储运系统中立体仓库及AGV小车的研究

康殿友

摘 要：随着我国实体经济的增速发展，物流中的储运系统也在不断发展。美国于1959年开发了世界上第一个自动化立体仓库，并在1963年率先使用计算机进行自动化立体仓库的控制管理，立体仓库和在储运过程中运用的AGV小车已经越来越普遍地出现在物流储运过程中。介绍了立体仓库和AGV小车的运用，以期为进一步提高物流储运效率作出贡献。

关键词：立体仓库；AGV小车；路径研究；堆垛机

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.098

1 物料储运系统中立体仓库的研究

立体仓库是“货架自动化立体仓库”的简称，一般采用几层至几十层高的货架储存单元货物，是通过存储自动化和精准定位，并采用相应的搬运设备进行货物出、入库作业的仓库。考虑到重力承载作用和框架材料的特点，立体仓库一般不超过40 m高，高6～24 m的较为常见。因此，人工难以对货架进行出、入货操作，必须依靠机械作业，而堆垛机是最为常见的操作机械之一。

随着立体仓库的广泛应用，其类型和形式区域多样性。为了满足快速、准确、高效的需求，堆垛机的原有直线轨道已经无法满足这些需求，异形轨道逐渐被运用在实际的立体仓储中。以往的定位主要采用激光测距定位，但对于异形轨道而言，运用激光定位的劣势非常明显。而条码定位系统能很好地解决立体仓储的相关问题，基于条形码的定位系统能够在入货中记录货品准确信息，包括位置、类型、质量和物理化学特点等，并通过中央计算机的处理器精准地找到物品，从而大大提高定位速度，最终实现提高出、入库的优化调度储运效率。条形码定位系统在立体仓库中的优势明显，正在逐渐取代激光测距认址系统。

2 AGV小车的运用研究

2.1 AGV小车简介

AGV小车（Automated Guided Vehicle，简称AGV），是指以可充电的蓄电池为动力来源、装备有电磁或光学等自动导引装置、能沿规定导引路径行驶和在立体仓库应用中不需驾驶员的搬运车，具有安全保护和各种移载功能，可通过电脑控制或设计固定的AGV小车行进线路。电磁轨道固定在地板上，AGV小车可按照电脑指令在电磁轨道上移动。立体仓库中运用AGV小车具有多种优势。AGV小车由高自动化的计算机控制，当仓库需要出、入库时，会由人向计算机终端输入指示，计算机终端通过运算将指令发送到AGV，并执行物品的出、入库指令。AGV小车除具有高自动化出、入库的特点外，还可以完成自动充电，且具有美观、大方和占地面积小等特点。

2.2 AGV小车路径规划研究

路径规划是自动化设备导航技术的重要组成部分，它按照设备使用目的和性能指标规划接近最优的无障碍路径。AGV小车运动规划的定义为：AGV小车路径规划是一个系统，它由一系列轨道部件互相连接而成，在可以活动的各个方向设定了一定范围的活动空间，这一系统可在平面或立体的工作空间中，在不破坏自身运动约束的情况下按照指令运动，在工作空间中由一系列几何参数克服己知的障碍。路径规划是指对给定的一个初始位形和目标位形，要求求解一个机器人系统的连续动作，使之无碰撞地从初始位置运动到目的地。

AGV小车路径规划方法可通过图片搜索、空间设定、栅格解耦和引斥力设定等实现，而智能路径规划方法是基于遗传算法、栅格解耦和引斥力设定的路径规划的总体体现神经网络的路径规划方法。下面介绍AGV小车路径规划的几种算法。

目前，研究开展面较大的路径规划方法是“遗传算法”，它的设计灵感来自达尔文的生物进化理论。遗传算法是一种随机算法，具有一定的方向性，可用于解决控制和函数的优化等方面问题，它使用的随机选择只是在有方向的搜索过程中的一种工具，其效率是众多算法中最高的。

栅格解耦（栅格法）AGV小车路径规划。栅格法是20世纪70年代提出的，为了避免复杂的计算，其在处理障碍物边界时采用了栅格表示位置标记。栅格越多，标记越密集，障碍物的表示则越精确。其缺点是标记物众多，会占用大量的存储空间，因此，栅格精准度与密度的关系是栅格法的重点问题。AGV小车的路径信息被离散化后，这些单个运动会被设定在每个栅格中，每个栅格中的设定信息规定了机器人在这个栅格上的一切动作，从而可实现机器人的路径规划。

神经网络的路径规划法通过并列连接网络结构，能实现无碰撞路径规划，同时，为了尽量缩短初始点至目的地的距离，会通过网络结构对路径每个点进行规划。如果在理论最短距离轨迹中有障碍物，则使用连续模型表示，仍能达到无碰撞路径规划，且单个路径点运动的计算只需要用到局部信息。该方法适用于并列计算。

AGV小车通常是轮式移动，由于存在控制问题，无法完整地实现运动约束。为了解决该问题，有人提出了一种利用导向静电场和方向误差引力场进行控制的方法，即通过将目标物受到的引力与障碍物的排斥力结合，导向静电场形成的场作用力控制AGV的运动方向，同时，通过误差引力场控制AGV小车的方向，确定了运动方向后，通过2种力的相互作用，可实现在立体仓储中任意点的AGV小车控制。

参考文献

[1]戴德明.立体仓储的发展方向研究[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]良曙.自动化仓储设备应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

〔编辑：张思楠〕

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