基于反光柱定位的叉车AGV设计

摘要：针对目前工厂搬运设备自动化发展的大趋势，自动导引车（Auto guide veichle，简称AGV）作为物流转运系统的重要组成部分正逐渐取代人力叉车。在AGV系统中，机械设计和导航系统起到的角色尤为重要，机械部分可以让AGV实现各种动作，导航系统可以实时获取车辆的位姿，为定位及路径规划做基础。目前，激光雷达由于部署简单受到越来越多的使用，它的精度高但也易受环境变化大，从而对定位精度造成不利的影响。为了解决这一问题，本文对AGV的机械设计做了优化，并且使用反光柱定位辅助导航定位。测试后。该系统有效提高导航精度和稳定性。

关键词 AGV、导航系统、激光雷达

1.引言

随着中国制造业的飞速发展，仓储从平面仓储转向了立体仓储。立体仓储系统，需要配套的自动化转运设备，用于实现货物的自动转运，提升转运效率。目前常见的立体仓储堆垛设备有堆垛机[1]、穿梭车[2]、叉车AGV[3]、料箱机器人[4]等。但立体仓库中若货位较少且货物较重时，堆垛机和穿梭车式造价较高、施工繁琐，不适合该场景；料箱机器人适用于质量较轻的货物，不适合承载重物，故采用叉车AGV作为转运设备。AGV导航方式有多种，分别是激光导航[5]、二维码导航[6]、磁导航[7]等。激光导航由于部署简便，得到了普遍应用。在立体仓库中，由于货物经常需要搬运，因此基于轮廓定位的激光雷达导航系统会出现定位置信度下降等不利因素。本文通过布置反光柱来解决定位受干扰的问题。

2.设计过程

2.1机械设计

全向叉车式AGV机械部分由车体、门架、货叉、驱动转向系统和液压升降系统组成。全向叉车式AGV结构组成如图1（a）所示。

车架

车架是AGV的构成骨架，由底盘和外壳组成，以满足叉车运行和负载要求。底盘是由槽钢和板材焊接制成，外壳由板金加工而成，各个模块按照设计分别安装车架。其主体结构图如下图1（b）所示。

门架和货叉

门架是存取货物升降和横移的主要部件，通过液压升降系统实现二级门架进行升降，由伺服电机驱动门架伸缩。门架主要由门架底座、导向轮组、驱动系统、升降导轨、连接框架、货叉安装座组成，如图2（a）所示。门架移动时，在零位和取货位有到位检测开关，并在极限位置有限位开关做安全防护。

货叉为主要受力部件，用于货物支撑，其载货运动由车体、门架和液压升降系统共同完成。货叉主要由叉体、叉体安装板、防护栏、防撞开关、货叉有无货检测开关组成。其中叉体可在安装板上手动调整间距，以适应不同跨距的托盘尺寸，如图2（b）所示。

驱动转向系统和液压升降系统

驱动转向系统安装在下部，由2组舵轮和2组转向轮组成。其中舵轮作为驱动转向系统的核心部件，其驱动和转向分别由两个电机分别控制，驱动电机提供驱动动力，转向电机控制轮子转动，两个电机均带抱闸，实现电磁制动。舵轮结构示意图如图3（a）所示。

液压升降系统采用双板式链条升降机构，其绕过叉车内门架上部的链轮，一端连接货叉架上，另一端连接外门架下部的挂链座上。当液压缸推动门架上下运动时，叉车链条带动货叉架及货物升降。采用电动液压传动具有动作响应快，调速范围广的优点。由于使用密度很高的液压油作为传动介质，不易压缩，特别适合于需要重载的场合，液压装置柔性好，可变性高。

当需要起升时，齿轮泵将油缸的油抽出并加压经过单向阀后推动起升油缸运动，从而实现货叉起升；当起升油缸运行到最大行程时，溢流阀开始起作用，高压油通过溢流阀溢流回油箱。当需要落下时，二位二通电磁换向阀换向，起升油缸的液压油通过调速阀、滤油器和二位二通电磁换向阀后，流回油箱，实现下降。液压升降结构图如图3（b）所示。液压升降系统依靠拉线编码器控制高度，拉线编码器确保取货时的安全性和位置的准确性。在货叉升降的最高位和最低位安装有极限检测开关，确保安全。

2.2安全防护设计

AGV运行过程中，其风险主要是碰撞风险，安全防护系统的响应方式是强制切断AGV动作。安全防护系统包含三级防护，一级防护是避障激光雷达，当近距离有异物时，AGV停止；二级防护是AGV的急停按钮，当拍下急停按钮，AGV立刻停止。三级为AGV的防撞触边，当碰撞时，AGV紧急停止。除此以外，还增加灯光系统、语音系统等警示作用。

2.3导航系统

在本项目导航设备为激光雷达，同时辅助以反光柱增强定位的可靠性。激光自然轮廓定位是指AGV通过内部传感器和外部传感器来对自身进行定位，并利用外部传感器获取的信息对周围环境进行构建地图。由于仓库周围物体多变，因此还需要通过布置多个反光柱进行辅助定位来避免物体变化过大导致定位不准的情况。

导航系统架构以定位感知计算平台作为核心设备，该平台作为融合定位及环境感知的处理模块，接收并处理传感器数据，对外输出融合定位结果；X86计算平台接收定位及感知数据，经由决策模块通过CAN总线向驱动器发送控制指令。

3.测试

通过激光建图后， 选择两个不同的点测试AGV的停车精度，结果如表1所示：

在使用轮廓定位时，停车精度分别为11.97 mm、11.60mm ，在使用反光柱的时，停车精度分别为7.53 mm、7.57mm。因此使用反光柱定位，AGV的停车精度提升了大约4.235mm。

4.总结

本文针对使用小的立体仓库存取货的需求出发，设计开发了一款可以实现全向移动的叉车AGV。该AGV通过灵巧的机械设计和使用反光柱的雷达SLAM定位模式，提高了定位的精度，实现了货物的快速存取，为立体仓库的自动化物流提供了便利之处。

参考文献：

[1]戢兵，吴中意.巷道堆垛机自动存取通用托盘的研究[J].中国设备工程，2024，（24）：122-124.

[2]邓肯.多层穿梭车系统在冷链物流管理中的应用[J].中国航务周刊，2025，（01）：129-131.

[3]倪颖臻.激光导航叉车式自动导引运输车（AGV）安全功能设计研究[J].价值工程，2024，43（30）：83-85.

[4]赵皎云.解决方案优化创新，箱式仓储机器人在探索中发展[J].物流技术与应用，2024，29（09）：48-50.

[5]程鹏.激光导航搬运机器人在煤炭采制样中的应用[J].煤炭加工与综合利用，2025，（02）：95-99.DOI：10.16200/j.cnki.11-2627/td.2025.02.022.

[6]王景举，孟彩茹，赵义鹏，等.二维码定位和惯性导航融合的机器人定位技术[J].机械设计与研究，2024，40（04）：44-48+55.DOI：10.13952/j.cnki.jofmdr.2024.0136.

[7]阮子悦，党键，王忠平，等.一种磁导航叉车式物料搬运AGV设计[J].科技创新与应用，2024，14（24）：134-137+141.DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.24.031.