随、力矩跟随和速度限幅，从而保证在不同行走状态下的速度匹配。前后行走车轮在直道行走时作速度同步跟踪，弯道行走时作速度差速匹配，保证了穿梭车在不同行走状态下的稳定性。