張曉東 鐘甫廣 林深和 王震 葉佳燕

摘要：為了提高工廠中貨物運輸?shù)男省⒐?jié)省運輸空間，可以為工廠帶來更大的收益，本文提出了一種單驅(qū)動雙向AGV的研制。本文利用差速驅(qū)動原理，以及對驅(qū)動總成的設(shè)計，得到一種單驅(qū)雙向AGV，不僅可以通過調(diào)整左右驅(qū)動輪速度的不同來實現(xiàn)不同半徑的轉(zhuǎn)彎，還可以直接進行前進、后退的運輸，不需要進行調(diào)頭，大大提高了工廠的生產(chǎn)車間中貨物運輸?shù)男省?/p>

關(guān)鍵詞：AGV;設(shè)計;驅(qū)動總成;工廠

0? 引言

AGV即自動導(dǎo)向小車（Automated Guided Vehicle），是一種以蓄電池作為電源，用某種制導(dǎo)方式控制其運行路線的自動化智能搬運設(shè)備。[1]在工廠、車間中，搬運貨物是一個簡單但很繁瑣的過程，為了節(jié)省人工，避免工人在搬運貨物過程中遇到危險，很多工廠及車間都采用了AGV運輸。在《中國制造2025》的熱潮下，各個工廠、車間都向往著更加高效的運輸方式，傳統(tǒng)的單驅(qū)動單向的AGV由于無法實現(xiàn)倒退的功能，效率比較低下，無法滿足高強度的運輸工作;而雙驅(qū)動多向AGV雖然可以完成復(fù)雜的運動路線但是缺點也是十分明顯，首先是它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，再者是造價高昂，后續(xù)維修也是耗時耗力，其實現(xiàn)在大多數(shù)的工廠和車間都無需用到這么復(fù)雜的雙驅(qū)動多向AGV。

在這種現(xiàn)實背景下，本文將探討單驅(qū)雙向AGV的研制。下文將從車身總裝設(shè)計、電池組合設(shè)計、驅(qū)動總成設(shè)計、導(dǎo)航設(shè)計、升降輪設(shè)計五個方面對單驅(qū)雙向AGV的結(jié)構(gòu)進行闡述，其中著重闡述驅(qū)動總成設(shè)計部分。

1? 車身總裝設(shè)計

單驅(qū)雙向AGV主要包括車身總裝、電池組合、驅(qū)動總成、升降輪四個裝置的設(shè)計。車身總裝的設(shè)計主要考慮到車身的大小設(shè)計、外觀設(shè)計，還有各個零件安裝位置的分布，如傳感器、控制板、電池等，而且還要考慮到車身前后的重量平衡情況。因此把所有的電子元件都放在車身的前端，且還設(shè)有AGV的控制面板，開關(guān)機按鈕、警示燈、電量顯示器等等，驅(qū)動總成放置在車身中部，電池則放在車身的后半部分。在材料選擇上，采取了薄鋼鈑金，通過焊接的方式使得各個鈑金連接起來，這樣可以在滿足車身剛度、強度的條件下，還可以大大降低車身的重量。另外車前還裝有防撞條，可以防止AGV出現(xiàn)意外脫軌時撞壞其它設(shè)備。單驅(qū)動雙向AGV的設(shè)計圖如圖1所示。

2? 電池組合設(shè)計

電池組合是由電池箱、電池、輪子等零件構(gòu)成，可以為AGV提供足夠的動力。為了增加AGV的靈活性及強續(xù)航行性，本文采用了型號為6-EVF-60AH的鉛酸電池來進行供電。理想的電池應(yīng)該具有十分高的能量密度、能夠在放電過程中保持恒定的電壓、內(nèi)阻小以便具有快速放電能力、能夠耐高溫、可充電以及成本低等。[2]鉛酸電池密封性能好，使用時不容易出現(xiàn)漏電的情況，安全性能好，其次鉛酸電池成本低，這就降低了AGV小車的成本。但由于鉛酸電池非常重，一個鉛酸電池約有十五公斤，為了方便把電池取出進行充電，我們在電池箱下裝了驅(qū)動輪，這樣可以大大減少電池箱與車身的摩擦，另外電池箱前端裝有拉手，讓員工將電池取出時有很好的著力點。電池箱上還裝有插銷，把電池箱放進AGV的車身以后，按下插銷，就可以有效地防止電池箱在AGV小車運行時滑出地風(fēng)險，大大提高了AGV小車地安全性。

3? 升降輪設(shè)計

升降輪是單驅(qū)雙向AGV的重要一環(huán)，因為它操作簡便，成本較低，且能解決單驅(qū)動雙向AGV在行走過程中會出現(xiàn)的運行不平穩(wěn)，容易脫軌等問題。升降輪主要由電機、凸輪、限位開關(guān)、軸承、導(dǎo)向軸等零件構(gòu)成。升降輪的設(shè)計原理是：由電機帶動凸輪進行旋轉(zhuǎn)，進而控制左右限位開關(guān)的接通與斷開，來控制腳輪的上下移動。

4? 驅(qū)動總成設(shè)計

單驅(qū)動雙向的驅(qū)動總成是由驅(qū)動裝置、減震裝置、旋轉(zhuǎn)裝置三個部分組成。驅(qū)動裝置主要由電機、驅(qū)動輪、支撐架構(gòu)成，電機裝在支撐架上，驅(qū)動輪通過轉(zhuǎn)軸與電機相連，主要用于對AGV進行驅(qū)動，電機采用的是直角直流無刷電機，型號為Z6BLD200-24GUL-30S/6GU30LC，電壓24V，功率200W，減速比30。采用直角是為了節(jié)省空間，且由于鉛酸電池提供的是直流電，所以采用直流電機，另外由于AGV需要控制驅(qū)動輪速度的大小來調(diào)整AGV的位置，所以采用速度調(diào)節(jié)效果更好的無刷電機;減震裝置主要是一個彈簧，該彈簧不僅起到緩沖吸震的效果，還可以避免驅(qū)動輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的問題。因為現(xiàn)實中的場地是凹凸不平的，當(dāng)出現(xiàn)左右邊地板高低不一時，就需要減震裝置把驅(qū)動輪的位置調(diào)整好，使得驅(qū)動輪與地面緊密接觸，避免空轉(zhuǎn);旋轉(zhuǎn)裝置主要由轉(zhuǎn)軸、軸承等零件構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸一端連接在支撐架上，另一端安裝軸承，然后用軸承座將軸承保護起來，軸承座與車身相連，使得車身可以相對驅(qū)動總成進行轉(zhuǎn)動，是為了實現(xiàn)AGV的轉(zhuǎn)彎功能。由于軸承承受的主要是徑向力和少量的軸向力，所以采用的軸承是深溝球軸承。該驅(qū)動總成的設(shè)計采用的是差速驅(qū)動原理，通過控制電機來使得驅(qū)動輪正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)AGV的前進與后退，還可以控制左右兩邊驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速不同，來實現(xiàn)AGV進行不同半徑的轉(zhuǎn)彎功及不同方向的轉(zhuǎn)彎功能。

5? 磁導(dǎo)航設(shè)計

AGV的導(dǎo)航方式有很多，常見的有激光導(dǎo)航和磁導(dǎo)航。該單驅(qū)雙向AGV采用的是磁導(dǎo)航形式，因為工廠生產(chǎn)車間中，地理環(huán)境非常復(fù)雜，不適合采用激光導(dǎo)航，而磁導(dǎo)航不僅幾乎不怕工廠環(huán)境的干擾，而且容易鋪設(shè)。[3]另外磁導(dǎo)航設(shè)計簡單，造價便宜，精度要求能夠滿足大部分工廠車間的需求。還有當(dāng)磁帶噴涂了不同顏色以后，可以跟車間的各種警示線融為一體，不影響車間的其它工序正常運作。驅(qū)動總成的前端和后端都裝有型號為XGS-08N磁傳感器，檢測距離是5-55mm，當(dāng)AGV向前行駛時，前端的磁傳感器起感應(yīng)作用，當(dāng)向后行駛時，則后端的傳感器起感應(yīng)作用。

型號為XGS-08N磁傳感器是一種內(nèi)置8個采樣點的傳感器，只有位于磁條正上方的采樣點能夠檢測到磁條所產(chǎn)生的微弱磁場，當(dāng)采樣點收集到磁場信號時，該采樣點就會輸出低電平，其它采樣點則輸出高電平。當(dāng)AGV在前進過程中時，磁傳感器中的各個采樣點會持續(xù)感應(yīng)磁帶的位置，當(dāng)磁傳感器中間的2-3個采樣點感應(yīng)到磁場信號時，說明此時車身沒有偏離磁帶位置，不需做出調(diào)整，AGV可以繼續(xù)維持原來的運行軌跡;而當(dāng)磁傳感器兩邊的采樣點感應(yīng)到磁場位置時，就說明車體偏離了磁帶，需要改變兩個電機的轉(zhuǎn)速，來調(diào)整車體的位置，使得AGV小車沿著磁帶來前進。XGS-08N磁傳感器的外形如圖2所示。

6? 結(jié)語

本文所提供的一種單驅(qū)動雙向AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不僅結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，而且成本低廉，可以有效地解決中小型工廠生產(chǎn)車間的運輸困難問題，降低工廠的運輸成本。但該單驅(qū)動雙向AGV沒有自動充電的功能，無法達到完全的自動化要求。因此，在后續(xù)的研究中會嘗試解決這個問題，讓單驅(qū)動雙向AGV能夠完全脫離人工，實現(xiàn)完全的自動化。

參考文獻：

[1]馮能蓮，何彩青，王繼先.自動導(dǎo)引車在我國輕工業(yè)中的應(yīng)用[J].包裝與食品機械，2006，24（01）：32-35.

[2]鄭耀添.直流電源技術(shù)的發(fā)展方向[J].韓山師范學(xué)院學(xué)報，2005，26（03）：27-29.

[3]吳偉濤，劉文波.磁導(dǎo)引式差速轉(zhuǎn)向AGV的電機確定與磁導(dǎo)航方法[J].機電信息，2012（36）：144-145.