叉车式AGV到位检测装置优化研究

在工业 4.0 与智慧物流高速发展浪潮中，叉车式 AGV 凭借自动化、智能化的作业优势，广泛应用于制造业、仓储物流、港口码头等众多生产领域。据相关行业统计数据显示，2025 年全球 AGV 叉车市场规模突破百亿美元，国内市场增速超过 30%。然而，叉车式 AGV 在复杂作业环境中，易出现定位偏差、货物识别错误、误操作等引发碰撞、货物倾覆等安全事故，造成设备损坏与经济损失。因此，提高叉车式 AGV 运行稳定性，研发高精度、高可靠性的防误检测与到位检测装置，成为叉车式 AGV 技术升级的核心方向。防误检测装置主要用于稳定 AGV 叉车的空载及运行状态，防止检测器受外界环境意外触发；到位检测装置则负责精准判断货物的位置状态，确保作业流程的准确性。两者协同工作，构建起叉车式 AGV 的安全防护与精准作业保障体系。本文聚焦叉车式 AGV 取放货作业场景中的到位检测展开系统探究，通过对装置整体结构的优化设计，提升装置对不同仓库作业环境、不同货物运输条件的适配性，最终实现叉车式 AGV 检测稳定性与位置检测精度的双重提升。

当上位调度系统或中控平台生成运输任务后，AGV 接收指令并启动预设作业流程，沿规划路线完成取货、运输、卸货的全流程作业。该系统核心定位单元由高速旋转激光扫描头完成，其工作原理基于主动式激光测距与三角定位算法。扫描头以每秒 6 转的转速水平发射激光束，形成覆盖 360°的二维扫描面。工作环境中预先布置的高反射率三棱镜反光板，可将入射激光沿原路径 100% 反射回扫描头，其反射强度远高于普通环境物体，因此能被激光雷达精准识别。当扫描头检测到至少 3 个反光板的反射信号时，系统会实时计算每个反光板相对于 AGV 的距离和角度参数，结合预先录入的反光板绝对坐标（X0,Y0），通过空间几何解算得出 AGV 自身的实时位置（X,Y）与航向角θ，由此定位出车体当前在运行系统中的位置 。

AGV 系统根据要求向目标点行进，编码器实时反馈行进距离和角度；激光扫描头确定新坐标，作为下次行进的修正参考，使 AGV 在不断修正中到达目标点。AGV 通过导航装置识别当前路径，根据无线局域网通信接收到的指令信息要到达某点，指令伺服控制器控制伺服电机按路径行走，编码器实时反馈行走距离，使 AGV 准确驶到路径上的点。

图 1 AGV 载货原理图

货物以一定的规格堆放在托盘上形成托盘组，叉车式 AGV 执行装货任务时，先到达点位置，在朝货物方向运动过程中载货托盘与到位检测器接触，两者通过挤压触发载货信号，叉车根据到位检测判断货物装载完毕，然后货叉将载货托盘提升一定高度后再被输送到下一站点 [2]，叉车式 AGV 运输货物场景如图 1 所示。

广水卷烟厂是卷烟生产、贮存以及转运的综合型工厂，其中 AGV 不仅是仓储货物的转运载体，更是货物信息流转的重要媒介。作为智能仓储物流的核心设备，AGV 贯穿原料入库、库区调拨、货架存取、成品分拣、出库配送等全作业流程。每一次任务执行，都会完成实体货物与数字信息的双向交互。

为确保货物与信息精准匹配，系统需配套流转校验与异常预警功能。通过在 AGV 系统中启用到位检测功能，可实时核验货物状态，确认货物正常向下一作业站点流转。若 AGV 抵达取货点位后未触发到位检测，系统将判定为站点缺料或信息异常，随即触发报警并停机，同时标注货物状态为“无货”。此时需工作人员现场核查货物与设备状态，完成信息核对与故障复位后，AGV 方可恢复正常作业。

广水卷烟厂物流车间对接服务与卷包车间，设计年入库总量超过 20 万箱，主要任务为供应烟丝等原辅材料，以及将下线的卷烟成品进行组垛储存、转运。整个过程主要使用叉车式 AGV 进行运输，由 AGV 将货物从一个站点运输至固定站点存放。当前作业流程中，常因到位检测故障造成意外停机，主要包含叉车式 AGV 到位检测器未触发导致的停机报警（简称到位检测失效停机）、取放货状态与检测器状态不匹配造成的误检停机（简称到位检测误检停机），这两类典型问题引起物流效率与自动化水平严重受损。

到位检测失效停机。主要表现为 AGV 到达取货站台停靠位置偏差导致到位检测未触发造成检测失效进而造成设备停机。其主要原因为叉车式 AGV 沿预设路线行驶时，因导航精度限制与地面平整度影响，停靠站点位置偏差，使货物实际摆放位置偏离取货基准点。此时载货与检测器间形成微小间隙，接触压力未达触发阈值，无法激活载货信号，最终造成取货失败并触发停机报警。托盘上货物堆垛形态同样对到位检测的稳定性有一定影响。由于货物不规则形态及堆垛时的位置偏移，导致不规则货物提前接触车体使托盘组发生偏移，到位检测每次货物底面与检测器的接触面积、角度存在差异，进一步削弱了检测器的触发强度，使增加到位检测失效概率。AGV 到位检测主要是通过货叉上的限位开关进行触发，由于取货过程需要进行冲击触发，原到位检测为提高检测的有效性且保护限位开关，在其外侧加装了触发组件，如图 2 所示。

图 2 原 AGV 到位检测板示意图

到位检测误检停机。主要表现为 AGV 接受任务的状态与到位检测的状态不一致造成系统运行逻辑错误产生停机故障。产生该问题的主要原因有两类。第一类是行驶颠簸引发到位检测摆动诱发误触导致报警。叉车式 AGV 行驶过程中，地面不平整产生的颠簸会导致检测器晃动下沉，短暂挤压检测器产生误触发信号，导致系统误判为“已取货”而 AGV 本身未到达取货位置，引发小车停机报警。第二类是由于长时间挤压导致到位检测器变形（如图 2 所示），存在卡组，无法恢复到无货状态。在 AGV 卸货后，卸货站台已检测到货物而 AGV 到位检测仍为载货状态，设备显示卸货未完成而导致误检停机。以上两种情况均是误检造成停机，直接导致货物接送任务中断，需人工现场干预。由于叉车式 AGV 在各仓库间运输路径长，现场无法配备足够操作人员，往返处理耗时较长，严重制约物流运输速度，大幅降低仓储自动化运行效率。

表 1 生产车间及各仓库 AGV 到位检测运行情况统计

广水卷烟厂生产车间、成品库、原辅材料库以及暂存库的 AGV 运输任务繁重，设备运输运行要求高。为了解决前述两类问题，对该卷烟厂生成车间及各仓库叉车式 AGV 的运行情况进行了调研，统计发现，各仓库 2 个月内 6 台 AGV 总执行任务次数 3046 次，到位检测误检次数 15 次，平均 1.25 次/台/月；到位检测失效次数 21 次，平均 1.75 次/台/月；到位检测误检及失效停机的累计处理时间为 260 分钟，平均 21 分钟/台/月。具体统计数据如表 1 所示，AGV 小车往返各仓库的运输场景如图 3 所示。到位检测失效与误检对 AGV 在各仓库件间运输作业影响较大，亟待进行优化改进。

图 3 货物流通及 AGV 叉车运输场景

1.设计思路

通过对上述叉车式 AGV 到位检测失效停机与误检停机进行综合分析，确定叉车式 AGV 到位检测的设计要点如下：①提高到位检测到位灵敏度；②提高载货运输与货物释放后检测器运行稳定性。完成以上两点设计可以大幅降低检测器的故障概率。叉车式 AGV 在取货过程中存在间隙会导致检测失败，通过增加检测器的检测距离可以消除货物在站点位置误差造成的影响，在原检测器与载货托盘组有一定间隙时，延长的检测距离可以有效触发到位检测，确保在托盘组偏离时的检测有效性；同时考虑增加检测的稳定性，在保证检测装置的防护强度的基础上，通过增加弹性支撑来抵消行驶在簸颠路面上的晃动，防止晃动幅度过大意外触发载货信号。同时保证叉车式 AGV 在到达站点后卸货检测器识别释放信号，防止货物挤压检测器后检测器无法恢复原位，致使卸货失败。

2.针对到位检测失效的装置结构优化

激光扫描头主要通过扫描反光板的反射激光信号进行定位，为 AGV 导航。具体工作流程是先利用 AGV 扫描工作环境，建立初始地图；在运行中持续比周围反光板扫描检测对扫描实时数据与地图比对，然后动态修正位姿与位置数据；通过在 AGV 行驶路径周围安装高反射率的‌专用反光板‌，AGV 车体上的激光扫描器发射激光束，扫描并接收从反光板反射回来的信号，从而确定 AGV 的位置信息 。系统结合已知的反光板精确坐标（X, Y），利用‌三角定位法‌计算出 AGV 当前的位置和姿态（X,Y,θ）；实时更新位置，实现高精度路径跟踪与站点位置定位 [3]。AGV 定位精度为±10mm，在接送托盘组过程中与设定的位置误差约为 10mm，即 AGV 取货失败故障时货物与到位检测之间的间隙范围在 0～10mm。

通过在检测板朝向背板的端面增加触发件，可在不改变 AGV 位置精度的条件下，补偿两者之间的间隙，同时为稳定触发载货条件，本文确定触发件的有效高度为 14mm。通过该设计，即使 AGV 出现位置误差同样可以触发到位信号，提高了该检测器的灵敏度。优化后的到位检测器设计如图 4 所示。

图 4 新型到位检测示意图

根据设计要求并绘制 AGV 到位检测器图纸，按图纸加工相关零部件，对加工完成后的关键参数进行测量，确认零件符合设计要求，具体如下图 5 所示。

图 5 AGV 到位检测实物图

3.针对到位检测误检的装置结构优化

叉车式 AGV 的驱动部分由交流伺服驱动电机、驱动轮、后轮以及浮动总成等构成（见图 6）。驱动轮、后轮与车身底部两侧万向辅助轮（两组）共同支撑 AGV，并为整个运输车的前行、后退、转向、制动提供动力。驱动电机为 1.7kW 的交流伺服电机与车载控制系统为整车提供足够的行走动力，浮动总成可在运动中通过弹簧减震过滤部分大幅抖动，使 AGV 行走在颠簸路面以及车间接缝处能够平稳、高效通行。然而，部分抖动依旧可以作用于 AGV 到位检测，使之出现抖动发生误触。

图 6 叉车式 AGV 驱动机构示意图

为进一步抵消剩余抖动，增加弹性支撑可大幅提高到位检测稳定性。通过分析实验，在检测板顶部与背面底部位置设置复位组件效果更好。顶部复位组件保证到位检测空载时（卸货后及颠簸状态）高度位置固定，具体表现为顶部位置与安装面紧密贴合防止出现载货冲击翘起或高度移位；底部复位组件在卸货后提供支撑力将检测板恢复空载状态，同时可有效抵消检测板自重防止颠簸抖动意外触发载货的误检信号，对比原到位检测器（图 2），增加了顶部复位组件与底部复位组件，提高了叉车式 AGV 检测的可靠性与稳定性。提高了叉车式 AGV 检测的可靠性与稳定性。 

本次试验选取广水卷烟厂的生产车间、成品库、辅料库及暂存库作为 AGV 的典型应用场景，其核心载货对象涵盖成品托盘组与原辅材料托盘组，试验配置 6 台 ALS104L-N24A/015/ZN203 型叉车式 AGV 作为核心载货运输设备。试验场景布局如图 7 所示，在完成优化后的到位检测装置安装调试后，叉车式 AGV 的载货运输过程运行平稳、定位精准，整体作业稳定性表现优异。调试后跟踪统计显示，2 个月内 6 台 AGV 累计执行任务 4035 次，其中，到位检测正常触发 4129 次，到位检测误检 0 次，到位检测失效导致停机 6 次，平均 0.5 次/台/月；到位检测失效的累计处理时间为 39 分钟，平均 3.25 分钟/台/月。具体统计数据如表 2 所示，AGV 取货试验场景如图 7 所示。

表 2 生产车间及各仓库 AGV 叉车到位检测运行情况

图 7 改造完成后 AGV 取货试验

从表 2 可知，在调试后统计周期内叉车式 AGV 运行情况大幅改善，各班次到位检测误检及无货故障均得到有效控制，到位检测误检故障被彻底清除，叉车取货出现无货故障的情况大幅降低，出现以上两种故障均为 0 次，对应故障处理时间降低，设备运行情况良好。

由此可见，优化设计后的到位检测运用效果良好，在生产车间及各仓库均得到较好反馈，对 AGV 到位检测误检以及检测失效故障的改善明显，达到预期目标。

社会发展推动技术不断完善，叉车式 AGV 的货物位置到位检测运用“检测补偿 + 自动复位”的技术方案。通过检测补偿，减少了由于叉车式 AGV 在导线过程中产生位置误差造成取货位置无货的故障，提高了到位检测的有效性、稳定性，使原检测器固有缺陷得到较大改进。同时，随着柔性制造的发展，到位检测系统将具备更强的自适应能力，可快速识别并适配不同规格、形状的货物，满足多样化的作业需求。