2.3 穿梭車式密集倉儲系統

2.3.1 穿梭車式密集倉儲系統的概念與特點

1.密集倉儲系統

傳統的自動化立體倉庫，又稱為二維存儲系統、AS/RS，自20世紀50年代誕生以來已經廣泛應用于物流和生產活動中。自動化立體倉庫主要由巷道、存儲貨架、堆垛機和入出庫臺等組成，堆垛機能夠在巷道中沿x、y兩個方向自主地移動、揀選和卸載貨物。貨物通常儲存在單深位貨架里，巷道占據了地面空間相當大的一部分。

在密集倉儲系統中，單元貨物是存儲在多深位的貨架里，比二維存儲系統更加節省空間。圖2-17說明了密集存儲比傳統二維系統更加節省空間。

和二維倉儲系統（自動化立體倉庫）相比，密集倉儲系統主要有以下兩個優勢。

一是減少了貨道占用的空間，而且大大降低了設備移動所需要的空間，從而提高了倉儲密度，使得單位面積貨物的存儲量大大提升。

二是采用的縱深式貨架在縱向上能夠縮短負載單元間的距離，在橫向上能夠減少設備行走的距離和時間，而且它還能夠通過對x、y、z3個方向的同時運動來降低貨物存取時間，從而大大提高倉儲效率。

縱深式貨架是密集式倉儲系統最重要的組成主體，常見的密集式倉儲貨架主要有穿梭車式貨架、駛入式貨架、重力式貨架、重型移動式貨架、壓入式貨架、多深位立體倉庫貨架等。考慮到水平、垂直和深度運動的不同，產生了不同的運載系統（如堆垛機、輸送機、穿梭車、升降機），也產生了不同的密集倉儲系統，如表2-1所示。

2.穿梭車式密集倉儲系統

穿梭車（RGV），是物流系統中一種執行往復輸送任務的小車，其基本功能是在物流系統中（平面內）通過軌道上的往復運動完成貨物單元（主要是托盤和料箱）的輸送，如圖2-18所示。穿梭車有兩向穿梭車、子母穿梭車、四向穿梭車等類型，有別于提升機（垂直輸送）、AGV（自動導向、無軌道）以及堆垛機（托盤式AS/RS與箱式Miniload），穿梭車具有較好的靈活性，能夠廣泛應用于物流配送中心和生產物流系統。

穿梭車式密集倉儲系統是基于高密度貨架、穿梭車及升降機、輸送機等設備，配合倉庫管理系統完成貨物出入庫作業，具有較高空間利用率和存取效率的倉儲系統，如圖2-19所示。

穿梭車式密集倉儲系統是由瑞典EAB公司所發明，是物流裝備技術的一次重大創新。穿梭車式密集倉儲系統是自動化程度較高的密集倉儲形式，作為一種獨特的自動化物流系統，主要解決了貨物密集存儲與快速存取難題，空間利用率可達80%～85%，成為應用廣泛的新型物流倉儲系統。特別是隨著穿梭車電池、通信和網絡等關鍵技術的逐步解決，穿梭車式密集倉儲系統將得到進一步廣泛應用。

3.穿梭車式密集倉儲系統的特點

1）密集存儲。采用高密度貨架存儲貨物，取消了叉車或堆垛機作業通道，大大提高了空間利用率。

2）快速存取。可實現多維度、多層、多小車同步運作，大大縮短了作業時間；同時，穿梭車具有高度的靈活性，可實現貨到人揀貨，提高工作效率。對比發現，基于堆垛機的Miniload自動化系統，每個巷道配置1臺堆垛機，作業效率一般為80～150箱/h（進+出）；而穿梭車貨架系統，每個巷道每層配置1臺穿梭車，單車效率60～120箱/h，受提升機能力影響，每巷道效率可達600～1000箱/h（進+出）。

3）系統柔性。可根據訂單任務量大小，靈活增減小車數量，適應性強，特別適用于訂單波動性較大的倉儲環境；同時，當穿梭車發生故障時，可快速更換故障小車，保證倉庫運行不受影響。

2.3.2 穿梭車式密集倉儲系統的主要類型

1.按處理貨物單元不同進行分類

根據所處理貨物單元的不同，可以分為托盤式穿梭車系統和料箱式穿梭車系統兩大類，其中，前者是密集存儲的有效解決方案，后者則為拆零揀選而生，主要用于“貨到人”揀選系統。

（1）托盤式穿梭車系統

主要用于密集存儲，其收貨系統中主要包括輸送機（包括提升機）；儲存系統則包括貨架、穿梭車、提升機等，有些也采用堆垛機（AS/RS）完成穿梭車的換層；發貨系統包括輸送機及揀選系統等。有些系統比較簡單，如穿梭板可以自行構成系統，有些系統則比較復雜，如采用機器人完成入庫碼垛和出庫拆垛等。

（2）料箱式穿梭車系統

主要用于“貨到人”揀選系統，其收貨系統包括收貨換箱工作站和收貨輸送系統；儲存系統包括貨架及軌道、穿梭車（包括多層穿梭車、子母車、四向穿梭車等）、提升機等；發貨系統則包括揀選工作站、包裝工作站和輸送系統等，根據實際應用不同，有些系統會更簡單或復雜一些。對于以料箱存儲為對象的穿梭車密集倉儲系統，主要是為了滿足輕量化、高柔性、高速率的貨物揀選需要。

2.按存取方式不同進行分類

按照存取方式不同，托盤式穿梭車系統和料箱式穿梭車系統均可分為3種類型：穿梭板式、子母穿梭車式和四向穿梭車式密集倉儲系統。

（1）穿梭板式密集倉儲系統

穿梭板式密集倉儲系統，也稱為兩向穿梭車貨架系統，由密集倉儲貨架、穿梭板、叉車（或堆垛機）和入庫/出庫點組成。叉車（或堆垛機）具備同時在水平和垂直方向移動的能力，將穿梭板送至待取貨物所在深貨道首端，穿梭板能夠移動到深層貨架里面來存取貨物，此時叉車（或堆垛機）在深貨道首端等待，穿梭車完成取貨任務后，由叉車（或堆垛機）將貨物送至出庫點，如圖2-20所示。（擴展視頻2-5）

（2）子母穿梭車式密集倉儲系統

子母穿梭車式密集倉儲系統由軌道式密集貨架、穿梭車主軌道（垂直于密集貨架的存儲巷道）、穿梭式母車、穿梭式子車、貨物提升機、進/出庫站臺和貨物輸送系統等組成。

其突出特點是穿梭車包括穿梭式母車和穿梭式子車兩部分，穿梭式母車載著子車在主軌道運行，穿梭式子車在貨物存儲通道運行進行貨物的存取，母車與子車在貨物存儲通道與主軌道的交叉口進行接駁，子母穿梭車如圖2-21所示。子母穿梭車與各層出入庫點、緩沖站、穿梭車提升機等立體倉庫周邊設備配合完成高密度倉儲中貨物的水平運輸，這種設計保證了穿梭車在同層或跨層的四向運作，同時也盡可能地降低調度控制的復雜度，具有行走速度高、定位精度準等特點。（擴展視頻2-6）

（3）四向穿梭車式密集倉儲系統

四向穿梭車式密集倉儲系統，也稱可移動立方體結構倉儲系統，由軌道式密集貨架、穿梭車主軌道（垂直于密集貨架的存儲巷道）、四向穿梭車、貨物提升機、進/出庫站臺、貨物輸送系統等部分組成，能夠達到一個非常高的存儲密度和非常短的響應時間，如圖2-22所示。（擴展視頻2-7）

和其他類型的密集式倉儲系統相比，四向穿梭車式密集倉儲系統最大的優點是能夠實現在3個維度的獨立運動。在每一層，所有的貨物都存儲在一個可向x方向和z方向移動的穿梭車上，提升機負責在不同層之間沿著y軸方向的移動。提升機的運動獨立于穿梭車，而位于不同層次的穿梭車又可以獨立移動。只要前面有空間，同一層次的多個穿梭車甚至可以同時移動。

2.3.3 穿梭車式密集倉儲系統的構成及參數

典型的穿梭車式密集倉儲系統包括硬件和軟件兩大部分：硬件部分主要包括軌道式密集貨架、穿梭車主軌道（垂直于密集貨架的存儲巷道）、穿梭車（兩向穿梭車、四向穿梭車或子母穿梭車）、貨物提升機、進/出庫站臺（I/O point）、貨物輸送系統等；軟件部分包括倉庫控制信息系統（WCS）以及倉庫管理信息系統（WMS）等。有的穿梭車式密集倉儲系統還需要配合堆垛機、叉車進行穿梭車的移動和換層作業，如圖2-23和圖2-24所示。

1.穿梭車

穿梭車是一種智能機器人，是密集倉儲系統的核心裝備，可以編程實現取貨、運送、放置等任務，并可與上位機或WMS系統進行通信，結合RFID、條碼等識別技術，實現自動化識別、存取等功能。

穿梭車具有動態移載的特點，能使物料在不同工位之間的輸送布局更加緊湊、簡捷，從而提高物料的輸送效率。在電控系統控制下，通過編碼器、激光測距等認址方式精確定位于各個輸入、輸出工位，接收物料后進行往復運輸，主要應用于自動化物流系統中單元物料高速、高效的平面自動輸送，具有高度的自動化和靈活性。

（1）穿梭車基本結構

穿梭車系統主要由機械系統和電氣系統組成，機械部分由機架組合、頂升機構、限位輪和行走機構等組成；電氣系統主要由PLC、伺服驅動系統、低壓電氣、傳感器、遙控器、按鈕信號組合、電池供電系統等組成，如圖2-25和圖2-26所示。

（2）穿梭車系統模塊構成

穿梭車系統一般由行走模塊、升降模塊、伸叉模塊、電源模塊、傳感器模塊、通信模塊和控制系統模塊等構成。各模塊之間的相互關系如圖2-27所示。

1）行走模塊。

行走定位系統對整車運行及換向轉軌起著至關重要的作用。目前，國內外穿梭車常用的定位方式有條碼定位檢測、激光測距、RFID定位檢測、旋轉編碼器定位等。

行走模塊主要為行駛電機及其驅動模塊，為穿梭車的前進、后退提供驅動力，完成穿梭車在貨架縱橫軌道間的直線行走。鋼貨架系統內托盤單元貨物的輸送過程由穿梭車完成貨物在水平面的縱橫雙向運輸，可實現存儲層面的任意貨位的到達和存儲搬運；包括電機及驅動控制器、減速機構、鏈及軸傳動系、縱向傳動總成和橫向傳動總成，所述部件及總成安裝固定在框架體上；直流伺服電機及其驅動模塊配合旋轉編碼器作為行走驅動系統的主要構成硬件和控制體系，并綜合利用條碼定位檢測、激光測距、RFID定位檢測等多種定位技術復合，以獲取滿足實際工況要求的定位精度和要求。需要根據穿梭車的負載特性和動作順序合理設計傳動體系和空間結構，以滿足整車的結構、功能要求。

換向機構主要針對四向穿梭車。可采用機械機構或液壓系統來實現換向機構的上升與下降動作互鎖，并實現四向穿梭車的原地換軌動作，即四向穿梭車上設計有雙向垂直行走機構，通過內部換向模塊實現行走驅動輪的升降與變換，從而實現變軌變向行駛；電動機驅動液壓系統可實現90°原地換軌動作，并利用一套行走驅動動力，實現變軌變向行駛，具有承載能力大、升降動作平穩同步、過載保護、高低位安全限位功能；包括升降液壓缸座、升降液壓缸、活塞桿及其附屬換向機構、液壓控制系統等，所述機構與模組通過安裝板與換向結構、整車連接，所述液壓動力單元、液壓缸通過管道連接并固定連接在框架總成上。需要根據托盤四向穿梭車的負載特性和動作順序合理設計液壓系統。

2）升降模塊。

穿梭車升降模塊通過電動機和傳動系統驅動曲柄連桿機構、四桿機構，使承載貨臺上下移動。托盤或料箱的舉升動作常用的頂升機構有剪叉式升降機構、楔形滑塊機構、凸輪機構、絲杠螺母機構、電驅動蝸輪蝸桿機構。升降模塊動作原理為：當貨物在小車正上方時，光電傳感器感應后將信號傳給可編程控制模塊（PLC）并驅動升降電動機正轉，抬起貨物；小車到達終點后電動機反轉，卸貨。

電動機驅動液壓系統實現頂升動作，具有承載能力大、動作平穩、過載保護、高低位安全限位功能，滿足荷載作用下結構的強度、剛度及穩定性；頂升液壓控制系統、多個頂升液壓缸、電機輸出端與液壓動力單元連接且固定安裝于框架總成上，液壓動力單元與多個頂升液壓缸通過液壓管道進行連接，多個頂升液壓缸分別固定設置于車體結構、頂升托架上，液壓系統的動作邏輯形成托架的舉升動作。需要根據穿梭車的負載特性和動作順序合理設計整體結構，以適應荷載的承載及穿梭車的運動附加荷載。

3）伸叉模塊。

伸叉模塊為穿梭車完成貨物的存、取動作，完成貨物的入庫、出庫（存貨、取貨）功能。主要部件構成包括伸叉電動機、貨叉板（下叉、中叉、上叉）、動力傳輸機構、工字型導軌、軸承、撥叉機構等。

主要機械動作是：在接收到上位機管理系統發送過來的出庫或入庫（取貨或存貨）指令后，貨物所在層的穿梭車會自動運行到貨架的指定位置，伸叉電動機驅動貨叉向前伸出即可取出或送入貨物，當取到貨物或送入貨物后，貨叉向后縮回車體，完成命令。

產生驅動力使貨叉伸出或收回有多種實現方式，主要包括齒輪—齒條傳動、鏈輪—鏈條傳動、同步帶傳動、蝸輪—蝸桿傳動等。一般中叉與下叉之間采用齒輪—齒條傳動，中叉與上叉之間采用同步帶傳動，如圖2-28所示。

4）電源模塊。

電源模塊為穿梭車的運行提供恒定的電源，方便穿梭車的快速調運。一般采用自帶蓄電池來為穿梭車提供電源。必須測試和選定合適的產品品質和電源管理系統，實時監控電池健康狀態，確保托盤四向穿梭車的可靠運行和電源的實時自動充電。

也有的穿梭車系統采用滑觸線方式為穿梭車供電，主要通過工業拖鏈電纜或柔性電纜取電，但這種方式對安裝、維修及更換都有一定要求且拆卸相對復雜，需要定期更換，成本相對較高。

5）傳感器模塊。

傳感器模塊通過收集穿梭車在行駛過程中的實時變量，傳遞給控制模塊并及時做出相應動作。傳感器模塊主要是各類傳感器的組合，如掃描及校準傳感器等，傳感器模塊通過收集穿梭車在行駛過程中的實時變量與狀態參數、搬運裝載托盤單元的可控感知信息、位置定位信息與雷達避障感知等，傳遞給控制模塊并及時做出相應動作，也是實現穿梭車狀態監控的關鍵模塊。

穿梭車系統需要配置多個傳感器，用于識別、定位、測距、防護等功能，主要包括進/出貨端激光傳感器、前/后托盤識別傳感器、前/后定位測距傳感器、升降限位傳感器、安全防撞傳感器、從動輪轉角檢測傳感器等，如圖2-29所示。

6）車載通信模塊。

穿梭車是移動設備，各模塊及各設備之間需要進行大量的信息交換，車載通信系統負責與總控系統之間相關信號的接收與發送。以Wi-Fi技術為系統架構，采用無線通信方式，可通過上位管理控制信息系統無線操控，在各類元器件的協作下完成各項功能的控制與實現。此外，ADS（Automation Device Specification）協議處于網絡通信的應用層，為設備之間的通信提供路由，進行數據、信息的交換，實現有穿梭車與區域控制系統之間的無線通信。

7）控制系統模塊。

控制系統模塊以嵌入式控制系統或PLC為控制核心，負責處理運動規劃、邏輯控制、安全保護以及與上位機管理系統的通信，具有完善的作業邏輯控制功能；控制系統匹配得當，能最大程度發揮整車的智能化搬運性能。

（3）技術參數

穿梭車的主要技術參數包括以下內容。

1）適用托盤。

尺寸：托盤包括1200mm×1000mm、1200mm×800mm、1100mm×1100mm等，料箱尺寸根據不同的貨物類型選擇，一般為寬度200～600mm，深度200～800mm，高度100～400mm。

類型：托盤可分為川字型、田字型，單向叉入型、雙向叉入型、四向叉入型；料箱有敞口式、封閉式。

材質：托盤主要有木制、塑料、鋼制；料箱一般為塑料材質。

撓度：一般最大允許撓度20mm。

2）最大載重量。

托盤式重型穿梭車最大載重量一般為500～1500kg，料箱式輕型穿梭車載重量一般不超過100kg。

3）行走方式。

一般可分為雙軌型、單軌型；直線軌、環形軌，無軌型（AGV），空中軌道懸掛式穿梭車（EMS）。

4）行走參數。

空載速度：60～180m/min。

滿載速度：30～60m/min。

行走加速度：0.3～0.5m/s。

行走馬達功率：根據載重量及運行速度要求確定。

5）頂升參數。

頂升高度：20～40mm。

頂升時間：1～2s。

頂升馬達功率：根據載重量及運行速度要求確定。

6）設備尺寸與重量。

主要包括設備外尺寸、設備自重、托盤托板尺寸、托叉內寬、單托叉寬度等。

7）行走輪。

數量：4個、6個、8個。

材質：塑料、金屬。

方向：兩向、四向。

8）供電參數。

供電方式：滑觸線供電、電池供電。

與電池相關參數包括電池容量、電池重量、充放電次數（電池壽命）、充電時間。

9）定位方式。

行走定位，主要方式包括行走電機編碼器與單個定位檢測孔、條碼定位檢測、激光測距方式+定位片、定位檢測點+RFID定位方式、上位機調度系統控制定位。圖2-30a為穿梭車條碼定位方式；圖2-30b為激光測距方式+定位片方式。

托盤定位：一般為激光定位。

頂升定位：一般依靠接近開關進行定位。

10）控制方式。

程序控制器：可編程邏輯控制器（PLC）。

遙控方式：紅外、射頻（RF）。

遙控器：手持。

控制模式：自動、半自動、手動。

速度控制方式：伺服控制，低速恒轉矩方式。

11）通信方式。

主要包括無線網、光通信、總線通信等方式。

12）其他參數。

主要包括環境溫度要求，運行噪聲等參數。

一般標準型穿梭車系統參數，如表2-2所示。

2.穿梭車貨架

穿梭車貨架用于存放貨物，并安裝有穿梭車導軌，使穿梭車能夠在貨架上行駛。穿梭車在托盤下面的導軌上，可以頂著托盤運行，把托盤上的貨物存入貨位或從貨位取出。

穿梭車貨架主要由立柱片、支撐橫梁、子軌道、母軌道、拉桿、端部支撐件、換向軌道等組裝而成。穿梭式導軌是小車行走的主要構件，通過螺栓固定在橫梁的連接板上。導軌的側面在出入庫兩端設置有減速定位孔，可使穿梭車運行到端頭時準確定位及減速，防止小車開出貨架，對小車起到保護作用。貨架主要結構如圖2-31所示。穿梭車與貨架的配合如圖2-32所示。

3.提升機

提升機主要包括貨物提升機與穿梭車提升機兩種設備，主要配置在倉庫主巷道兩端，實現貨物和穿梭車的換層作業，如圖2-33所示。

提升機主要由提升機主體、伺服電機與齒輪齒條構建的提升機構、載貨臺和電氣控制系統等部分組成，通過操作載貨臺的升降將貨物提升到相應高度（或立體貨架指定架層，部分輸送段考慮鏈條輸送機及穿梭車軌道兼容），再由穿梭車實現貨物的進出庫搬運與存儲，實現貨物的存取作業。

伺服驅動電機安裝在提升載貨臺上，通過電機配置的一體式減速機構帶動嚙合齒輪同步運動，通過齒輪在齒條上直線運動，實現提升機載貨臺的升降與精準定位，依靠載貨臺自身的結構剛度以及齒輪齒條的無間隙嚙合剛度，從而實現載貨臺或穿梭車運動軌道與周邊設備或結構的精準對接，實現貨物的存取作業或穿梭車的換層作業。

提升機可同時滿足貨物和穿梭車上下換層輸送需求。可與倉庫控制軟件WCS進行無障礙通信，實現作業流程協同一致；為保證貨物轉運效率和系統穩定運行，提升機應具有一定的運載能力和運行速率。合理配置穿梭車及提升機可極大提高密集庫的倉儲空間利用率和出入庫效率。尤其適合貨品數量大，貨物較重，出入庫量大，貨物體積規格標準的自動化密集庫等應用場景。

提升機主要性能指標參數如表2-3所示。

4.稱重系統、射頻識讀設備及外形檢測系統

計算機管理監控系統據輸入數據生成入庫作業單，并向執行設備發出作業指令，對入庫貨物進行標稱重量檢測與校核，貨物的長、寬、高檢測以及托盤信息識讀等操作，已完成入庫貨物的完整系統信息的綁定。

稱重系統對貨物的標稱重量進行檢測與校核。貨物重量若不符或超標，系統將停止作業，并將貨物退回入庫口。貨物通過標稱重量檢測后，計算機系統根據標定信息進行綁定。

在貨架端口設置射頻識讀設備，由于托盤貨物進出貨架通常都要經過貨架端口處垂直提升機的鏈式輸送機通道，射頻識讀設備的天線通常固定安裝在鏈式輸送機兩側，盡量不與鏈式輸送機固接，以免鏈式輸送機的振動造成識讀錯誤，影響系統正常運作。

貨物外形檢測采用框架結構、光電非接觸式，系統工作可靠穩定，外表造型美觀。對托盤入庫物料的長、寬、高進行檢測。貨物寬度若超長、超寬或超高，超差信息能有效報警，系統將鎖定或停止作業，并將貨物退回入庫口。人工進行整理后，后續入庫程序正常流轉，保證尺寸合格的物料通過。貨物通過外形檢測后，計算機系統根據檢測得到外形按照一定貨位分配原則（如由近及遠、均勻分布原則）自動分配貨物入庫地址。

外形檢測裝置包括：龍門檢測框架，跨設于輸送線上；形位檢測觸發光電開關、端面觸發光電開關，沿輸送方向依次設于輸送機一側；端面旋轉光電開關，設于龍門檢測框架一側，其反光裝置設于龍門檢測框架內的左右側及頂部；左、右側光電開關，設在龍門檢測框架前側上部的兩側，其反光裝置設在對應左、右側光電開關的下方、輸送機左右側；高度檢測光電開關，固定在龍門檢測框架后側中上部一側，其反光裝置設在龍門檢測框架后側中上部相對的另一側。

5.輸送線、地面AGV及其他配置設備

輸送機控制系統通過輸送機上的位置光電傳感器判斷托盤的狀態，自動控制輸送機實現托盤的進出、到位和停止。主要有鏈式輸送機和輥式輸送機等，需要根據客戶的工藝流程和設備布局進行靈活配置，既要考慮系統的布局與操作流程，又要考慮各配置設備的吞吐能力、搬運效率等設備能力的匹配和平衡，以充分發揮系統的運行效率和運行質量。

地面AGV可以實現地面多工位之間的托盤單元貨物的調撥與貨物進入鋼貨架區域上料臺的進庫上架動作，或叉車與輸送線配置的進入庫模式等多種進入庫操作。

其他還要考慮系統的輸入輸出設備、信息交互與控制等設備的匹配，包含LED顯示服務器、無線基站AP、交換機、手持終端等。

2.3.4 穿梭車式密集倉儲系統的管理與維護

1.穿梭車式密集倉儲系統的作業管理

（1）兩向穿梭車貨架系統的基本作業模式

先入先出貨架模式（FIFO模式）。穿梭式貨架從一端存托盤，另一端取托盤，可以實現先存入的托盤先取出，實現按照時間順序出庫的原則；存入托盤定義為A端（圖片左側），取出為B端（圖片右側），如圖2-34a所示。

后入先出貨架模式（LIFO模式）。穿梭式貨架僅從一端存托盤，另一端不操作，可以實現后存入的托盤先取出，對出入庫順序沒有時間要求的倉庫可以這樣存放；托盤存入、取出定義為A端，B端不進行任何操作，如圖2-34b所示。

1）存入托盤。

● 叉車司機先將已經開機準備好的穿梭車，放到需要存放作業的巷道軌道端頭；

● 叉車司機再將托盤貨物叉運至該巷道端頭位置；

● 叉車司機確認存放位置正確后，按下遙控器上的存托盤按鈕后就可以離開了；

● 穿梭車單個巷道內首次啟動時，先遠離端頭，再返回至托盤下方，確認對應托盤位置正確后，穿梭車升起將托盤頂離軌道面；

● 穿梭車馱著托盤向巷道另一端運行，將該托盤存放在巷道內可以存放的最遠的可存放位置。穿梭車自動判別是否為巷道端頭第一個位置，還是第二個或以后的位置；

● 穿梭車到位置后，停止后下降，將托盤放置到軌道上；

● 在先入先出的貨架模式作業中，穿梭車在完成上一個動作后在原地待命；在后入先出的貨架模式作業中，穿梭車在完成上一個動作后，返回到端頭第二個托盤位置待命。

2）取出托盤。

● 叉車司機首先將存放在貨架最端頭的托盤取走，留出放置穿梭車的位置；

● 叉車司機再將已經開機準備好的穿梭車，放到需要存放作業的巷道軌道端頭；

● 叉車司機按下遙控器上的取單個托盤的按鈕；

● 穿梭車在接收指令后，向遠離端頭運動，直至第一個托盤下方停止，確認正對該托盤時，穿梭車升起將托盤貨物頂離軌道面；

● 穿梭車馱著該托盤，向回來的方向運行直至到巷道端頭。穿梭車到位置后，停止并下降，將托盤放置到軌道上；

● 穿梭車在將該托盤放置到軌道上后，向遠離巷道方向運行約大半個托盤位置，以避讓叉車司機不小心將叉車的叉子頂到穿梭車上；

● 執行完該動作后，穿梭車原地待命。叉車司機可以叉取該托盤貨物離開；

● 如果該叉車司機還需要再取一個托盤，在叉取貨物離開前，可以再按下遙控器上的取單個托盤的按鈕，穿梭車會自動搬運第二個托盤，等待叉車司機來取托盤。

3）整理托盤。

巷道整理，是為先入先出存儲模式設計的，主要用于節約巷道內空間，可以存放更多的托盤。操作方式如下。

● 當巷道內存在較多空位時，且巷道內不夠存放空間時，建議對巷道內進行整理，整理結果可以參照圖2-35。

● 在入庫端，叉車司機按下遙控器上的巷道整理按鈕兩次，穿梭車接收指令后連續搬運，直至將巷道內的所有托盤由堆積在入口端搬運至出口端；

● 搬運結束后，穿梭車回到入口端（A端）等待下一個指令。

（2）四向/子母穿梭車系統的作業流程

四向穿梭車或子母穿梭車系統智能化程度更高，能夠實現穿梭車同層或跨層存取的自動運行。四向或子母穿梭車式自動化密集倉儲系統由穿梭車本體依據作業指令實現同一平層作業巷道的四向物流作業，可實現同層任意儲位的存儲調度與管理，再結合提升機實現智能穿梭單車或存儲物品的換平層作業，以實現存儲單元在整個存儲區域內的三維動態化存儲管理，是穿梭式立庫建設與改造的升級換代，也是智能化穿梭密集存儲的理想物流形態之一；管理控制信息系統負責整個貨架系統內部設備的運行狀態監控和調度。貨架系統內穿梭車和垂直提升機的數量配比、部署位置等由作業需求（作業效率、出入庫方式）決定，可動態調整。貨架貨位通過存儲巷道軌道連接，單一貨架層內的存儲巷道通過主軌道連接，各個貨架層之間的主軌道通過垂直提升機連接，所有相連的軌道形成一個軌道交通網。在這個交通網內，包括存儲貨位、存儲軌道、主軌道、垂直提升機和貨架端口等設施設備，其中存儲貨位位于存儲軌道上，存儲貨位和存儲軌道都位于存儲巷道內。在一個存儲巷道內，存儲巷道軌道將多個貨位連接形成一個貨格。若存儲巷道兩端均可進出貨物，則還可從存儲巷道中部某處將其切分為兩個相鄰貨格。

其執行出入庫復合作業時的作業流程是：系統接收到出入庫指令后，首先對出入庫作業任務進行優化配對，然后發布設備操作指令，單次作業周期內完成一個入庫和一個出庫任務，即雙倍命令周期（Double Command Cycle, DCC），貨物升降機將待入庫貨物運送到貨位所對應的層I/O點并將其放在該層的緩存區，然后由該層的穿梭車將其運送到相應貨位后，再行駛至待出庫貨物所在列，將貨物取出運送至層I/O點并將其放在該層的緩存區，穿梭車回歸層I/O點，最后由升降機將貨物運送至I/O站臺，出入庫任務完成。

同時，根據存取貨是否同層及存貨層是否有穿梭車考慮是否進行穿梭車換層作業，可分為4種子情況：即DCC1模式、DCC2模式、DCC3模式和DCC4模式，如圖2-36所示。

1）執行DCC1模式：待入庫貨物與待出庫貨物位于同一層，且該層有穿梭車。設備執行過程為貨物升降機將待入庫貨物從I/O站點運送至貨位所對應層I/O點并將其放置在該層緩存區，隨后由該層穿梭車將其運送到貨位所對應的貨架列口，隨后穿梭車進行轉向進入貨架通道，將貨物運送至相應貨位后，轉向重新回歸主巷道行駛至待出庫貨物所在列口，轉向進入貨物通道將貨物取出后，重新回歸主巷道，將貨物運送至層I/O點并將其放在該層的緩存區，此時穿梭車回歸層I/O點，貨物升降機將待出庫貨物運送至I/O站臺。

2）執行DCC2模式：待入庫貨物與待出庫貨物位于同一層，且待入庫貨位層沒有穿梭車。設備執行過程為貨物提升機將待入庫貨物從I/O站點運送到入庫貨位所對應層I/O點并將其放在該層緩存區，與此同時，穿梭車升降機從上一次任務完成點運行至此次過程中系統確定的有穿梭車的貨架層，對穿梭車進行接駁，將其運送至待入/出庫貨位所在層。此后，由穿梭車執行入庫以及出庫作業，貨物升降機完成出庫作業任務，返回I/O站臺。

3）執行DCC3模式：待入庫貨物與待出庫貨物位于不同層，且待入庫貨位層有穿梭車。設備執行過程為貨物提升機將待入庫貨物從I/O站點運送到入庫貨位點對應的層I/O點并將其放在該層緩存區，然后由該層的穿梭車將其運送至相應貨位后，穿梭車重新回歸主巷道行駛至貨架主巷道末端。在貨物升降機與穿梭車運送入庫貨物整個過程的同時，穿梭車升降機從上一次運送穿梭車位置運行至入庫貨位所在層，等待接駁穿梭車。之后，穿梭車行駛至主巷道末端并搭載上穿梭車升降機，由穿梭車升降機將其運送至出庫貨位所在層的主巷道末端，穿梭車從主巷道末端行駛至待出庫貨物所在列口，轉向進入貨架通道取出貨物后，回歸主巷道，將待出庫貨物送到層I/O點并將其放在該層的緩存區，此時穿梭車回歸層I/O點。同時貨物升降機從存貨位置所在層已運行至出庫貨位層I/O點，將待出庫貨物送到I/O站點。

4）執行DCC4模式：待入庫貨物與待出庫貨物位于不同層，且待入庫貨位層沒有穿梭車。設備執行過程為貨物提升機將待入庫貨物從I/O站點送到入庫貨位所對應層I/O點并將其放在該層緩存區，與此同時，穿梭車升降機從上一次運送穿梭車的位置運行至此次過程中系統確定的有穿梭車的貨架層，對穿梭車進行接駁，將其運送至待入庫貨位點所在層。此后，由穿梭車執行入庫作業，然后通過換層升降機實現換層至出庫貨位所在層的巷道末端，執行出庫作業并回歸層I/O點，貨物升降機完成出庫作業任務，返回I/O站臺。

2.穿梭車系統的安全裝置設計

（1）電氣聯鎖保護裝置

穿梭車的貨叉伸縮和行走裝置是互鎖的，即在巷道中水平行走時，必須保證貨叉伸縮裝置鎖定在收縮狀態，同樣當穿梭車存取貨物即伸叉機構工作時，行走機構是鎖定的。

（2）檢測裝置

穿梭車必須具有物料超長、超寬和超高的檢測裝置，如激光測距、超聲波反射、紅外識別等。當檢測到物料超過系統設定的最大長、寬或高時，穿梭車停止運行，并將情況反饋給上位機管理系統處理。

（3）貨叉回位檢測裝置

穿梭車還具有檢測貨叉是否完全回位的裝置。如果貨叉沒有完全回位，穿梭車就不能水平運行，以免發生事故。

（4）斷電保護

如果發生意外斷電時，行走和伸叉的電動機自動鎖住電動機軸，穿梭車停止工作，將情況反饋給上位機管理系統，并保持斷電時的工作狀態。

（5）過載保護裝置

一般超載限制器有機械式或電子式，集控制、顯示、報警功能于一體。當伸叉機構存取的貨物超過限定的最大負載值時，穿梭車的過載保護裝置啟動，穿梭車立刻停止工作，并將情況反饋給上位機管理系統。

（6）物理保護裝置

當電子保護元器件失靈或者操作失誤時，穿梭車碰撞不可避免。此時物理保護裝置可以有效減少沖擊力，降低車體的損壞程度。一般在車體周圍安裝擋板或者在穿梭車關鍵部位放置橡膠等防撞裝置。

（7）異常對策裝置

當異常狀況發生時，禁止穿梭車運行，且發出警報聲。

3.穿梭車系統的日常操作與維護

（1）使用前準備

要求每天在使用穿梭車前，需要做如下檢查：

● 檢查外殼等，是否有明顯異常；

● 打開電池蓋板，檢查內部電池是否擺放整齊，電池蓋板關閉后是否齊平，無變形、翹曲；

● 穿梭車將從入庫端放入巷道內時，請先確認叉車司機看到的是穿梭車的A面，以保證穿梭車在被放進巷道后，A面朝著巷道A端（入庫端）；

● 按下穿梭車開機按鈕“ON”，指示燈亮起；

● 檢查各指示燈、電池電量燈顯示等，是否正常；

● 打開遙控器電源按鈕，按照之前上述的操作方式，配好車后，切換到手動模式，檢驗車行走與舉升是否正常。

（2）使用后操作

在每天設備使用完畢后，建議按照以下方式操作：

● 建議將穿梭車放置在專用的擱置架上，擱置架最好與充電柜等在一個專用區域；

● 盡量不要隨意放置穿梭車，特別是貨架中間位置，需要把穿梭車取出；

● 若不能給穿梭車一個專用的位置，建議將穿梭車放置在入庫或出庫端頭的底層位置；

● 在每日下班后，關閉穿梭車電源，A面或B面上“OFF”按鈕，切斷電池電源供給；

● 在每日下班后，盡量取出電源，放置在充電柜上充電。

（3）日常檢查

穿梭車使用過程中的例行檢查，包含對穿梭車的檢查以及使用的貨架、軌道檢查。

● 檢查穿梭車外觀，看是否有明顯被撞擊、變形、開裂等異常；

● 檢查各傳感器，打開穿梭車電源“ON”按鈕，各外部傳感器都會有指示燈亮起，逐一檢查各傳感器（其中前后檢測端板的傳感器為不可見光）；

● 檢查各部分螺絲是否有松動，各防撞塊等是否已經松動；

● 檢查行走輪，看其磨損情況，當其聚氨酯被軌道刮去較多坑口時，需要做更換。

（4）故障處理

典型的兩向穿梭車貨架系統主要包含穿梭車本體部分、遙控器、電池、充電柜、貨架部分、托盤部分等。當任何故障發生時，應由易到難來進行判定。

1）判定托盤。是否存有不合規定的托盤，包含嚴重變形、異物、缺料等，導致穿梭車無法判定。

2）檢查軌道。是否有產生變形、軌道內夾雜異物、纏繞物，軌道上有油、脂、水等，造成穿梭車無法行走、打滑，軌道嚴重彎曲，導致車在斜坡上無法停位、爬坡等。

3）檢查電池。檢查電池是否有電，電池沒有電就會導致穿梭車、遙控器等都無法使用；電池有電仍無法啟動時，若條件允許，更換一塊已充電電池檢查是否可以使用。

4）檢查遙控器。當穿梭車發生預定的故障時，其故障代碼會通過PLC發送帶車載顯示屏、遙控器顯示屏上，通過比對故障代碼可以判定穿梭車的故障原因；而當遙控器手持端、車載接收端或其相互之間通信產生故障時，無法通過故障代碼顯示其故障，通過切換遙控選車功能鍵，比對其他車或比對遙控器，來判定是否為手持端遙控器或車載端遙控器發生故障。

5）檢查穿梭車本體部分。在穿梭車本體發生故障時，基本可以分為電氣故障、軟件故障、硬件故障：硬件故障指機械傳動部分產生故障，如無法行走、無法舉升等；電氣故障指電氣硬件出現故障，包括各傳感器、編碼器、PLC、接觸器、繼電器等，電氣硬件出現故障時，會造成穿梭車無法使用。軟件故障指PLC程序軟件或判定邏輯部分產生故障，當穿梭車使用過程中出現了原先沒有判定的邏輯時，或其程序本身產生邏輯錯誤時，都會導致其無法判定而出現的故障現象。

在經過簡單的故障歸屬判定后，可嘗試自行排除故障，或以電話、郵件，配合照片發送故障信息給經銷商或產品制造商，由制造商派出人員進行現場檢修和故障排除。

2.3.5 穿梭車式密集倉儲系統的應用與發展

1.穿梭車式密集倉儲系統的發展現狀

穿梭式貨架系統由瑞典EAB公司發明，大福、DEMATIC、KNAPP、TGW等國外物流系統集成商都有各自的貨架穿梭車產品。雙向穿梭車在2000年左右已經在日本和歐洲開始應用，四向穿梭車和子母式穿梭車的實際應用時間不長，即使在歐洲，最早的應用也是在2013年前后。

2009年前后，穿梭車產品開始涌入中國，以EAB、BT、勝斐邇、十通、歐導、德仕安等為主要供應商代表，他們大多采取與國內貨架企業合作的方式進行市場拓展；也有少數幾家國內企業（如世倉）自主研發該技術。2012年以后，不斷有國內企業推出自主品牌的穿梭車產品，并出現了以英鋒、華章、蘭劍、音飛、伍強科技為代表的專業穿梭車設備制造商。如音飛2015年開始應用兩向穿梭車，伍強科技2019年開始四向穿梭車的研發應用。

由于四向穿梭車和子母式穿梭車的實際應用時間不長，國內外水平并未表現出很大的代差。從主要技術參數看，國內外基本處于同一技術水平，但國外產品在技術穩定性、效率、技術成熟度等方面更勝一籌。雖然國外企業的穿梭車產品相對成熟，但他們在中國大多依靠貨架企業代理銷售的方式發展，缺乏完善的售后服務制度和專業的運維服務團隊，加上產品價格偏高，因此市場拓展的效果并不明顯。相比之下，國內企業則在這條路上越走越穩。目前，國內大多數主流貨架企業都推出了以穿梭車為核心的密集存儲系統，并拓展出了子母車穿梭系統、穿梭車立體倉庫系統、四向穿梭車系統等自動化程度更高、集成性更強的系統類型。

在密集存儲系統供應商里，物流系統集成商的優勢在于，可以提供更為復雜的整體解決方案（包括存儲、輸送、揀選等物流系統），穿梭車以及以穿梭車為核心的密集存儲系統一般僅是其整體解決方案中的一部分，且占比較小。尤其是國內的系統集成商，貨架及穿梭車基本都為外采。因此在以貨架及穿梭車設備為主或占比較大的解決方案中，貨架廠商以及穿梭車設備廠商更具成本優勢，并且具備該類設備的研發和生產能力，是推動密集存儲技術及應用的創新主力。

2.穿梭車式密集倉儲系統的應用挑戰

縱觀密集存儲技術的發展不難發現，從最初的穿梭式貨架，到穿梭式自動化立體庫、子母車穿梭、四向穿梭車，都是以穿梭車作為核心設備解決一些節點問題。而隨著系統復雜程度不斷攀升，如何實現穿梭車產品性能更加穩定，設備之間的高效配合等，已經成為擺在相關企業面前的一項挑戰。

結合穿梭車的應用特點，其重點在于運行速度、供電技術、智能程度3個方面：運行速度，穿梭車的行駛速度在一定程度上決定了整個貨架倉庫的作業效率；供電技術，穿梭車的供電方式、持續運行能力等決定了貨架倉庫安裝施工的難度；智能程度，穿梭車的智能程度決定了貨架倉庫的智能化程度以及設計難度。

與國外同類產品相比，目前國產穿梭車在速度、定位精度等方面還存在一定差距。不過我們也看到一些企業在努力改進產品，例如，世倉圍繞系統安全、作業效率、實現無人化作業、避免數據差錯等實際應用需求，不斷升級產品和系統功能，推出了智能穿梭系統；天津萬事達針對穿梭車在低溫環境下的應用特點，與電池供應商合作，開發了24小時軌道供電+快充技術，并著力克服冷凝水導致短路、充電塊氧化等各種問題；音飛則在穿梭車的電源管理技術（電池、超級電容、滑觸線）、無線充電技術、無線布點技術、控制技術等方面不斷發力。

除了硬件升級外，密集存儲系統自動化的發展趨勢也對穿梭車的控制系統提出了更高要求。因為隨著系統中穿梭車數量的增加，控制系統的邏輯運算也呈幾何倍數增加，系統設計更加復雜。

同時，密集存儲項目的個性化需求很強。不僅是不同行業企業對密集存儲系統的需求特點存在一定差異，即使在同一個項目中，可能會同時使用多種密集存儲形式，以適應不同的倉儲條件（如倉庫的層高、承重、位置等）與不同的貨品類型的存儲要求。因此對設備和解決方案提供商的系統集成經驗和能力也提出了較高要求，需要具備相應的軟件開發、項目實施及管理能力，引導并滿足客戶的個性化需求。

此外，隨著密集存儲系統復雜程度的不斷提高，設備企業要參與這類項目還需要配備系統規劃、電控、機械、實施、軟件等方面的專業人才，打造系統規劃、項目實施、售后服務等系統集成服務能力。對此，不少企業也展開了積極探索，例如，世倉推出一項十分有特色的售后培訓工作，定期針對全國各地用戶企業的設備操作人員開設一次穿梭車技術培訓班，提供免費的培訓指導。世倉也通過這項服務與客戶建立了更加緊密的聯系，并根據客戶反饋不斷完善自身的產品和服務。

案例2-3 音飛四向穿梭車系統讓物流倉儲更加智慧

南京音飛與達威股份合作，通過應用托盤式四向穿梭車系統，為整個物流系統的高效運行提供了技術保證。密集存儲庫采用先進現代化物流設備，包括6臺托盤式四向穿梭車系統、4套垂直升降系統、輸送系統以及物流管理系統（WMS），打造成一個集信息化、自動化和智能化于一體的綜合型智能倉庫。（資料來源：南京音飛搜狐號，2020年3月）