2.3 穿梭车式密集仓储系统

2.3.1 穿梭车式密集仓储系统的概念与特点

1.密集仓储系统

传统的自动化立体仓库，又称为二维存储系统、AS/RS，自20世纪50年代诞生以来已经广泛应用于物流和生产活动中。自动化立体仓库主要由巷道、存储货架、堆垛机和入出库台等组成，堆垛机能够在巷道中沿x、y两个方向自主地移动、拣选和卸载货物。货物通常储存在单深位货架里，巷道占据了地面空间相当大的一部分。

在密集仓储系统中，单元货物是存储在多深位的货架里，比二维存储系统更加节省空间。图2-17说明了密集存储比传统二维系统更加节省空间。

和二维仓储系统（自动化立体仓库）相比，密集仓储系统主要有以下两个优势。

一是减少了货道占用的空间，而且大大降低了设备移动所需要的空间，从而提高了仓储密度，使得单位面积货物的存储量大大提升。

二是采用的纵深式货架在纵向上能够缩短负载单元间的距离，在横向上能够减少设备行走的距离和时间，而且它还能够通过对x、y、z3个方向的同时运动来降低货物存取时间，从而大大提高仓储效率。

纵深式货架是密集式仓储系统最重要的组成主体，常见的密集式仓储货架主要有穿梭车式货架、驶入式货架、重力式货架、重型移动式货架、压入式货架、多深位立体仓库货架等。考虑到水平、垂直和深度运动的不同，产生了不同的运载系统（如堆垛机、输送机、穿梭车、升降机），也产生了不同的密集仓储系统，如表2-1所示。

2.穿梭车式密集仓储系统

穿梭车（RGV），是物流系统中一种执行往复输送任务的小车，其基本功能是在物流系统中（平面内）通过轨道上的往复运动完成货物单元（主要是托盘和料箱）的输送，如图2-18所示。穿梭车有两向穿梭车、子母穿梭车、四向穿梭车等类型，有别于提升机（垂直输送）、AGV（自动导向、无轨道）以及堆垛机（托盘式AS/RS与箱式Miniload），穿梭车具有较好的灵活性，能够广泛应用于物流配送中心和生产物流系统。

穿梭车式密集仓储系统是基于高密度货架、穿梭车及升降机、输送机等设备，配合仓库管理系统完成货物出入库作业，具有较高空间利用率和存取效率的仓储系统，如图2-19所示。

穿梭车式密集仓储系统是由瑞典EAB公司所发明，是物流装备技术的一次重大创新。穿梭车式密集仓储系统是自动化程度较高的密集仓储形式，作为一种独特的自动化物流系统，主要解决了货物密集存储与快速存取难题，空间利用率可达80%～85%，成为应用广泛的新型物流仓储系统。特别是随着穿梭车电池、通信和网络等关键技术的逐步解决，穿梭车式密集仓储系统将得到进一步广泛应用。

3.穿梭车式密集仓储系统的特点

1）密集存储。采用高密度货架存储货物，取消了叉车或堆垛机作业通道，大大提高了空间利用率。

2）快速存取。可实现多维度、多层、多小车同步运作，大大缩短了作业时间；同时，穿梭车具有高度的灵活性，可实现货到人拣货，提高工作效率。对比发现，基于堆垛机的Miniload自动化系统，每个巷道配置1台堆垛机，作业效率一般为80～150箱/h（进+出）；而穿梭车货架系统，每个巷道每层配置1台穿梭车，单车效率60～120箱/h，受提升机能力影响，每巷道效率可达600～1000箱/h（进+出）。

3）系统柔性。可根据订单任务量大小，灵活增减小车数量，适应性强，特别适用于订单波动性较大的仓储环境；同时，当穿梭车发生故障时，可快速更换故障小车，保证仓库运行不受影响。

2.3.2 穿梭车式密集仓储系统的主要类型

1.按处理货物单元不同进行分类

根据所处理货物单元的不同，可以分为托盘式穿梭车系统和料箱式穿梭车系统两大类，其中，前者是密集存储的有效解决方案，后者则为拆零拣选而生，主要用于“货到人”拣选系统。

（1）托盘式穿梭车系统

主要用于密集存储，其收货系统中主要包括输送机（包括提升机）；储存系统则包括货架、穿梭车、提升机等，有些也采用堆垛机（AS/RS）完成穿梭车的换层；发货系统包括输送机及拣选系统等。有些系统比较简单，如穿梭板可以自行构成系统，有些系统则比较复杂，如采用机器人完成入库码垛和出库拆垛等。

（2）料箱式穿梭车系统

主要用于“货到人”拣选系统，其收货系统包括收货换箱工作站和收货输送系统；储存系统包括货架及轨道、穿梭车（包括多层穿梭车、子母车、四向穿梭车等）、提升机等；发货系统则包括拣选工作站、包装工作站和输送系统等，根据实际应用不同，有些系统会更简单或复杂一些。对于以料箱存储为对象的穿梭车密集仓储系统，主要是为了满足轻量化、高柔性、高速率的货物拣选需要。

2.按存取方式不同进行分类

按照存取方式不同，托盘式穿梭车系统和料箱式穿梭车系统均可分为3种类型：穿梭板式、子母穿梭车式和四向穿梭车式密集仓储系统。

（1）穿梭板式密集仓储系统

穿梭板式密集仓储系统，也称为两向穿梭车货架系统，由密集仓储货架、穿梭板、叉车（或堆垛机）和入库/出库点组成。叉车（或堆垛机）具备同时在水平和垂直方向移动的能力，将穿梭板送至待取货物所在深货道首端，穿梭板能够移动到深层货架里面来存取货物，此时叉车（或堆垛机）在深货道首端等待，穿梭车完成取货任务后，由叉车（或堆垛机）将货物送至出库点，如图2-20所示。（扩展视频2-5）

（2）子母穿梭车式密集仓储系统

子母穿梭车式密集仓储系统由轨道式密集货架、穿梭车主轨道（垂直于密集货架的存储巷道）、穿梭式母车、穿梭式子车、货物提升机、进/出库站台和货物输送系统等组成。

其突出特点是穿梭车包括穿梭式母车和穿梭式子车两部分，穿梭式母车载着子车在主轨道运行，穿梭式子车在货物存储通道运行进行货物的存取，母车与子车在货物存储通道与主轨道的交叉口进行接驳，子母穿梭车如图2-21所示。子母穿梭车与各层出入库点、缓冲站、穿梭车提升机等立体仓库周边设备配合完成高密度仓储中货物的水平运输，这种设计保证了穿梭车在同层或跨层的四向运作，同时也尽可能地降低调度控制的复杂度，具有行走速度高、定位精度准等特点。（扩展视频2-6）

（3）四向穿梭车式密集仓储系统

四向穿梭车式密集仓储系统，也称可移动立方体结构仓储系统，由轨道式密集货架、穿梭车主轨道（垂直于密集货架的存储巷道）、四向穿梭车、货物提升机、进/出库站台、货物输送系统等部分组成，能够达到一个非常高的存储密度和非常短的响应时间，如图2-22所示。（扩展视频2-7）

和其他类型的密集式仓储系统相比，四向穿梭车式密集仓储系统最大的优点是能够实现在3个维度的独立运动。在每一层，所有的货物都存储在一个可向x方向和z方向移动的穿梭车上，提升机负责在不同层之间沿着y轴方向的移动。提升机的运动独立于穿梭车，而位于不同层次的穿梭车又可以独立移动。只要前面有空间，同一层次的多个穿梭车甚至可以同时移动。

2.3.3 穿梭车式密集仓储系统的构成及参数

典型的穿梭车式密集仓储系统包括硬件和软件两大部分：硬件部分主要包括轨道式密集货架、穿梭车主轨道（垂直于密集货架的存储巷道）、穿梭车（两向穿梭车、四向穿梭车或子母穿梭车）、货物提升机、进/出库站台（I/O point）、货物输送系统等；软件部分包括仓库控制信息系统（WCS）以及仓库管理信息系统（WMS）等。有的穿梭车式密集仓储系统还需要配合堆垛机、叉车进行穿梭车的移动和换层作业，如图2-23和图2-24所示。

1.穿梭车

穿梭车是一种智能机器人，是密集仓储系统的核心装备，可以编程实现取货、运送、放置等任务，并可与上位机或WMS系统进行通信，结合RFID、条码等识别技术，实现自动化识别、存取等功能。

穿梭车具有动态移载的特点，能使物料在不同工位之间的输送布局更加紧凑、简捷，从而提高物料的输送效率。在电控系统控制下，通过编码器、激光测距等认址方式精确定位于各个输入、输出工位，接收物料后进行往复运输，主要应用于自动化物流系统中单元物料高速、高效的平面自动输送，具有高度的自动化和灵活性。

（1）穿梭车基本结构

穿梭车系统主要由机械系统和电气系统组成，机械部分由机架组合、顶升机构、限位轮和行走机构等组成；电气系统主要由PLC、伺服驱动系统、低压电气、传感器、遥控器、按钮信号组合、电池供电系统等组成，如图2-25和图2-26所示。

（2）穿梭车系统模块构成

穿梭车系统一般由行走模块、升降模块、伸叉模块、电源模块、传感器模块、通信模块和控制系统模块等构成。各模块之间的相互关系如图2-27所示。

1）行走模块。

行走定位系统对整车运行及换向转轨起着至关重要的作用。目前，国内外穿梭车常用的定位方式有条码定位检测、激光测距、RFID定位检测、旋转编码器定位等。

行走模块主要为行驶电机及其驱动模块，为穿梭车的前进、后退提供驱动力，完成穿梭车在货架纵横轨道间的直线行走。钢货架系统内托盘单元货物的输送过程由穿梭车完成货物在水平面的纵横双向运输，可实现存储层面的任意货位的到达和存储搬运；包括电机及驱动控制器、减速机构、链及轴传动系、纵向传动总成和横向传动总成，所述部件及总成安装固定在框架体上；直流伺服电机及其驱动模块配合旋转编码器作为行走驱动系统的主要构成硬件和控制体系，并综合利用条码定位检测、激光测距、RFID定位检测等多种定位技术复合，以获取满足实际工况要求的定位精度和要求。需要根据穿梭车的负载特性和动作顺序合理设计传动体系和空间结构，以满足整车的结构、功能要求。

换向机构主要针对四向穿梭车。可采用机械机构或液压系统来实现换向机构的上升与下降动作互锁，并实现四向穿梭车的原地换轨动作，即四向穿梭车上设计有双向垂直行走机构，通过内部换向模块实现行走驱动轮的升降与变换，从而实现变轨变向行驶；电动机驱动液压系统可实现90°原地换轨动作，并利用一套行走驱动动力，实现变轨变向行驶，具有承载能力大、升降动作平稳同步、过载保护、高低位安全限位功能；包括升降液压缸座、升降液压缸、活塞杆及其附属换向机构、液压控制系统等，所述机构与模组通过安装板与换向结构、整车连接，所述液压动力单元、液压缸通过管道连接并固定连接在框架总成上。需要根据托盘四向穿梭车的负载特性和动作顺序合理设计液压系统。

2）升降模块。

穿梭车升降模块通过电动机和传动系统驱动曲柄连杆机构、四杆机构，使承载货台上下移动。托盘或料箱的举升动作常用的顶升机构有剪叉式升降机构、楔形滑块机构、凸轮机构、丝杠螺母机构、电驱动蜗轮蜗杆机构。升降模块动作原理为：当货物在小车正上方时，光电传感器感应后将信号传给可编程控制模块（PLC）并驱动升降电动机正转，抬起货物；小车到达终点后电动机反转，卸货。

电动机驱动液压系统实现顶升动作，具有承载能力大、动作平稳、过载保护、高低位安全限位功能，满足荷载作用下结构的强度、刚度及稳定性；顶升液压控制系统、多个顶升液压缸、电机输出端与液压动力单元连接且固定安装于框架总成上，液压动力单元与多个顶升液压缸通过液压管道进行连接，多个顶升液压缸分别固定设置于车体结构、顶升托架上，液压系统的动作逻辑形成托架的举升动作。需要根据穿梭车的负载特性和动作顺序合理设计整体结构，以适应荷载的承载及穿梭车的运动附加荷载。

3）伸叉模块。

伸叉模块为穿梭车完成货物的存、取动作，完成货物的入库、出库（存货、取货）功能。主要部件构成包括伸叉电动机、货叉板（下叉、中叉、上叉）、动力传输机构、工字型导轨、轴承、拨叉机构等。

主要机械动作是：在接收到上位机管理系统发送过来的出库或入库（取货或存货）指令后，货物所在层的穿梭车会自动运行到货架的指定位置，伸叉电动机驱动货叉向前伸出即可取出或送入货物，当取到货物或送入货物后，货叉向后缩回车体，完成命令。

产生驱动力使货叉伸出或收回有多种实现方式，主要包括齿轮—齿条传动、链轮—链条传动、同步带传动、蜗轮—蜗杆传动等。一般中叉与下叉之间采用齿轮—齿条传动，中叉与上叉之间采用同步带传动，如图2-28所示。

4）电源模块。

电源模块为穿梭车的运行提供恒定的电源，方便穿梭车的快速调运。一般采用自带蓄电池来为穿梭车提供电源。必须测试和选定合适的产品品质和电源管理系统，实时监控电池健康状态，确保托盘四向穿梭车的可靠运行和电源的实时自动充电。

也有的穿梭车系统采用滑触线方式为穿梭车供电，主要通过工业拖链电缆或柔性电缆取电，但这种方式对安装、维修及更换都有一定要求且拆卸相对复杂，需要定期更换，成本相对较高。

5）传感器模块。

传感器模块通过收集穿梭车在行驶过程中的实时变量，传递给控制模块并及时做出相应动作。传感器模块主要是各类传感器的组合，如扫描及校准传感器等，传感器模块通过收集穿梭车在行驶过程中的实时变量与状态参数、搬运装载托盘单元的可控感知信息、位置定位信息与雷达避障感知等，传递给控制模块并及时做出相应动作，也是实现穿梭车状态监控的关键模块。

穿梭车系统需要配置多个传感器，用于识别、定位、测距、防护等功能，主要包括进/出货端激光传感器、前/后托盘识别传感器、前/后定位测距传感器、升降限位传感器、安全防撞传感器、从动轮转角检测传感器等，如图2-29所示。

6）车载通信模块。

穿梭车是移动设备，各模块及各设备之间需要进行大量的信息交换，车载通信系统负责与总控系统之间相关信号的接收与发送。以Wi-Fi技术为系统架构，采用无线通信方式，可通过上位管理控制信息系统无线操控，在各类元器件的协作下完成各项功能的控制与实现。此外，ADS（Automation Device Specification）协议处于网络通信的应用层，为设备之间的通信提供路由，进行数据、信息的交换，实现有穿梭车与区域控制系统之间的无线通信。

7）控制系统模块。

控制系统模块以嵌入式控制系统或PLC为控制核心，负责处理运动规划、逻辑控制、安全保护以及与上位机管理系统的通信，具有完善的作业逻辑控制功能；控制系统匹配得当，能最大程度发挥整车的智能化搬运性能。

（3）技术参数

穿梭车的主要技术参数包括以下内容。

1）适用托盘。

尺寸：托盘包括1200mm×1000mm、1200mm×800mm、1100mm×1100mm等，料箱尺寸根据不同的货物类型选择，一般为宽度200～600mm，深度200～800mm，高度100～400mm。

类型：托盘可分为川字型、田字型，单向叉入型、双向叉入型、四向叉入型；料箱有敞口式、封闭式。

材质：托盘主要有木制、塑料、钢制；料箱一般为塑料材质。

挠度：一般最大允许挠度20mm。

2）最大载重量。

托盘式重型穿梭车最大载重量一般为500～1500kg，料箱式轻型穿梭车载重量一般不超过100kg。

3）行走方式。

一般可分为双轨型、单轨型；直线轨、环形轨，无轨型（AGV），空中轨道悬挂式穿梭车（EMS）。

4）行走参数。

空载速度：60～180m/min。

满载速度：30～60m/min。

行走加速度：0.3～0.5m/s。

行走马达功率：根据载重量及运行速度要求确定。

5）顶升参数。

顶升高度：20～40mm。

顶升时间：1～2s。

顶升马达功率：根据载重量及运行速度要求确定。

6）设备尺寸与重量。

主要包括设备外尺寸、设备自重、托盘托板尺寸、托叉内宽、单托叉宽度等。

7）行走轮。

数量：4个、6个、8个。

材质：塑料、金属。

方向：两向、四向。

8）供电参数。

供电方式：滑触线供电、电池供电。

与电池相关参数包括电池容量、电池重量、充放电次数（电池寿命）、充电时间。

9）定位方式。

行走定位，主要方式包括行走电机编码器与单个定位检测孔、条码定位检测、激光测距方式+定位片、定位检测点+RFID定位方式、上位机调度系统控制定位。图2-30a为穿梭车条码定位方式；图2-30b为激光测距方式+定位片方式。

托盘定位：一般为激光定位。

顶升定位：一般依靠接近开关进行定位。

10）控制方式。

程序控制器：可编程逻辑控制器（PLC）。

遥控方式：红外、射频（RF）。

遥控器：手持。

控制模式：自动、半自动、手动。

速度控制方式：伺服控制，低速恒转矩方式。

11）通信方式。

主要包括无线网、光通信、总线通信等方式。

12）其他参数。

主要包括环境温度要求，运行噪声等参数。

一般标准型穿梭车系统参数，如表2-2所示。

2.穿梭车货架

穿梭车货架用于存放货物，并安装有穿梭车导轨，使穿梭车能够在货架上行驶。穿梭车在托盘下面的导轨上，可以顶着托盘运行，把托盘上的货物存入货位或从货位取出。

穿梭车货架主要由立柱片、支撑横梁、子轨道、母轨道、拉杆、端部支撑件、换向轨道等组装而成。穿梭式导轨是小车行走的主要构件，通过螺栓固定在横梁的连接板上。导轨的侧面在出入库两端设置有减速定位孔，可使穿梭车运行到端头时准确定位及减速，防止小车开出货架，对小车起到保护作用。货架主要结构如图2-31所示。穿梭车与货架的配合如图2-32所示。

3.提升机

提升机主要包括货物提升机与穿梭车提升机两种设备，主要配置在仓库主巷道两端，实现货物和穿梭车的换层作业，如图2-33所示。

提升机主要由提升机主体、伺服电机与齿轮齿条构建的提升机构、载货台和电气控制系统等部分组成，通过操作载货台的升降将货物提升到相应高度（或立体货架指定架层，部分输送段考虑链条输送机及穿梭车轨道兼容），再由穿梭车实现货物的进出库搬运与存储，实现货物的存取作业。

伺服驱动电机安装在提升载货台上，通过电机配置的一体式减速机构带动啮合齿轮同步运动，通过齿轮在齿条上直线运动，实现提升机载货台的升降与精准定位，依靠载货台自身的结构刚度以及齿轮齿条的无间隙啮合刚度，从而实现载货台或穿梭车运动轨道与周边设备或结构的精准对接，实现货物的存取作业或穿梭车的换层作业。

提升机可同时满足货物和穿梭车上下换层输送需求。可与仓库控制软件WCS进行无障碍通信，实现作业流程协同一致；为保证货物转运效率和系统稳定运行，提升机应具有一定的运载能力和运行速率。合理配置穿梭车及提升机可极大提高密集库的仓储空间利用率和出入库效率。尤其适合货品数量大，货物较重，出入库量大，货物体积规格标准的自动化密集库等应用场景。

提升机主要性能指标参数如表2-3所示。

4.称重系统、射频识读设备及外形检测系统

计算机管理监控系统据输入数据生成入库作业单，并向执行设备发出作业指令，对入库货物进行标称重量检测与校核，货物的长、宽、高检测以及托盘信息识读等操作，已完成入库货物的完整系统信息的绑定。

称重系统对货物的标称重量进行检测与校核。货物重量若不符或超标，系统将停止作业，并将货物退回入库口。货物通过标称重量检测后，计算机系统根据标定信息进行绑定。

在货架端口设置射频识读设备，由于托盘货物进出货架通常都要经过货架端口处垂直提升机的链式输送机通道，射频识读设备的天线通常固定安装在链式输送机两侧，尽量不与链式输送机固接，以免链式输送机的振动造成识读错误，影响系统正常运作。

货物外形检测采用框架结构、光电非接触式，系统工作可靠稳定，外表造型美观。对托盘入库物料的长、宽、高进行检测。货物宽度若超长、超宽或超高，超差信息能有效报警，系统将锁定或停止作业，并将货物退回入库口。人工进行整理后，后续入库程序正常流转，保证尺寸合格的物料通过。货物通过外形检测后，计算机系统根据检测得到外形按照一定货位分配原则（如由近及远、均匀分布原则）自动分配货物入库地址。

外形检测装置包括：龙门检测框架，跨设于输送线上；形位检测触发光电开关、端面触发光电开关，沿输送方向依次设于输送机一侧；端面旋转光电开关，设于龙门检测框架一侧，其反光装置设于龙门检测框架内的左右侧及顶部；左、右侧光电开关，设在龙门检测框架前侧上部的两侧，其反光装置设在对应左、右侧光电开关的下方、输送机左右侧；高度检测光电开关，固定在龙门检测框架后侧中上部一侧，其反光装置设在龙门检测框架后侧中上部相对的另一侧。

5.输送线、地面AGV及其他配置设备

输送机控制系统通过输送机上的位置光电传感器判断托盘的状态，自动控制输送机实现托盘的进出、到位和停止。主要有链式输送机和辊式输送机等，需要根据客户的工艺流程和设备布局进行灵活配置，既要考虑系统的布局与操作流程，又要考虑各配置设备的吞吐能力、搬运效率等设备能力的匹配和平衡，以充分发挥系统的运行效率和运行质量。

地面AGV可以实现地面多工位之间的托盘单元货物的调拨与货物进入钢货架区域上料台的进库上架动作，或叉车与输送线配置的进入库模式等多种进入库操作。

其他还要考虑系统的输入输出设备、信息交互与控制等设备的匹配，包含LED显示服务器、无线基站AP、交换机、手持终端等。

2.3.4 穿梭车式密集仓储系统的管理与维护

1.穿梭车式密集仓储系统的作业管理

（1）两向穿梭车货架系统的基本作业模式

先入先出货架模式（FIFO模式）。穿梭式货架从一端存托盘，另一端取托盘，可以实现先存入的托盘先取出，实现按照时间顺序出库的原则；存入托盘定义为A端（图片左侧），取出为B端（图片右侧），如图2-34a所示。

后入先出货架模式（LIFO模式）。穿梭式货架仅从一端存托盘，另一端不操作，可以实现后存入的托盘先取出，对出入库顺序没有时间要求的仓库可以这样存放；托盘存入、取出定义为A端，B端不进行任何操作，如图2-34b所示。

1）存入托盘。

● 叉车司机先将已经开机准备好的穿梭车，放到需要存放作业的巷道轨道端头；

● 叉车司机再将托盘货物叉运至该巷道端头位置；

● 叉车司机确认存放位置正确后，按下遥控器上的存托盘按钮后就可以离开了；

● 穿梭车单个巷道内首次启动时，先远离端头，再返回至托盘下方，确认对应托盘位置正确后，穿梭车升起将托盘顶离轨道面；

● 穿梭车驮着托盘向巷道另一端运行，将该托盘存放在巷道内可以存放的最远的可存放位置。穿梭车自动判别是否为巷道端头第一个位置，还是第二个或以后的位置；

● 穿梭车到位置后，停止后下降，将托盘放置到轨道上；

● 在先入先出的货架模式作业中，穿梭车在完成上一个动作后在原地待命；在后入先出的货架模式作业中，穿梭车在完成上一个动作后，返回到端头第二个托盘位置待命。

2）取出托盘。

● 叉车司机首先将存放在货架最端头的托盘取走，留出放置穿梭车的位置；

● 叉车司机再将已经开机准备好的穿梭车，放到需要存放作业的巷道轨道端头；

● 叉车司机按下遥控器上的取单个托盘的按钮；

● 穿梭车在接收指令后，向远离端头运动，直至第一个托盘下方停止，确认正对该托盘时，穿梭车升起将托盘货物顶离轨道面；

● 穿梭车驮着该托盘，向回来的方向运行直至到巷道端头。穿梭车到位置后，停止并下降，将托盘放置到轨道上；

● 穿梭车在将该托盘放置到轨道上后，向远离巷道方向运行约大半个托盘位置，以避让叉车司机不小心将叉车的叉子顶到穿梭车上；

● 执行完该动作后，穿梭车原地待命。叉车司机可以叉取该托盘货物离开；

● 如果该叉车司机还需要再取一个托盘，在叉取货物离开前，可以再按下遥控器上的取单个托盘的按钮，穿梭车会自动搬运第二个托盘，等待叉车司机来取托盘。

3）整理托盘。

巷道整理，是为先入先出存储模式设计的，主要用于节约巷道内空间，可以存放更多的托盘。操作方式如下。

● 当巷道内存在较多空位时，且巷道内不够存放空间时，建议对巷道内进行整理，整理结果可以参照图2-35。

● 在入库端，叉车司机按下遥控器上的巷道整理按钮两次，穿梭车接收指令后连续搬运，直至将巷道内的所有托盘由堆积在入口端搬运至出口端；

● 搬运结束后，穿梭车回到入口端（A端）等待下一个指令。

（2）四向/子母穿梭车系统的作业流程

四向穿梭车或子母穿梭车系统智能化程度更高，能够实现穿梭车同层或跨层存取的自动运行。四向或子母穿梭车式自动化密集仓储系统由穿梭车本体依据作业指令实现同一平层作业巷道的四向物流作业，可实现同层任意储位的存储调度与管理，再结合提升机实现智能穿梭单车或存储物品的换平层作业，以实现存储单元在整个存储区域内的三维动态化存储管理，是穿梭式立库建设与改造的升级换代，也是智能化穿梭密集存储的理想物流形态之一；管理控制信息系统负责整个货架系统内部设备的运行状态监控和调度。货架系统内穿梭车和垂直提升机的数量配比、部署位置等由作业需求（作业效率、出入库方式）决定，可动态调整。货架货位通过存储巷道轨道连接，单一货架层内的存储巷道通过主轨道连接，各个货架层之间的主轨道通过垂直提升机连接，所有相连的轨道形成一个轨道交通网。在这个交通网内，包括存储货位、存储轨道、主轨道、垂直提升机和货架端口等设施设备，其中存储货位位于存储轨道上，存储货位和存储轨道都位于存储巷道内。在一个存储巷道内，存储巷道轨道将多个货位连接形成一个货格。若存储巷道两端均可进出货物，则还可从存储巷道中部某处将其切分为两个相邻货格。

其执行出入库复合作业时的作业流程是：系统接收到出入库指令后，首先对出入库作业任务进行优化配对，然后发布设备操作指令，单次作业周期内完成一个入库和一个出库任务，即双倍命令周期（Double Command Cycle, DCC），货物升降机将待入库货物运送到货位所对应的层I/O点并将其放在该层的缓存区，然后由该层的穿梭车将其运送到相应货位后，再行驶至待出库货物所在列，将货物取出运送至层I/O点并将其放在该层的缓存区，穿梭车回归层I/O点，最后由升降机将货物运送至I/O站台，出入库任务完成。

同时，根据存取货是否同层及存货层是否有穿梭车考虑是否进行穿梭车换层作业，可分为4种子情况：即DCC1模式、DCC2模式、DCC3模式和DCC4模式，如图2-36所示。

1）执行DCC1模式：待入库货物与待出库货物位于同一层，且该层有穿梭车。设备执行过程为货物升降机将待入库货物从I/O站点运送至货位所对应层I/O点并将其放置在该层缓存区，随后由该层穿梭车将其运送到货位所对应的货架列口，随后穿梭车进行转向进入货架通道，将货物运送至相应货位后，转向重新回归主巷道行驶至待出库货物所在列口，转向进入货物通道将货物取出后，重新回归主巷道，将货物运送至层I/O点并将其放在该层的缓存区，此时穿梭车回归层I/O点，货物升降机将待出库货物运送至I/O站台。

2）执行DCC2模式：待入库货物与待出库货物位于同一层，且待入库货位层没有穿梭车。设备执行过程为货物提升机将待入库货物从I/O站点运送到入库货位所对应层I/O点并将其放在该层缓存区，与此同时，穿梭车升降机从上一次任务完成点运行至此次过程中系统确定的有穿梭车的货架层，对穿梭车进行接驳，将其运送至待入/出库货位所在层。此后，由穿梭车执行入库以及出库作业，货物升降机完成出库作业任务，返回I/O站台。

3）执行DCC3模式：待入库货物与待出库货物位于不同层，且待入库货位层有穿梭车。设备执行过程为货物提升机将待入库货物从I/O站点运送到入库货位点对应的层I/O点并将其放在该层缓存区，然后由该层的穿梭车将其运送至相应货位后，穿梭车重新回归主巷道行驶至货架主巷道末端。在货物升降机与穿梭车运送入库货物整个过程的同时，穿梭车升降机从上一次运送穿梭车位置运行至入库货位所在层，等待接驳穿梭车。之后，穿梭车行驶至主巷道末端并搭载上穿梭车升降机，由穿梭车升降机将其运送至出库货位所在层的主巷道末端，穿梭车从主巷道末端行驶至待出库货物所在列口，转向进入货架通道取出货物后，回归主巷道，将待出库货物送到层I/O点并将其放在该层的缓存区，此时穿梭车回归层I/O点。同时货物升降机从存货位置所在层已运行至出库货位层I/O点，将待出库货物送到I/O站点。

4）执行DCC4模式：待入库货物与待出库货物位于不同层，且待入库货位层没有穿梭车。设备执行过程为货物提升机将待入库货物从I/O站点送到入库货位所对应层I/O点并将其放在该层缓存区，与此同时，穿梭车升降机从上一次运送穿梭车的位置运行至此次过程中系统确定的有穿梭车的货架层，对穿梭车进行接驳，将其运送至待入库货位点所在层。此后，由穿梭车执行入库作业，然后通过换层升降机实现换层至出库货位所在层的巷道末端，执行出库作业并回归层I/O点，货物升降机完成出库作业任务，返回I/O站台。

2.穿梭车系统的安全装置设计

（1）电气联锁保护装置

穿梭车的货叉伸缩和行走装置是互锁的，即在巷道中水平行走时，必须保证货叉伸缩装置锁定在收缩状态，同样当穿梭车存取货物即伸叉机构工作时，行走机构是锁定的。

（2）检测装置

穿梭车必须具有物料超长、超宽和超高的检测装置，如激光测距、超声波反射、红外识别等。当检测到物料超过系统设定的最大长、宽或高时，穿梭车停止运行，并将情况反馈给上位机管理系统处理。

（3）货叉回位检测装置

穿梭车还具有检测货叉是否完全回位的装置。如果货叉没有完全回位，穿梭车就不能水平运行，以免发生事故。

（4）断电保护

如果发生意外断电时，行走和伸叉的电动机自动锁住电动机轴，穿梭车停止工作，将情况反馈给上位机管理系统，并保持断电时的工作状态。

（5）过载保护装置

一般超载限制器有机械式或电子式，集控制、显示、报警功能于一体。当伸叉机构存取的货物超过限定的最大负载值时，穿梭车的过载保护装置启动，穿梭车立刻停止工作，并将情况反馈给上位机管理系统。

（6）物理保护装置

当电子保护元器件失灵或者操作失误时，穿梭车碰撞不可避免。此时物理保护装置可以有效减少冲击力，降低车体的损坏程度。一般在车体周围安装挡板或者在穿梭车关键部位放置橡胶等防撞装置。

（7）异常对策装置

当异常状况发生时，禁止穿梭车运行，且发出警报声。

3.穿梭车系统的日常操作与维护

（1）使用前准备

要求每天在使用穿梭车前，需要做如下检查：

● 检查外壳等，是否有明显异常；

● 打开电池盖板，检查内部电池是否摆放整齐，电池盖板关闭后是否齐平，无变形、翘曲；

● 穿梭车将从入库端放入巷道内时，请先确认叉车司机看到的是穿梭车的A面，以保证穿梭车在被放进巷道后，A面朝着巷道A端（入库端）；

● 按下穿梭车开机按钮“ON”，指示灯亮起；

● 检查各指示灯、电池电量灯显示等，是否正常；

● 打开遥控器电源按钮，按照之前上述的操作方式，配好车后，切换到手动模式，检验车行走与举升是否正常。

（2）使用后操作

在每天设备使用完毕后，建议按照以下方式操作：

● 建议将穿梭车放置在专用的搁置架上，搁置架最好与充电柜等在一个专用区域；

● 尽量不要随意放置穿梭车，特别是货架中间位置，需要把穿梭车取出；

● 若不能给穿梭车一个专用的位置，建议将穿梭车放置在入库或出库端头的底层位置；

● 在每日下班后，关闭穿梭车电源，A面或B面上“OFF”按钮，切断电池电源供给；

● 在每日下班后，尽量取出电源，放置在充电柜上充电。

（3）日常检查

穿梭车使用过程中的例行检查，包含对穿梭车的检查以及使用的货架、轨道检查。

● 检查穿梭车外观，看是否有明显被撞击、变形、开裂等异常；

● 检查各传感器，打开穿梭车电源“ON”按钮，各外部传感器都会有指示灯亮起，逐一检查各传感器（其中前后检测端板的传感器为不可见光）；

● 检查各部分螺丝是否有松动，各防撞块等是否已经松动；

● 检查行走轮，看其磨损情况，当其聚氨酯被轨道刮去较多坑口时，需要做更换。

（4）故障处理

典型的两向穿梭车货架系统主要包含穿梭车本体部分、遥控器、电池、充电柜、货架部分、托盘部分等。当任何故障发生时，应由易到难来进行判定。

1）判定托盘。是否存有不合规定的托盘，包含严重变形、异物、缺料等，导致穿梭车无法判定。

2）检查轨道。是否有产生变形、轨道内夹杂异物、缠绕物，轨道上有油、脂、水等，造成穿梭车无法行走、打滑，轨道严重弯曲，导致车在斜坡上无法停位、爬坡等。

3）检查电池。检查电池是否有电，电池没有电就会导致穿梭车、遥控器等都无法使用；电池有电仍无法启动时，若条件允许，更换一块已充电电池检查是否可以使用。

4）检查遥控器。当穿梭车发生预定的故障时，其故障代码会通过PLC发送带车载显示屏、遥控器显示屏上，通过比对故障代码可以判定穿梭车的故障原因；而当遥控器手持端、车载接收端或其相互之间通信产生故障时，无法通过故障代码显示其故障，通过切换遥控选车功能键，比对其他车或比对遥控器，来判定是否为手持端遥控器或车载端遥控器发生故障。

5）检查穿梭车本体部分。在穿梭车本体发生故障时，基本可以分为电气故障、软件故障、硬件故障：硬件故障指机械传动部分产生故障，如无法行走、无法举升等；电气故障指电气硬件出现故障，包括各传感器、编码器、PLC、接触器、继电器等，电气硬件出现故障时，会造成穿梭车无法使用。软件故障指PLC程序软件或判定逻辑部分产生故障，当穿梭车使用过程中出现了原先没有判定的逻辑时，或其程序本身产生逻辑错误时，都会导致其无法判定而出现的故障现象。

在经过简单的故障归属判定后，可尝试自行排除故障，或以电话、邮件，配合照片发送故障信息给经销商或产品制造商，由制造商派出人员进行现场检修和故障排除。

2.3.5 穿梭车式密集仓储系统的应用与发展

1.穿梭车式密集仓储系统的发展现状

穿梭式货架系统由瑞典EAB公司发明，大福、DEMATIC、KNAPP、TGW等国外物流系统集成商都有各自的货架穿梭车产品。双向穿梭车在2000年左右已经在日本和欧洲开始应用，四向穿梭车和子母式穿梭车的实际应用时间不长，即使在欧洲，最早的应用也是在2013年前后。

2009年前后，穿梭车产品开始涌入中国，以EAB、BT、胜斐迩、十通、欧导、德仕安等为主要供应商代表，他们大多采取与国内货架企业合作的方式进行市场拓展；也有少数几家国内企业（如世仓）自主研发该技术。2012年以后，不断有国内企业推出自主品牌的穿梭车产品，并出现了以英锋、华章、兰剑、音飞、伍强科技为代表的专业穿梭车设备制造商。如音飞2015年开始应用两向穿梭车，伍强科技2019年开始四向穿梭车的研发应用。

由于四向穿梭车和子母式穿梭车的实际应用时间不长，国内外水平并未表现出很大的代差。从主要技术参数看，国内外基本处于同一技术水平，但国外产品在技术稳定性、效率、技术成熟度等方面更胜一筹。虽然国外企业的穿梭车产品相对成熟，但他们在中国大多依靠货架企业代理销售的方式发展，缺乏完善的售后服务制度和专业的运维服务团队，加上产品价格偏高，因此市场拓展的效果并不明显。相比之下，国内企业则在这条路上越走越稳。目前，国内大多数主流货架企业都推出了以穿梭车为核心的密集存储系统，并拓展出了子母车穿梭系统、穿梭车立体仓库系统、四向穿梭车系统等自动化程度更高、集成性更强的系统类型。

在密集存储系统供应商里，物流系统集成商的优势在于，可以提供更为复杂的整体解决方案（包括存储、输送、拣选等物流系统），穿梭车以及以穿梭车为核心的密集存储系统一般仅是其整体解决方案中的一部分，且占比较小。尤其是国内的系统集成商，货架及穿梭车基本都为外采。因此在以货架及穿梭车设备为主或占比较大的解决方案中，货架厂商以及穿梭车设备厂商更具成本优势，并且具备该类设备的研发和生产能力，是推动密集存储技术及应用的创新主力。

2.穿梭车式密集仓储系统的应用挑战

纵观密集存储技术的发展不难发现，从最初的穿梭式货架，到穿梭式自动化立体库、子母车穿梭、四向穿梭车，都是以穿梭车作为核心设备解决一些节点问题。而随着系统复杂程度不断攀升，如何实现穿梭车产品性能更加稳定，设备之间的高效配合等，已经成为摆在相关企业面前的一项挑战。

结合穿梭车的应用特点，其重点在于运行速度、供电技术、智能程度3个方面：运行速度，穿梭车的行驶速度在一定程度上决定了整个货架仓库的作业效率；供电技术，穿梭车的供电方式、持续运行能力等决定了货架仓库安装施工的难度；智能程度，穿梭车的智能程度决定了货架仓库的智能化程度以及设计难度。

与国外同类产品相比，目前国产穿梭车在速度、定位精度等方面还存在一定差距。不过我们也看到一些企业在努力改进产品，例如，世仓围绕系统安全、作业效率、实现无人化作业、避免数据差错等实际应用需求，不断升级产品和系统功能，推出了智能穿梭系统；天津万事达针对穿梭车在低温环境下的应用特点，与电池供应商合作，开发了24小时轨道供电+快充技术，并着力克服冷凝水导致短路、充电块氧化等各种问题；音飞则在穿梭车的电源管理技术（电池、超级电容、滑触线）、无线充电技术、无线布点技术、控制技术等方面不断发力。

除了硬件升级外，密集存储系统自动化的发展趋势也对穿梭车的控制系统提出了更高要求。因为随着系统中穿梭车数量的增加，控制系统的逻辑运算也呈几何倍数增加，系统设计更加复杂。

同时，密集存储项目的个性化需求很强。不仅是不同行业企业对密集存储系统的需求特点存在一定差异，即使在同一个项目中，可能会同时使用多种密集存储形式，以适应不同的仓储条件（如仓库的层高、承重、位置等）与不同的货品类型的存储要求。因此对设备和解决方案提供商的系统集成经验和能力也提出了较高要求，需要具备相应的软件开发、项目实施及管理能力，引导并满足客户的个性化需求。

此外，随着密集存储系统复杂程度的不断提高，设备企业要参与这类项目还需要配备系统规划、电控、机械、实施、软件等方面的专业人才，打造系统规划、项目实施、售后服务等系统集成服务能力。对此，不少企业也展开了积极探索，例如，世仓推出一项十分有特色的售后培训工作，定期针对全国各地用户企业的设备操作人员开设一次穿梭车技术培训班，提供免费的培训指导。世仓也通过这项服务与客户建立了更加紧密的联系，并根据客户反馈不断完善自身的产品和服务。

案例2-3 音飞四向穿梭车系统让物流仓储更加智慧

南京音飞与达威股份合作，通过应用托盘式四向穿梭车系统，为整个物流系统的高效运行提供了技术保证。密集存储库采用先进现代化物流设备，包括6台托盘式四向穿梭车系统、4套垂直升降系统、输送系统以及物流管理系统（WMS），打造成一个集信息化、自动化和智能化于一体的综合型智能仓库。（资料来源：南京音飞搜狐号，2020年3月）