穿梭车行走与定位系统的结构设计与精确定位

摘要:本研究针对穿梭车行走与定位系统的结构设计与精确定位进行了深入探讨。首先，本文介绍了穿梭车行走与定位系统的研究背景及其在现代物流系统中的重要性。接着，详细阐述了行走结构设计、存取结构设计、传感器模块设计以及控制系统设计等关键技术。在结构设计中，优化了穿梭车的行走结构和传感器检测结构。最后，本文总结了研究成果，并指出了未来研究方向。 

关键词：穿梭车；行走与定位系统；编码器定位

1 绪论

在现代物流与自动化仓储系统中，立体仓库正逐渐向高动态应用的方向发展，对仓库存储量的要求越来越高，拣选、输送以及出入库频率等要求也越来越高，对穿梭车在复杂多变的仓储环境中实现快速、准确、稳定的定位提出了更高的要求。《穿梭车行走与定位系统的结构设计与精确定位》这一研究课题，通过对穿梭车行走与定位系统的优化，提升穿梭车的工作效率和准确性。基于目前国内穿梭车的发展现状，我们主要对货架穿梭车的以下指标进行了研究

1）更快的速度

（1）穿梭车的高效运行速度对仓储系统的物流效确实有显著影响。提高穿梭车的速度需要综合考虑诸多因素，包括技术提升、性能改进和系统优化。例如在操控性能、动力系统或者结构设计方面的优化。当穿梭车追求更快的运行速度时，对其行走系统的结构与材料、动态平衡、刚性与稳定性方面也提出了更高的要求；因此，速度的提升对穿梭车各个来说是个重大挑战 [1]。

2）更精准的定位方式

（1）编码器配备单个装载位置的定位检测孔。目前，编码器定位已成为穿梭车的主要定位方法，但仍存在一些缺点。由于电机启动加速以及移动轮与导轨面之间的摩擦力可能发生变化，穿梭车将无法准确到达指定位置。如果车轮出现打滑或者数孔计数错误，则穿梭车就超出或未到达目标位置的情况。

（2）条码定位检测。目前要求其定位精度为±2。这种形式的技术有着一些缺点：可以便利地将整条条码贴在导轨一侧，在货架上实现商品精确定位。使用条码需要更高的安装要求，并且不能轻易撕开或剪断长距离。因此，在层数多、通道长的多层穿梭式货架中，存在一定的困难，后期维护困难。

（3）激光测距方式。利用激光反光板安装到各车道货架的中心孔内，以实现测量。尽管这种设计有诸多优点，例如易于使用，却也存在一些缺点。当同一通道不同层级之间激光反光板出现相对位置时, 就可能产生安装测量误差问题[1]。在实际应用中还需要考虑到穿梭车即使在相同巷道内也会出现测距定位偏差, 这会导致穿梭车无法正常取放货物 。

（4）RFID识别定位。RFID（即无线射频识别）技术在穿梭车定位中的应用[2]，尽管带来了自动化与非接触式识别的优势，但也存在一些局限性与缺点；包括：定位精度：RFID系统通常不如激光、条码定位，需要高精度的环境中可能不达标。

目前市场上穿梭车定位方案有多种， 但都或多或少都存在缺陷。笔者通过对以上不同定位方案技术特点、运用的广泛程度以及成本等，认为编码器定位方式是目前成本最低，使用最广泛的定位方式，并可以通过优化其结构与，弥补目前编码器定位穿梭车精度的不足之处。

2 穿梭车编码器定位方式的基本结构

2.1 行走结构设计

穿梭车主要依靠行走轮和轨道之 间的滑动摩擦来驱动行走，这就导致 有很多因素会影响到穿梭车的行走定位效果[3]。

穿梭车运行过程中，行走电机通过同步带机构将动力传递给车体前的车轮轴。车轮轴旋转带动两侧的车轮，从而实现穿梭车在立体仓库巷道间的轨道上移动。仓库轨道和车轮进行配合设计，使车轮紧贴轨道，保证穿梭车在运行过程中不会上产生较大的振动，可以平稳运行。穿梭车在左右方向上有限位结构，使穿梭车在运行过程中始终保持在轨道中间，不会发生路径偏移。

2.2 存取结构设计

目前，穿梭车的存取方式主要采用旋转勾取机构、旋转勾取机构主要部件构成包括存取电机、存取杆、同步带机构、链传动机构、承重导轨、轴承等。

货叉通常设计为左右对称安装，每组货叉两端各布置有一个拨杆组件，拨杆由直流电动机驱动可以在垂直初始位置和下 方水平存取位置之间旋转，从而完成对货箱的推出或勾 取动作[4]。

2.3 编码器与传感器模块

穿梭车上的定位装置主要为编码器定位加光电，编码器通过连接在从动轮上，其输出信号通过接口传递给控制系统。控制系统根据编码器信号实时调整电机的驱动电流，实现对穿梭车的位置的进行定位处理，同时辅以光电进行检测定位。

3 改进方案

根据上述描述，穿梭车编码器定位方式，因电机启动加速度太大导致行走轮与导轨面摩力变化打滑，穿梭车将无法准确到达指定位置且精度在±10mm。结合这两种缺点， 文中提出一种新的改进导向方案；结构如图3.1所示、图3.2所示。

1—从动轮；2—编码器结构；3—左弹簧结构；4—右弹簧结构；

图3.1 穿梭车改进行走方案示意图

1—粗定位光电；2—精定位光电；3—粗定位孔；4—精定位孔；

图3.2 穿梭车改进双传感器定位方案示意图

该改方案在穿梭车从动轮增加弹簧结构，弹簧为车子悬架系统，左弹簧结构与右弹簧结构两种弹力不一样。这样对轮面材质要求较低。可以防止高速运行时轮面脱离导轨面，可以有效避免轮子打滑现象；同时增加多重光电进行定位，小车在高速运行的时候采用粗定位，同时精定位进行复核，在到达目的地的时候采用精定位，使小车能够满足定位要求，达到±2mm的精度。

4 结论

在本次优化设计中，针对编码器定位的穿梭车两种主要运行的缺点， 提出了一种新的改进方案，新的优化方案提高了编码器定位的行走精度， 提高了穿梭车的运行稳定性和作业效率；完善小车的实际运用，也是以后设计改进的方向。

参考文献

[1]姚民 庄葛巍 张晓颖 张洪红，“高速穿梭车定位技术的研究”[J].物流技术与应用2016.（9）：126-130.

[2]曹锋,左剑萍,刘立果.一种应用于穿梭车行走的RFID识别定位方法及系统[P].B65G1/04(2006.01):CN105600250A,2015-12-22

[3]韦科举，王子帅，张磊，刘桂娟，“一种多层穿梭车定位补偿算法”[J].物流技术与应用2023.（08）：137-139.

[4]张延武.“穿梭车存取准确度影响因素研究” [J].起重运输机械2023 (002)：47-51.