AGV系列之AGV舵轮简介 | 留言赠书

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AGV系列之导航引导技术介绍

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AGV系列之常见驱动车轮的有哪些

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百亿级市场的AGV：初识AGV

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舵轮介绍

舵轮，如下图1所示，专业又陌生的名字，是一个新兴的智能高科技产业链。之所以称之为舵轮，是因为它集成了驱动电机、转向电机、减速机等一体化的机械结构，集产品、行走、牵引和转向功能为一体，可以荷载和牵引较重货物。可快速部署AGV、移动式机器人等。完美满足AGV的应用需求。因此，舵轮驱动是AGV应用的发展方向。相比传统AGV小车差速控制方式，舵轮集成化高，适配性强，配合伺服系统使用精度更高，响应更快。

图1舵轮

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舵轮构成

舵轮主要由电机、齿轮箱、减速机、编码器、转向盘、车轮、制动器、限位开关等零件组成。如下图2所示。

图2舵轮的构成

驱动轮机构组成：

驱动部分采用直流电机和传动箱组合，反对称安装方式。这种方式可以在使轮对同轴，提供较大动力（通常电机外形尺寸和功率成一定比例）的情况下，大大缩短轮距，节约空间，以使机器人体积小型化。由于采用这种安装方式，电机的选择就可比较广泛，齿轮变速箱的作用可以提升扭矩，减小转速，也可以利用之间的摩擦自锁在需要停止时起到刹车作用，同时延长轴距以满足轮对安装需要。

产品特点：

1. 体积小巧：采用一体化设计，体积小，重量轻；
2. 操作简单：集成自动居中功能；
3. 适应性强：针对机器的可移动需求，核心组件配备防震系统，有效防止设备运输、使用过程中因意外冲击对机器核心部件造成害；
4. 形式多样：卧式和立式/交流或直流电源；
5. 驱动加转向系统。

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舵轮形式

根据电机的安装位置可以将舵轮分为两种：卧式和立式，分别如下图3所示。卧式舵轮的驱动电机横向安装，因此整体高度很低，有些AGV对高度有要求（例如潜入式的AGV要很矮才能钻到货物底下），这时就适合使用卧式舵轮；立式舵轮的驱动电机竖着安装，其整体高度偏高，它的优点是方便将电机隔离起来，在有些场合（例如危险品工厂），要求舵轮电机与外部环境隔离，这时就适合使用立式舵轮，因为它容易做防爆处理。

两者在驱动结构上都配有大功率行进舵机以及上方的齿轮盘，在控制方式上都是采用大功率驱动电机控制舵轮的行进，采用小功率的转向电机控制舵轮的转向。舵机有两种供电方式：交流供电和直流供电。直流供电比交流供电稳定性强，控制简单，卧式舵轮比立式舵轮结构更紧凑，但价格上更高。

图3卧式和立式舵轮

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舵轮底盘

AGV小车的底盘结构决定了小车的驱动和转向方式，并限定了车体的主要运动性能和动力特性。所以在设计的过程中，首先要根据使用要求确定底盘结构形式，才能根据具体受控对象模型建立车体运动学和动力学模型，并根据模型参数选择适当的控制规律，以获得满意的控制效果。因此确定正确的车体底盘模型是建立车体动力学模型的基础。

舵轮既能提供牵引力（驱动），也可以主动转向，因此一个舵轮有两个自由度。AGV使用一个或以上的舵轮就可以实现全向移动：横移、纵移、原地旋转、斜行等等。舵轮一般用于地面条件较好的室内环境，所以轮面的材料多为聚氨酯。舵轮的运动精度决定了AGV的重复定位精度，所以舵轮的好坏对AGV的性能有重要的影响。

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舵轮驱动

AGV小车的底盘结构常采用单舵轮、双舵轮、四舵轮形式，为系统控制舵轮的行走转向做铺垫，同时控制小车的行走和转向，实现全方位的行走。驱动轮分别与伺服电机相连，调节轮的速度同时可改变轮的转动方向，从而改变小车的速度和前进方向。此种结构能够充分保证小车的平衡性与稳定性及工厂对于载重的高需求。

单舵轮：

• 优点：单舵轮AGV转向相比较简单，与双舵轮AGV的单舵轮专项类似，但是由于单舵轮AGV的后轮为随动轮，不需要考虑电机配合的问题。
• 缺点：车体由单舵轮牵引行进，所实现的动作相对简单。

双舵轮：

• 优点：通过调整两个舵轮的角度及速度，可以使小车在不转动车头的情况下实现变道，转向等动作：甚至可以实现沿任意点为半径的转弯运动，有很强的灵活性。
• 缺点：两套舵轮增加了成本，而且AGV在进行机动时经常需要两个舵轮进行协调控制，这为对电机和控制精度要求较高，进一步增加了开发难度和成本。

四舵轮：

AGV小车采用四舵轮形式，轮系布置结构如下图4所示。四个车轮既是驱动轮又是转向轮，每个车轮都有两个电机单独控制，一个电机控制小车驱动，一个电机控制小车转向，可以实现小车的纵向、横向、回转等方向的行驶，。全轮转向驱动的方式的优点是转向灵活，能够在狭小的空间自由移动行驶，不需要很麻烦的算法。车体各轮间通过转速和旋向的配合即可实现移动小车的全方位运动。缺点是整体结构较为复杂。

图4 四舵轮全向结构

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舵轮控制

AGV小车通过内外传感器感知外部环境信息和自身状态，完成相应动作。AGV小车根据导向传感器所得到的位置信息，将信号传递给车载控制器，按小车的路径所提供的目标值计算出小车的实际控制命令值，控制器处理信号后（即给出小车的设定速度和转向角），向舵轮驱动单元的伺服电机发送命令使电机做出调整，如下图5所示，从而控制舵轮使AGV小车按照导航路线在路面上行驶。所以舵轮的协调控制就尤为重要。控制舵轮保持同步动作就可以控制AGV小车地面上的前进、后退、旋转以及转弯等一系列动作。

图5 舵轮的控制原理

注：

以上图片及部分内容摘自网络，如有内容错误的地方欢迎纠正，如有涉及版权问题，请告知本人撤销，谢谢！

作 者 简 介

王刚

剑指工控运动控制专家

主要从事系统集成，运动控制设备应用二次开发。目前主要从事并联六自由度平台、振动台、道路模拟试验设备、疲劳或加载试验设备、AGV小车、视觉测量等非标设备应用开发。