无人叉车自主绕障功能应用可行性探讨|可行性|托盘|无人叉车|机器人|绕障|车体

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摘要：随着人工智能的快速发展，无人叉车智能属性越来越强，应用场景越来越多，客户定制化需求日益增多。为了兼顾安全和效率，部分厂家和客户都提出无人叉车自主绕障的功能需求。针对自主绕障功能，本文从车型种类、场景维度分析了该功能落地应用的可行性。

关键词：无人叉车、自主绕障、安全、效率

作者：杨建辉

未来机器人（深圳）有限公司

一

引言

由于人口老龄化以及年轻人不愿意从事单调重复的体力劳动等原因，物流行业出现叉车工难招、叉车工容易流失等现象，而无人叉车在取代叉车工实现物料自动化搬运过程中起到重要作用。

当前，无人叉车在国内外的应用越来越普遍，而在同一项目中往往少则几台无人叉车，多则上百台无人叉车同时运行。如何实现多台无人叉车高效安全地运行，变得越来越重要。吴妮妮、王岫鑫在文献[1]提出基于自主学习粒子群算法的导航路径规划方法，同时为了避免机器人发生碰撞，给出障碍物膨化处理方法。陈浩、陈珺、刘飞在文献[2]中针对未知且动态变化的环境，移动机器人容易与障碍物碰撞，容易陷入局部最优等问题，提出了双延迟深度确定性策略梯度的改进算法。付清晨在文献[3]中针对人机混场的动态环境，分析了现有绕障方法存在路径切换会造成系统震荡、规划路径不可达、绕障过程计算量大等问题，提出了考虑局部自主寻迹的轨迹跟踪控制方法。

上述文献都从算法角度考虑了面对障碍物如何进行路径规划，实现不死锁、高效安全运行。而本文针对无人叉车的自主绕障功能，从实际项目的应用场景，以及车型种类、安全法规维度分析了该功能应如何应用。

二

无人叉车自主绕障功能介绍

无人叉车自主绕障功能是其智能化的重要体现之一。这一功能主要依靠一系列先进的技术和传感器来实现。首先，无人叉车上通常配备有激光雷达、摄像头、超声波传感器等多种感知设备，能够实时、全方位地探测周围环境。当这些传感器检测到障碍物时，系统会迅速对障碍物的位置、形状、大小和运动状态等信息进行分析和处理。然后，通过复杂的算法和路径规划策略，计算出避开障碍物的最优路径。在绕障过程中，无人叉车能够根据实时的环境变化，动态调整行驶速度和方向，确保在不碰撞障碍物的前提下，高效地完成搬运任务。

此外，为提高绕障的准确性和可靠性，无人叉车的自主绕障系统还应具备学习和适应能力，它可以在多次运行中积累经验，不断优化绕障策略，以应对各种复杂和突发的情况。

无人叉车的自主绕障功能从理论上来看，可以大大提高其工作的安全性、灵活性和效率。但是无人叉车面对复杂多变的高动态环境，受限于定位、感知、控制、调度等技术的成熟度，其自主绕障功能技术成熟度并不够，在实际使用过程中的可靠性有待进一步提高。因此，需要根据具体项目评估是否需要该功能。

三

无人叉车自主绕障功能应用可行性分析

1.基于车型种类探讨无人叉车自主绕障可行性

总体来看，目前市场上的无人叉车可主要分为以下几大类车型（如图1）：

（1）托盘搬运式无人叉车；

（2）托盘堆高式无人叉车；

（3）平衡重堆高式无人叉车；

（4）平衡重无人叉车；

（5）前移式无人叉车；

（6）无人牵引车。

在图1中，2吨托盘搬运式无人叉车（a）与人工的托盘搬运车相似，主要是车的尺寸比同等吨位的人工叉车要小，无人叉车各车型相关参数如表1所示。

图1 无人叉车类型图

表1 无人叉车相关参数

服务机器人自主绕障功能应用普遍，但服务机器人的特点主要是外形尺寸小、自重轻、运行速度慢，因而在绕障过程中就算是有异常碰撞，也不会产生较大的安全事故。同样，对于无人叉车是否适合应用自主绕障功能，也需要考虑无人叉车外形尺寸、车身自重及运行速度。

无人叉车主要应用于场内物料的自动化搬运，而工厂对于物料的存储密度是有要求的，不可能预留很大的通道用于无人叉车运行。通道的正确安排和宽度设计将直接影响物流效率，良好的通道设计应考虑流量的经济性、空间经济性、设计顺序、危险条件、楼层间的交通等。对于人工叉车，一般直行主通道宽度为1.5～2.5m[4]。考虑到人机混场的安全，一般建议直行通道预留出0.75m的人行通道，实际无人叉车运行通道在0.75～1.75m，按较大的1.75m来核算，理论上只有托盘搬运式无人叉车和托盘堆高式无人叉车才有可能在通道内自主绕障。并且，车辆自重会影响车辆的刹车距离（在相同速度下，车辆越重刹车距离越大），综合考虑平衡重堆高式无人叉车、平衡重无人叉车、前移式无人叉车车体自重都在3000kg左右，同时车体尺寸也较大，因而不建议这些车设置自主绕障功能。此外，无人牵引车运行状态下都会在车后面牵引多个料车行驶，也不建议设置自主绕障功能。因此，无人叉车从车辆类型来看，托盘搬运式无人叉车和托盘堆高式无人叉车具备在项目中应用自主绕障的基础条件。

2.基于场景种类探讨无人叉车自主绕障可行性

从工厂物流来看，无人叉车应用场景主要有平面搬运（线边转运）、堆叠场景（板货堆叠、料笼堆叠等）、货架存取场景、装卸车场景、室内（外）牵引场景。不同场景对应的车型，如表2所示。

表2 不同场景对应车型关系表

单从场景的维度考虑，平面搬运场景比较简单，具备上自主绕障的基础条件；而堆叠场景较复杂，无人叉车碰撞堆垛的货物容易引起倒垛，因而不建议上自主绕障功能；货架存取场景一般对库容率要求高，货物的存取一般会尽可能往高度方向上扩展，无人叉车应用案例已经有做到11.5m的高位货架存取，该场景对安全要求极高，也不建议上自主绕障功能。装卸车场景一般是在外月台作业，空间狭小，人机混场严重，不建议上自主绕障功能。室内（外）牵引场景，由于牵引车后面会牵引多个料车，整体尺寸太长，加上室外环境恶劣，不建议上自主绕障功能。

综上所述，结合表2可知，在平面搬运场景中使用托盘搬运式无人叉车和托盘堆高式无人叉车的项目，具备设置自主绕障功能的基础条件。

四

结语

本文对无人叉车自主绕障功能进行了介绍，综合考虑无人叉车自主绕障功能的技术成熟度，并从无人叉车车型种类、应用场景维度分析了自主绕障功能落地应用的可行性，建议在平面搬运场景中使用托盘搬运式无人叉车和托盘堆高式无人叉车的项目中，具备增加设置自主绕障的基础条件。

参考文献:

[1]吴妮妮,王岫鑫.移动机器人导航路径的自主学习粒子群规划方法[J].机械设计与制造,2024(3).

[2]陈浩,陈珺,刘飞.基于自主探索的移动机器人路径规划研究[J].计算机工程,2024(4).

[3]付清晨.考虑局部自主寻迹的轨迹跟踪控制方法研究[D].武汉:华中科技大学,2022(4).

[4]郑保华,刘昌祺.现代物流中心构筑实用手册[M].北京:化学工业出版社,2015(11).

———— 物流技术与应用 ————

编辑、排版：罗丹

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