AGV無人車總體設(shè)計

雷開旭 姜翔耀 韋國端

摘 要：計算機(jī)信息技術(shù)以及自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，為AGV的研究與應(yīng)用提供了廣闊的空間，AGV逐漸被廣泛地應(yīng)用于汽車、煙草、物流等各個行業(yè)中，尤其在自動化物流倉庫中AGV發(fā)揮著越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞：AGV;底盤;無人車;物流運輸;自動駕駛

1.前言

在現(xiàn)代物流設(shè)備中，物流搬運AGV已經(jīng)成為了不可缺少的重要工具，其具有智能化且動作靈活的優(yōu)點，能夠大大地提高工作效率。具體來說，物流搬運AGV主要有以下幾個方面的特點：第一，物流搬運AGV可以指定工作類型，能確保重復(fù)工作的可靠性，大大提高工作的效率。第二，物流搬運AGV導(dǎo)向方便，能夠更好的促進(jìn)功能的調(diào)整，有利于整體車間環(huán)境的重新布置。第三，物流搬運AGWV能夠自動將貨物輸送到指定的地點，大大地節(jié)省人力與物力。第四，物流搬運AGV可以更好地配合自動倉庫系統(tǒng)中的自動輸送線，實現(xiàn)貨物的自動裝卸。第五，物流搬運AGV的供電電源是直流電池噪音污染小，能夠有效地改善作業(yè)的環(huán)境。

2.傳感器技術(shù)

要對AGV小車的當(dāng)前位置、速度以及行車姿態(tài)等進(jìn)行實施的監(jiān)控與反饋，才能保證AGV車正常穩(wěn)定的工作，將AGV小車所處的詳細(xì)的狀態(tài)信息反饋給控制器，并根據(jù)具體情況完成上位機(jī)的操作指令。確保AGV小車能夠正常的運行、安全工作的必要條件就是能實施有效獲取內(nèi)部以及外部環(huán)境狀態(tài)，智能化傳感器的出現(xiàn)及發(fā)展進(jìn)一步提高了AGV的智能化程度。目前智能化傳感器主要分為兩種類型，即內(nèi)部與外部，內(nèi)部智能化傳感器主要用于控制以及監(jiān)測測AGV自身，外部傳感器主要是用于感知外部的各種環(huán)境信息，安裝在AGV小車上。

3.智能控制技術(shù)

智能控制主要是指自主驅(qū)動智能機(jī)器實現(xiàn)控制目標(biāo)的種自動控制技術(shù)，隨著計算機(jī)信息技術(shù)以及其他技術(shù)的發(fā)展與滲透，控制技術(shù)得到了深入的研究與發(fā)展，控制系統(tǒng)向智能系統(tǒng)發(fā)展成為了一種必然的趨勢。智能控制技術(shù)的出現(xiàn)主要是為了解決傳統(tǒng)方法難以解決的控制難題，如今主要使用知識學(xué)習(xí)型智能控制、模糊控制、人工智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等這幾種相對成熟的控制方法，國外主要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與模糊控制應(yīng)用于機(jī)器人控制領(lǐng)域。

4.直流電源技術(shù)

AGV必須要有充足的電能才能正常工作，目前AGV主要的供電方式分為無線與有線兩種，其中有線的供電方式制約了AGV的自主性與行走范圍，因此多采用無線的供電方式，主要包括攜帶發(fā)動機(jī)與車身上裝置直流蓄電池這兩種供給方案，然而這兩種方式存在著一定的缺陷，制約了AGV在工作中運行的時間，影響了系統(tǒng)的持久性與可靠性。由此，應(yīng)提高AGV能源供給的可靠性以及效率，這樣才能確保AGV小車順利有效的工作。直流電源技術(shù)是AGV小車發(fā)展的瓶頸AGV需要工作的時間一般持續(xù)在八個小時左右，長時間的工作需要尋求一種滿足長時間放電的、容量大的電池，理想的電池應(yīng)具有非常高的能量密度，需要具有耐高溫、成本低且能夠快速放電、充電等特點。

鎳鎘蓄電池：內(nèi)阻大，可供大電流放電，放電時電壓變化小與其他種類電池相比之下，鎳鎘電池可耐過充電或放過電，操作簡單方便放電電壓依據(jù)其放電電流有些差異，大體上是1.2V左右鎳鎘電池的放電終止電壓為1.0V/CELL，實使用溫范圍在-20度-60度，在此范圍內(nèi)要進(jìn)行放電，可重復(fù)500次以上的充放電。

鋰電池：擁有高能量密度。與高容量鎳鎘電池相比，體積能量是其1.5倍，能量密度是其2倍，高電壓，平均使用電壓為3.6V，是鎳鎘電池，鎳氫電池的3倍，使用電壓平坦而且高容量，廣泛的使用溫度-20度-60度，充放壽命長，經(jīng)過500次放電后其容量至少還有70%以上。由于鋰電池具備了能量密度高電壓高，工作穩(wěn)定的特點。

鉛酸蓄電池：鉛酸蓄電池是一種使用最廣泛的電池，它以海綿狀的鉛作為負(fù)極，二氧化鉛作為正極，我們把這兩種物質(zhì)稱為活性物質(zhì)，用硫酸水溶液作為電解液，它們共同參與電池的電化學(xué)反應(yīng)。鉛酸蓄電池具有良好的可逆性，電壓特性平穩(wěn)，使用壽命長，適用范圍廣，原材料豐富，且可再生使用及造價低廉等優(yōu)點。主要應(yīng)用在交通運輸，礦山，港口，國防，計算機(jī)，科研等國已經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動和人類生活中不可缺少的產(chǎn)品。

5.AGV機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

5.1車體結(jié)構(gòu)形式

AGV小車的結(jié)構(gòu)形式主要包括轉(zhuǎn)向形式驅(qū)動形式以及軸數(shù)三個方面。單驅(qū)動形式結(jié)構(gòu)多用于三輪車體結(jié)構(gòu)，這種車型結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)小車的左右轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)以及后退，該結(jié)構(gòu)對地面要求不高，抓地性較好，多用于小型AGV差速驅(qū)動形式車體包括四個輪子的車型與三個輪子的車型這種車型能夠?qū)崿F(xiàn)小車的左右轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)以及后退、原地自旋等，該車型與單驅(qū)動形式相比，其轉(zhuǎn)彎的效果更佳。四輪子的車型對地面的平整度要求較高，祥和的適應(yīng)性相對較差，不適宜于室外工作。雙驅(qū)動形式多見于四輪車型，其主要優(yōu)點是能夠在運動過程中更好的控制車身變化，可以用于特殊的作業(yè)環(huán)境場合，其主要缺點是車的適應(yīng)性較差，且成本相對較高。多輪驅(qū)動形式多用于八輪車型，該車型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高且難以控制，多用于重載行業(yè)。

5.2車身結(jié)構(gòu)與布置

車身的主要功能是控制原器件，支撐所有的機(jī)械零件，因此，在進(jìn)行車身的設(shè)計時應(yīng)注重其剛度與強(qiáng)度，使其性能可以滿足車體的順利運行以及加速，采用鋼結(jié)構(gòu)件或者鋼管焊接而成，外殼由薄鋼板鈑金而成，在能夠滿足剛度與強(qiáng)度的基礎(chǔ)上減輕車身重量。車身布局要考慮到車身的平衡性，將蓄電池放置于車架底部中間位置，將電機(jī)驅(qū)動器、電器元器件、PLC控制器等放置于車架上。

6.驅(qū)動電機(jī)的選擇

6.1電機(jī)類型

AGV需要具有靈活性、自由性以及較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此一般采用蓄電池供電，多選用直流電動機(jī)。直流電動機(jī)一般分為直流印刷電機(jī)、小慣量直流電機(jī)、寬調(diào)速直流電機(jī)、杯形轉(zhuǎn)子直流電機(jī)。

6.2驅(qū)動單元設(shè)計

文章設(shè)計的AGV的車體主要由兩個萬向輪于兩個驅(qū)動輪支撐，驅(qū)動電動機(jī)不僅能夠通過左右輪的差速實現(xiàn)AGV的轉(zhuǎn)向，而且是AGV行駛的動力，為了確保車能夠正常的載重運行，順利的完成各項動作，需要很據(jù)電機(jī)的特性，并計算出電機(jī)的驅(qū)動扭矩，進(jìn)而確定小車的驅(qū)動電機(jī)的大小與減速器減速比。

7.結(jié)語

AGV小車是物流倉庫自動化以及智能化的體現(xiàn)，使整個自動立體倉庫自動化的重要工具。AGV技術(shù)目前主要以室內(nèi)應(yīng)用為主，今后將會根據(jù)市場及行業(yè)的發(fā)展需求逐步發(fā)展為戶外或者半戶外。在新技術(shù)、新設(shè)備日益更新的當(dāng)今社會GV將會具有更加廣闊的發(fā)展空間及平臺。

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作者簡介：

雷開旭（2000年2月2日）， 性別男，民族漢族，籍貫山東省德州市，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科生

姜翔耀（1998年9月12日），性別男，民族漢族，籍貫河南省商丘市，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科生

韋國端（1998年11月15日），性別男，民族水族，籍貫貴州省三都水族自治縣，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科生