激光导航AGV车结构设计概述
智能制造观察员2019-12-27 14:44
本文的目的是使客户更好的理解"激光导航AGV"的结构设计要点，本文主要讨论的是适合做激光导航控制的AGV结构，不适合激光导航的AGV结构或不常见的结构，本文不做讨论。
常见激光导航AGV:单舵轮激光叉车、双舵轮AGV、双轮差分AGV、麦克纳姆轮AGV。主要差异在于底盘结构。不同底盘结构适合不同的应用场景。
· 双轮差分AGV：适合500Kg负载内的AGV,可以原地旋转、不能平移。
· 麦克纳姆轮AGV：适合运行频率较低、同时要求任意方向平移和旋转的场合。
· 单舵轮激光叉车：适合1吨以上负载、叉车类应用场景。
· 双舵轮AGV： 适合1吨以上负载、同时要求可以任意方向平移的场合。
· 根据运货方式可以分：顶升式、牵引棒式、拖挂式、滚筒式等。
1、 底盘设计
底盘最终性能要求：
1）面对各种高低起伏的路面，所有驱动轮必须着地，这样驱动轮才可以正常传递牵引力，否则出现悬空打滑的现象。
2）空载和满载状态下，传递到驱动轮上面的正压力足够大，足以驱动上爬设计坡度。最大牵引力=驱动力正压力*驱动轮摩擦系数。需要克服阻力=滚动摩擦阻力+自重在坡度方向的分量。
注意：针对AGV的工作工况，一般不需要做类似于汽车的阻力减震的（特殊场景除外）。
2、 舵轮简介
舵轮有一个行走轮和一个转向轮组成。行走轮负责牵引，转向轮负责牵引方向。
舵轮根据安装结构的不同分：卧式舵轮和立式舵轮。舵轮承载一般在500Kg以上。行走轮一般会带刹车。
驱动电机分：直流有刷、交流异步电机、交流同步电机。直流有刷是最早舵轮厂商采用的电机，今后的趋势是交流同步电机将会成为主流。
国外舵轮品牌：意大利CFR（浙江同普代理）
国外驱动器品牌：美国ROBOTIQ、 AMC、 Copley、 美国CURTIS柯蒂斯
国产舵轮品牌：巨轮、广州智轮、凤凰动力等
国产驱动器品牌：步科、兴颂、北京诺泰信、亚大传动等。
3、 脚轮介绍
脚轮从运动原理上分：定向轮、万向轮。具体选用要看底盘结构。
脚轮主要指标是：材质、承载能力。
不同材质的抗磨损能力不一样，人造胶一类材质较软，运行静音性能好，对地面保护友好。但是使用久后容易磨损，所以要考虑使用寿命进行更换。
聚氨酯材料，可以做成不同的硬度，高硬度聚氨酯抗磨性能好，但是运行噪音大，长时间运行容易把地坪漆磨出印记。
万向轮分单轮结构和双轮结构，建议120mm直径下的选用双轮结构，保证转向灵活性。在AGV空间结构允许的情况下，尽量选用大轮径的脚轮和驱动轮，带来的好处是寿命长、越障碍物、过空沟能力更强。
驱动轮一般需要根据选用的减速器定制、或者直接购买减速器和驱动轮一体的产品。
驱动轮用减速器一般采用法兰输出行星减速器，尽量不要选择拐角行星减速器（价格高、噪音大）。
脚轮品牌：科顺、上海屹上。
减速器品牌：纽斯达特、东莞威格
4、 减速器和驱动轮一体
建议直接采购减速器和驱动轮一体结构。结构紧凑、故障率低。
5、 单舵轮结构
该结构在叉车上面有着非常广泛的应用。
底盘有1个舵轮、 2个定向轮组成。通过3点确定一个平面的原理，我们知道，这种结构
可以直接适应各种地面，保证驱动舵轮一定着地。根据车重心分布的不同，舵轮是大概会承担50%的自重，所以牵引力非常强。
设计要点：
1）脚轮计算和选型。
2）舵轮计算和选型。
3）底盘上面刚性连接2个定向轮、 1个舵轮。
6、 双舵轮结构
双舵轮底盘由2个舵轮、 2个万向轮组成。 2个舵轮和2个万向轮分别成对角布置。这个4个轮都会受力，为了适应不同起伏路面，需要把2个轮做成上下浮动结构。一般将2个万向轮用弹簧做成上下浮动（或直接选用带弹簧浮动的脚轮）。
浮动结构带来的弊端：横向加速度比较猛的时候，车身会有一定倾斜。
设计要点：
1） 浮动弹簧的选型设计。
2） 弹簧刚度太大时，空载时，可能让舵轮悬空或舵轮正压力太小。
3） 弹簧刚度太小时，满载横向加速时，车身倾斜的厉害
7、 麦克拉姆轮结构
麦克纳姆轮底盘由4个麦克纳姆轮组成，麦克纳姆轮的滚轴倾斜角必须按照下图布置。
该底盘的优点是可以任意方向平移或旋转，是运动灵活度最好的底盘。
运动学要求4个轮子必须同时着地，这样才可以达到理想的运动控制。 4个轮子如果刚性与底盘连接，根据3点确定1个平面的原理可以知道，其中1个轮子必然悬空或受力很小。
为了解决该问题，有如下2种建议方式：
1）将前面或后面2个轮子使用弹簧做成上下浮动结构。
2）将前面或后面2个轮子做成一组浮动桥臂。
所谓的平衡桥臂就是1根杆上面左右固定2个轮子，中间做一个铰接轴和车架固定。使2个
轮子合并为1个受力点。从而使4个麦克纳姆轮都可以同等受力。
8、 双轮差分驱动底盘
服务机器人、 500KG负载以下的AGV常用该结构。
双轮差分驱动底盘可以分2种： 3轮结构、 6轮结构。
3轮结构： 2个驱动轮、 1个万向轮。服务机器人上面有应用。因为是3轮结构，
所以轮与车架采用刚性连接就可以。缺点是，原地旋转时，占用空间较大。
6轮结构： 2个驱动轮在中间、 4个万向轮在车的4个拐角。 6轮结构，必须做特殊浮动处理，才可以保证2个驱动轮始终受力着地。
方案1: 2个驱动轮做2个独立的弹簧上下浮动结构。弊端是：空载和满载时对于弹簧的要求是不一样的，导致适应性较差。特别是爬3度以上的坡时，驱动轮很容易悬空，导致打滑，爬不上去。
方案2：使用3组平衡桥结构，把6个轮子转换为3个受力点。
弹簧浮动结构。可以采用剪刀叉或导向轴来上下导向。
9、 3组平衡桥底盘
左驱动轮+左后万向轮=1号驱动平衡桥
右驱动轮+右后万向轮=2号驱动平衡桥
左前万向轮+右前万向轮=万向轮平衡桥
10、 激光雷达
激光雷达分：测量雷达、避障雷达、测量避障两用雷达。按照应用场景分：室内、室外。
雷达最重要参数是测量距离。用户先根据应用场景，评估需要雷达的探测距离。
11、 激光雷达的安装要求
激光雷达分：测量雷达、避障雷达、测量避障两用雷达。
1、首先根据雷达抗震动和冲击能力，确定是否需要减震支架。
2、如果不需要减震支架，可以使用安装耳固定或者雷达上面的其它
固定螺丝孔。
3、避障雷达要求水平朝上倾斜5度左右，以解决高反射物体的探测。
4、测量雷达要求安装平面尽可能与地面平行，用于提高普通定位精
度，因为如果有倾斜角度的话，雷达在不同位置探测出来的轮廓会有
较大误差，最终影响定位精度。
5、激光头安装的位置最好低于200mm的地方，约170mm高度安装位
置最佳（即可做安全避障， 又可以做测量用）。根据车身结构去选择
雷达正装或倒置安装都可以。
6、在雷达布置上面，可以选择车头中间位置、或者车的4个对角点。
如果布置2个雷达在车对角，可以实现车身360度都被激光雷达探测到，
从而避障无死角。
7、不同车体，雷达的安装x、 y方向和旋转姿态会有误差，最终导致
理论相同的定位点，车体却有不同的位置和姿态。通过导航系统可以
设置这3个误差的补偿值，从而保证多车一致性。
12、 避障安全设计
先查阅安全相关标准，确定整车需要达到的安全级别，然后根据安全级别选择安全方面的部件和设计。
整车的安全级别来说，一般是负载越大、速度越快的AGV，安全级别要求就越高。
安全相关的传感器。
1）避障用激光雷达。
2）机械防碰撞结构（拉绳式、橡胶开关式）。建议车身前后安装橡胶防撞条。
3）超声波传感器（不建议使用，多台相互之间容易干扰，单台使用也建议不超过1个）
4）红外避障传感器（容易受阳光干扰）
电气要求：
1）如果要符合欧盟严格的安全要求，需要选择黄色安全避障雷达，同时雷达避障信号必须用黄色安全PLC和电机控制回路关联。
2）机械碰撞信号，急停开关信号，必须使用继电器切断行走电机驱动器的动力或连接到
安全专用STO接口。
13、 充电结构
AGV上面一般会设计手动充电插头。看是否需要自动充电，来决定是否设计自动充电结构。
手动充电插头可以使用：航空插头或安德森插头。 充电电流15A以下可以选用航空插头。安德森插头最大350A的规格都有。
自动充电一般采用刷块式结构。安装方式有：底部、前面、侧面。建议采用前面安装，充电部位安装一对光电开关。 AGV到位后，通过光电开关发出光电信号，控制充电器的工作。
14、 附属执行机构-牵引棒机构
传统牵引棒机构使用弹簧和机械式开关。故障率高。建议采用非弹簧凸轮结构+光电检测开关。
直流减速马达可选择ZHENG ZGB60FG
导向建议采用铜套而不是线性轴承（导柱碰撞后，容易损坏线性轴承）
15、 附属执行机构-顶升机构
顶升机构用于AGV钻到货物底部后，把货物顶起来，运输到目的地后，下降放置到架子上面，然后AGV离开。
常用顶升机构。
1）涡轮丝杆+4导向立柱，使用直流有刷或无刷电机，上下限位安装感应开关。
2）使用一体化的丝杆。
16、 附属执行机构-滚筒机构
一般选用电动滚筒来实现，在滚筒的2个端部设计反射式光电开关，用来检测物料的
到位情况。 2个端部同时可以设置顶升式阻挡机构，用于阻挡物品。
阻挡机构可使用电动推杆作为执行元件。
本文的目的是使客户更好的理解"激光导航AGV"的结构设计要点，希望对您有所帮助。
举报/反馈
0
0
收藏
分享
