編者按：本文是2020年6月尹軍琪董事長應《起重運輸機械》雜志邀請，爲(For)《回眸物流工程40年》一(One)書而撰寫的(Of)專題文章，《起重運輸機械》2020年11期全文刊登。本次轉載，略作(Do)修改。

        1 概述

        狹義的(Of)定義：四向穿梭車是指能在(Exist)平面内四個(Indivual)方向（前、後、左、右）穿梭運行的(Of)存儲機器人(People)，主要(Want)是區别于(At)傳統的(Of)兩向穿梭車（前進和(And)後退）而言的(Of)。與AGV相比較，穿梭車機器人(People)需要(Want)在(Exist)軌道上運行，這(This)是它的(Of)劣勢，也是其優勢。即在(Exist)固定軌道上運行時(Hour)，小車的(Of)速度将更快，定位将更加準确，控制又相對簡單，這(This)都是AGV系統做不(No)到(Arrive)的(Of)。

        四向穿梭車根據其處理的(Of)單元型式不(No)同，主要(Want)分爲(For)料箱式穿梭車和(And)托盤式穿梭車兩種型式。這(This)兩種型式各自具有不(No)同的(Of)特點。

        托盤式四向穿梭車：主要(Want)用(Use)于(At)托盤的(Of)存取作(Do)業，它與AS/RS相比較，其優勢是存儲更加靈活，柔性更高，可以(By)适應任何複雜的(Of)倉庫結構，可以(By)根據入出(Out)庫的(Of)需求增加或減少小車的(Of)數量，可以(By)實現高密集存儲等，但缺點是增加了貨架的(Of)成本，因而在(Exist)實際應用(Use)中形成優勢互現的(Of)現象。即在(Exist)大(Big)多數情形下，AS/RS表現出(Out)更大(Big)的(Of)成本優勢，但在(Exist)有些極端的(Of)情況下，四向穿梭車更爲(For)合适。如倉庫不(No)高，倉庫形狀不(No)規則，出(Out)入庫頻率不(No)大(Big)這(This)樣的(Of)情形，或出(Out)入庫頻率要(Want)求太高的(Of)情形，四向穿梭車更能發揮其優勢。

        料箱式四向穿梭車：這(This)是一(One)種用(Use)于(At)料箱存取的(Of)機器人(People)。其對應的(Of)技術包括Miniload與多層穿梭車等。Miniload是一(One)種專用(Use)于(At)料箱存取的(Of)AS/RS系統，與托盤式AS/RS相比較，Miniload更加輕巧、快捷，但高度一(One)般不(No)會很高，載荷一(One)般在(Exist)50kg以(By)内；多層穿梭車是一(One)種運行于(At)貨架内的(Of)往複式存取設備，與Miniload相比，它更加快捷靈活，因此，在(Exist)需要(Want)更高存取速度的(Of)情形下，多層穿梭車具有Miniload不(No)可比拟的(Of)優勢，被廣泛應用(Use)于(At)貨到(Arrive)人(People)揀選系統之中。料箱式四向穿梭車則是一(One)種更加柔性的(Of)産品，與托盤式四向車類似的(Of)是，它具有廣泛的(Of)适應性，既可以(By)适用(Use)于(At)各種倉庫型式，也可以(By)靈活的(Of)通過增減小車數量以(By)匹配實際的(Of)需求。尤其在(Exist)貨到(Arrive)人(People)揀選系統中，由于(At)小車可以(By)通過提升機換層，事實上它可以(By)在(Exist)3維空間中靈活運行，因此，國(Country)外更形象的(Of)稱其爲(For)3D Satellite Shuttle car，這(This)是Miniload和(And)多層穿梭車所不(No)能比拟的(Of)。

        四向穿梭車技術是物流倉儲系統中的(Of)革命性技術，尤其是箱式四向穿梭車，其主要(Want)用(Use)途是爲(For)“貨到(Arrive)（機器）人(People)”揀選提供快速的(Of)存取服務，雖然其應用(Use)曆史還不(No)長，但已經引起了行業的(Of)廣泛重視，被認爲(For)是未來(Come)智能物流系統的(Of)重要(Want)組成部分[1][2][3][4]。本文将對四向穿梭車的(Of)技術特點和(And)應用(Use)範圍做詳細論述。

        2 技術要(Want)點

        2.1 工作(Do)原理

        四向穿梭車一(One)般具有兩套輪系，其一(One)套負責X方向行走，另一(One)套負責Y方向行走。小車在(Exist)軌道上運行，遇到(Arrive)轉彎處，是通過更換輪系來(Come)完成的(Of)。因此，貨物單元的(Of)方向在(Exist)整個(Indivual)作(Do)業時(Hour)間内是不(No)變的(Of)。

        小車如果要(Want)變化層時(Hour)，大(Big)多數是通過巷道外的(Of)提升機來(Come)完成的(Of)。小車自動駛入提升機後，提升機提升到(Arrive)所需要(Want)的(Of)樓層，就完成了換層。在(Exist)實際應用(Use)中，提升機有兩種作(Do)業模式：其一(One)是帶車作(Do)業，其二是不(No)帶車作(Do)業。不(No)帶車作(Do)業時(Hour)，提升機僅僅提升貨物單元，帶車作(Do)業時(Hour)，每次作(Do)業，小車與貨物同時(Hour)進入提升機，這(This)時(Hour)其實不(No)需要(Want)換層提升機。顯然，不(No)帶車提升時(Hour)，每層需要(Want)有貨物移載工作(Do)站，這(This)是一(One)筆不(No)小的(Of)成本，而帶車作(Do)業時(Hour)系統會簡單很多，每層的(Of)端部也簡單很多，但效率也會低很多，這(This)是要(Want)注意的(Of)。

        四向穿梭車的(Of)最大(Big)特點是每台車都可以(By)抵達倉庫每一(One)個(Indivual)貨位，因此，從理論上講，如果沒有出(Out)入庫能力要(Want)求的(Of)話，一(One)個(Indivual)倉庫布置1台小車即可以(By)完成整個(Indivual)倉庫的(Of)出(Out)入庫作(Do)業。這(This)對于(At)出(Out)入庫頻率較低的(Of)系統，具有很大(Big)優勢。

        作(Do)爲(For)一(One)個(Indivual)系統來(Come)說，四向穿梭車需要(Want)與貨架（軌道）、提升機、輸送系統、通訊系統、充電系統組成一(One)個(Indivual)完整的(Of)系統才能工作(Do)，當然，有關管理、監控、調度和(And)控制的(Of)軟件系統也是必不(No)可少的(Of)。

        2.2 共性技術特點

        無論是托盤式或料箱式，其技術都有一(One)些共性的(Of)特點。這(This)些特點如貨架、軌道、定位、通訊、供電、維修等。

        貨架與軌道：穿梭車系統相對于(At)傳統的(Of)立體存儲系統來(Come)說，貨架是其最大(Big)的(Of)變化。小車經過的(Of)所有路徑均需要(Want)鋪設軌道，轉折路口還要(Want)有特制的(Of)轉接闆，以(By)及每輛小車均需要(Want)有充電點，這(This)是四向穿梭車的(Of)特點，也是使得成本增加的(Of)主要(Want)原因。相對來(Come)說，穿梭車系統對于(At)貨架的(Of)加工精度及安裝精度都比傳統貨架要(Want)高，這(This)樣又會增加加工和(And)安裝的(Of)成本，目前國(Country)内能夠生(Born)産穿梭車貨架的(Of)企業不(No)是很多。尤其對于(At)料箱式穿梭車貨架，要(Want)求更加嚴格。

        定位：穿梭車的(Of)定位一(One)般采用(Use)條形碼和(And)端點開關定位。定位精度要(Want)求達到(Arrive)3mm以(By)内。比AGV簡單的(Of)是，因爲(For)在(Exist)固定軌道上運行，穿梭車不(No)需要(Want)導航系統。

        通訊：如何在(Exist)密集的(Of)貨架中實現通訊，其實是需要(Want)經驗和(And)技巧的(Of)。選用(Use)什麽樣的(Of)天線和(And)通訊技術，對項目的(Of)穩定性非常重要(Want)。

        供電：一(One)般采用(Use)電容+锂電池方式，電容要(Want)保證一(One)次充電能夠完成一(One)次最遠的(Of)作(Do)業，這(This)對于(At)車的(Of)配置來(Come)說，會有比較大(Big)的(Of)差異。路徑越長，需要(Want)的(Of)電容器越大(Big)。電池隻能作(Do)爲(For)輔助供電，避免小車在(Exist)中途停電或電壓過低而無法工作(Do)。

        控制：歐洲的(Of)穿梭小車控制均采用(Use)PLC居多，但這(This)樣成本會較高。在(Exist)日本，采用(Use)專用(Use)的(Of)集成電路闆進行控制，可以(By)大(Big)大(Big)降低産品的(Of)成本。國(Country)内的(Of)設備也有兩種選擇。

        調度系統：對四向穿梭車來(Come)說，一(One)個(Indivual)作(Do)業區域往往會有多台車同時(Hour)作(Do)業，如何提升系統的(Of)總體效率，需要(Want)對小車進行作(Do)業調度。調度的(Of)内容包括：車況識别，選用(Use)什麽車，路線規劃等。車越多，調度越重要(Want)。難度也越大(Big)。

        維修：相對來(Come)說，由于(At)托盤式穿梭車尺寸較大(Big)，巷道較寬，層高也較高，因此，理論上人(People)員可以(By)進入貨架内部進行操作(Do)。而料箱式穿梭車則不(No)然，因此，一(One)方面，要(Want)盡量避免進入貨架中，另一(One)方面，則在(Exist)設計中要(Want)考慮進入貨架内部的(Of)可能，這(This)是其重要(Want)差别。

        2.3 非共性技術特點

        托盤式四向穿梭車

        移載：對于(At)托盤式穿梭車來(Come)說，運輸的(Of)貨物單元是托盤，重量一(One)般會達到(Arrive)500~1000kg，因此，小車的(Of)移載裝置既不(No)能采用(Use)貨叉，也不(No)能采用(Use)鏈條等方式，而是直接通過駛入貨架，将托盤放置在(Exist)貨架軌道上，這(This)是托盤穿梭車的(Of)特點。這(This)一(One)做法可以(By)很容易實現密集存儲，但帶來(Come)的(Of)問題是作(Do)業效率會下降，而且貨架的(Of)成本會增加。

        提升機：提升機負責貨物托盤的(Of)入出(Out)庫作(Do)業。是四向穿梭車系統的(Of)關鍵輔助設備。托盤式的(Of)提升機，既可以(By)提升托盤，也可以(By)提升穿梭車，并且兩者可以(By)共用(Use)。  

        速度和(And)加速度：空載穿梭車速度可以(By)達到(Arrive)4m/s以(By)上，有載一(One)般爲(For)3m/s，加速度一(One)般爲(For)0.5m/s2。但不(No)同的(Of)要(Want)求，也可以(By)有所變化。

        料箱式四向穿梭車

        移載：相對來(Come)說，料箱式穿梭車就要(Want)靈活得多。這(This)主要(Want)是單元變小變輕以(By)後，可以(By)有多種方式進行移載。最簡單的(Of)方式是采用(Use)貨叉。爲(For)了提升存儲密度，可以(By)采用(Use)雙深度的(Of)貨叉，有時(Hour)，爲(For)了适應不(No)同寬度的(Of)紙箱，貨叉還可以(By)改變寬度。貨叉其實是穿梭車最重要(Want)的(Of)部件。歐洲的(Of)專業公司開發的(Of)貨叉，其售價有時(Hour)高達10萬元以(By)上。

        提升機：有兩種典型的(Of)結構，帶車提升機和(And)不(No)帶車提升機。帶車提升機主要(Want)用(Use)于(At)穿梭車的(Of)換層，有時(Hour)，爲(For)了簡化系統，也可以(By)采用(Use)每次都帶車作(Do)業，但作(Do)業效率會大(Big)打折扣。不(No)帶車提升機會有較大(Big)的(Of)提升能力，有時(Hour)還可以(By)采用(Use)雙工位的(Of)提升機，每小時(Hour)的(Of)提升能力達到(Arrive)250~500次。

        速度和(And)加速度：爲(For)了提高作(Do)業效率，小車的(Of)速度會高達5m/s，因爲(For)采用(Use)夾抱裝置，小車的(Of)加速度則可達到(Arrive)2m/s2，這(This)樣大(Big)大(Big)提升了小車的(Of)作(Do)業效率。對提升機來(Come)說，提升速度一(One)般也會達到(Arrive)4~6m/s，以(By)匹配整個(Indivual)系統的(Of)效率。（以(By)上數據參考北京伍強科技的(Of)紅蟹I号四向穿梭車）

        3 應用(Use)領域探索

        3.1 托盤式

        托盤式四向穿梭車的(Of)應用(Use)，主要(Want)是在(Exist)密集存儲方面，尤其是冷鏈物流系統。在(Exist)冷鏈系統，尤其是-18°C及以(By)下的(Of)冷鏈系統，采用(Use)四向穿梭車進行儲存，可以(By)大(Big)幅度提升空間利用(Use)率，并可以(By)大(Big)大(Big)改善作(Do)業區的(Of)環境，使作(Do)業人(People)員工作(Do)更加舒适。

        密集存儲的(Of)技術有很多種，對AS/RS系統來(Come)說，采用(Use)雙深貨位是一(One)種非常有效且實用(Use)的(Of)做法，對于(At)穿梭闆和(And)子母車來(Come)說，密集存儲的(Of)效率也很高，其與四向穿梭車的(Of)類似，但四向穿梭車更加靈活、柔性，适應性強，這(This)是其主要(Want)特點。

        在(Exist)其它應用(Use)領域，四向穿梭車還有很多，如采用(Use)四向穿梭車系統作(Do)爲(For)發貨暫存就是一(One)種很好的(Of)應用(Use)，可以(By)大(Big)大(Big)節約空間，并可實現自動化作(Do)業。此外，采用(Use)四向穿梭車代替輸送系統完成長距離輸送應是一(One)種選擇，但這(This)方面的(Of)應用(Use)目前并不(No)多。

        總體來(Come)說，托盤式的(Of)四向穿梭車應用(Use)還受限制，其主要(Want)原因在(Exist)于(At)性價比。作(Do)爲(For)存儲來(Come)說，AS/RS更受人(People)歡迎，自動化比較低的(Of)場合，則采用(Use)穿梭闆更爲(For)節省。但四向穿梭車畢竟是一(One)種高柔性的(Of)技術，其應用(Use)在(Exist)未來(Come)會有較大(Big)的(Of)發展空間。

        3.2 料箱式

        相對于(At)托盤式四向穿梭車應用(Use)受限，料箱式的(Of)四向穿梭車的(Of)應用(Use)則非常廣泛。一(One)方面固然與其靈活性和(And)柔性有關，更爲(For)重要(Want)的(Of)是電商的(Of)發展，推動了拆零揀選的(Of)快速發展。而四向穿梭車的(Of)高效率，是其備受歡迎的(Of)重要(Want)原因之一(One)。其主要(Want)應用(Use)概述如下：

        “貨到(Arrive)人(People)”存儲系統：四向穿梭車的(Of)最早應用(Use)即是其在(Exist)貨到(Arrive)人(People)揀選系統的(Of)應用(Use)，相對于(At)多層穿梭車而言，四向穿梭車不(No)僅效率高，而且具有很高的(Of)柔性，這(This)樣使得它的(Of)應用(Use)場合更加廣闊。但随着對出(Out)入庫能力要(Want)求的(Of)不(No)斷提升，當小車的(Of)能力成爲(For)瓶頸時(Hour)，多層穿梭車的(Of)價格優勢将比較明顯。

        集貨與排隊：與托盤四向車一(One)樣，料箱式四向穿梭在(Exist)發貨過程中也常常用(Use)于(At)集貨與排隊。它與托盤的(Of)不(No)同之處在(Exist)于(At)，料箱可以(By)直接對接伸縮皮帶機，從而更加直接的(Of)完成裝車工作(Do)。對于(At)具有多個(Indivual)發貨目的(Of)地的(Of)情形，穿梭車還可以(By)扮演排隊的(Of)角色，解決以(By)前關于(At)裝車順序問題。

        其它：料箱式的(Of)四向穿梭車，應用(Use)十分廣闊。目前了解到(Arrive)的(Of)應用(Use)包括各類大(Big)規模存儲系統（尤其是庫容量大(Big)，出(Out)入庫頻率不(No)高的(Of)情形），如圖書館、檔案館等。此外，在(Exist)物流的(Of)其它環節，如生(Born)産的(Of)線邊庫，分揀系統等，均有應用(Use)的(Of)前景。

        4 發展趨勢

        四向穿梭車無疑是一(One)項具有裏程碑意義的(Of)技術。其應用(Use)還處于(At)初級階段，未來(Come)的(Of)發展還有很大(Big)的(Of)空間。從技術上來(Come)講，主要(Want)有以(By)下幾方面：

        更加柔性化：柔性是物流技術發展的(Of)基本方向之一(One)，AGV的(Of)應用(Use)即充分說明了這(This)一(One)點。四向穿梭車從目前的(Of)應用(Use)看，還有進一(One)步柔性化的(Of)空間。如可自行升降的(Of)四向穿梭車和(And)可在(Exist)地面行走的(Of)四向穿梭車即是兩個(Indivual)有意義的(Of)研究課題。即将AGV，提升機，穿梭車融爲(For)一(One)體的(Of)技術。這(This)些技術已經有一(One)些研究成果。

        更加智能化：四向穿梭車在(Exist)用(Use)于(At)拆零揀選時(Hour)，小車的(Of)調度對效率的(Of)影響非常大(Big)。越大(Big)的(Of)系統，智能化的(Of)效果越能體現。比如各種路線優化與排隊，就對系統的(Of)效率會産生(Born)很大(Big)的(Of)影響。此外，小車的(Of)運行狀态的(Of)實時(Hour)監測，對于(At)系統的(Of)正常運行也有大(Big)的(Of)影響。所有這(This)些工作(Do)都是未來(Come)需要(Want)不(No)斷提升的(Of)。

        更高性價比：四向穿梭車的(Of)穩定性是保證系統正常高效運行的(Of)關鍵。從目前的(Of)應用(Use)看，還有待進一(One)步提升。與AGV（kiva）和(And)多層穿梭車相比，料箱式四向穿梭車因爲(For)結構複雜，成本要(Want)高出(Out)不(No)少，如何不(No)斷優化，降低成本，提升性價比，對于(At)市場的(Of)接受是有幫助的(Of)。

        标準化與系列化：目前主要(Want)以(By)标準尺寸的(Of)穿梭車爲(For)主，未來(Come)會有一(One)些變化。

        盤式四向穿梭車：主要(Want)适應于(At)1200*1000标準托盤，承載能力爲(For)1000kg，未來(Come)的(Of)系列化會從托盤尺寸和(And)承載能力兩方面考慮。如載荷會有500/750/1000/1250幾個(Indivual)等級，以(By)滿足市場不(No)同的(Of)需求。尺寸方面，系列組合的(Of)會更多一(One)些。

        料箱式四向穿梭車：主要(Want)适應于(At)600*400标準箱，承載能力爲(For)50kg，未來(Come)的(Of)系統主要(Want)從尺寸、貨叉型式方面尋求系列化，以(By)适應市場需求。

        标準化和(And)系列化是産品發展的(Of)必由之路，但由于(At)每一(One)台穿梭車在(Exist)出(Out)廠前均要(Want)經過嚴格的(Of)測試，而每個(Indivual)型号的(Of)新車都要(Want)經過嚴格的(Of)定型測試，這(This)些工作(Do)會給系列化帶來(Come)挑戰。從伍強科技的(Of)經驗看，因爲(For)要(Want)給每一(One)項新産品搭建試驗台，新産品的(Of)試驗不(No)僅耗時(Hour)耗力，而且也影響産能。

        參考文獻

        [1] 尹軍琪，配送中心拆零揀選技術與方案選擇[J]，物流技術與應用(Use)，2012.6

        [2] 尹軍琪，物流倉儲設備和(And)系統的(Of)柔性化設計[J]，物流技術與應用(Use)，2014.10

        [3] 尹軍琪，“貨到(Arrive)人(People)”揀選技術及其應用(Use)[J]，物流技術與應用(Use)，2015.10

        [4] 尹軍琪，漢諾威CEMAT2016觀展記[J]，物流技術與應用(Use)，2016