AGV車驅(qū)動輪打滑情況原因分析與應對措施

前言

對于所有運動的車輛結(jié)構(gòu)來說，減震系統(tǒng)是非常重要的機構(gòu)。從低端的二八大杠自行車，到轎車卡車，再到特種車輛，都少不了減震系統(tǒng)。減震系統(tǒng)的主要作用一是保證動力模組和地面的摩擦力，以便提供充足的動力。二是減輕因地面不平時、過溝過坎時、地面突然出現(xiàn)高低落差對車體和貨物的沖擊，保護車體和貨物。   

對于AGV車來說，即使沒有減震，也可以跑起來，但是對地面平整度要求很高，而且驅(qū)動的電機功率也要足夠大。實際情況設計了減震的AGV車要比沒有減震的AGV車運行狀態(tài)要好，要穩(wěn)定。在實際的應用當中，我們經(jīng)常遇到AGV車驅(qū)動輪打滑的情況，有的是因為沒有設計減震，有的設計了減震卻仍然出現(xiàn)打滑的情況，在這里我們針對這些情況做一個分析介紹。

AGV車驅(qū)動輪打滑主要原因如下：

1. 懸掛減震方面的問題

2. 輪子材質(zhì)與路面的問題

3. 電機功率小的問題

4. 負載分布不均的問題

一 懸掛減震方面的問題

對于AGV車來說，設計減震懸掛的情況比較多，我們重點討論帶減震的情況進行分析。

AGV減震的設計原則：

1. 減震機構(gòu)主要作用是保證動力模組和地面的摩擦力，以便提供較大的動力，保證輪子不打滑。

2. 減震機構(gòu)可以減輕地面不平時、過溝過坎時、地面突然出現(xiàn)高低落差時、裝載貨物時，

輪胎承受的沖擊力，以免損壞齒輪和包膠輪。

3. 減震機構(gòu)可以減輕貨物在 AGV 運行顛簸時受到的沖擊。

4. 減震機構(gòu)應該盡量考慮在載貨和空載時 AGV 車體本身上下浮動范圍，越小越好。如果落差太大可能導致平行貨物對接失敗，裝載失敗等

減震的常見結(jié)構(gòu)：

1. 杠桿式

2. 鉸鏈擺動式

3. 直導柱式

4. 四連桿式

5. 舵輪端減震

下面分別詳細介紹常見的減震結(jié)構(gòu)

杠桿式

結(jié)構(gòu)如圖所示：

杠桿式特點及設計注意事項：

(1) 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低，體積小，重量輕，車體本體配重小，基本免維護。

(2) 減震主體在 AGV 車體。

(3) 適用路面條件好，起伏落差不大場景。

(4) 缺點是載重量受限動力模組本身的承載限制，最大載荷理論上不超過動力機構(gòu)最大承載的 4 倍，.實際使用時要考慮到設備沖擊和負載偏載，需要預留一定的安全余量。運動時舵輪承受沖擊力大。

(5) 設計注意：杠桿和車體連接部分承載部要可靠，回差間隙要小，避免運動時晃動。可以在杠桿兩頭加小型彈簧，增加一定阻尼，可以加速杠桿回零響應速度和防止維修吊起時，杠桿不受約束的情況下上下晃動，撞擊產(chǎn)生意外破壞和傷害。

杠桿式減震機構(gòu)工作原理：

杠桿原理杠桿⼜分費⼒杠桿、省⼒杠桿和等臂杠桿，杠桿原理也稱為“杠桿平衡條件”。要使杠桿平衡，作⽤在杠桿上的兩個⼒矩（⼒與⼒臂的乘積）⼤⼩必須相等。即：動⼒×動⼒臂=阻⼒×阻⼒臂，⽤代數(shù)式表⽰為 F1·L1=F2·L2。式中，F1 表⽰動⼒，L1 表⽰動⼒臂，F2 表⽰阻⼒，L2 表⽰阻⼒臂。從上式可看出，要使杠桿達到平衡，動⼒臂是阻⼒臂的⼏倍，阻⼒就是動⼒的⼏倍。

鉸鏈擺動式

結(jié)構(gòu)如圖所示：

受力原理圖：F1*L=L1*F2

鉸鏈擺動式減震機構(gòu)特點及設計注意事項：

(1) 結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性高，成本低，高度低，水平占地面積大，重量輕，AGV 車體可設計載荷大，壓力可調(diào)整，車體本體配重大，基本免維護。

(2) 減震主體在 AGV 車體或者舵輪上。

(3) 適合路面條件好，起伏落差較小場景。

(4) 缺點：舵輪上下浮動時，舵輪沿鉸鏈為圓心旋轉(zhuǎn)，舵輪觸地點相對安裝垂直中心偏移，布局位置微變，影響控制計算。車體本體需要較大配重，以便空載時將減震彈簧壓制至適合位置，萬向輪輕微觸地。壓力浮動變化較大，在舵輪下沉時，壓力損失較大，容易導致舵輪摩擦力急劇減少，導致舵輪打滑。鉸鏈受側(cè)向力時，容易變形，導致晃動加劇，尤其是 AGV 平移時。

(5) 設計注意，鉸鏈結(jié)構(gòu)在側(cè)向運行時，鉸鏈受較大的軸向力，會導導致鉸鏈變形，晃動明顯。鉸鏈選用時，材料變形量要小，表面硬度要大，要耐磨，同時直線軸承也要選耐磨產(chǎn)品。

6）減震彈簧在選擇時，勁度系數(shù)選的要合適，并且做成行程可調(diào)，加防脫調(diào)節(jié)螺栓。選擇的原則是，空載時在車體自重的情況下，萬向腳輪能剛接觸到地面，重量大部分都壓載在舵輪上，重載時，舵輪壓力產(chǎn)生的摩擦力 F 大于 AGV 運行時的阻力 F1. 彈簧選擇時，建議可以選一些行程大，彈簧胡克系數(shù)較小，在車體在平地時，彈簧有較大的預壓行程 X，這樣在路面起伏時，X 變化較大時，彈簧產(chǎn)生的正壓力 F 變化小，在舵輪下沉時，舵輪摩擦力損失較小，在舵輪上浮時，舵輪所受正壓力不會增加太多，避免超過舵輪最大垂直載荷

垂直導柱式

結(jié)構(gòu)如圖所示：

導柱減震機構(gòu)設計于車體之上

導柱減震機構(gòu)設計于舵輪端

垂直導柱減震機構(gòu)特點及設計注意事項：

(1) 結(jié)構(gòu)較為復雜，可靠性高低主要取決于設計合理性和加工裝配工藝。成本高，水平面積小，高度高，重量適中，AGV 車體可設計載荷大，壓力可調(diào)整，車體本體配重大，需要定期維護清理和加潤滑劑。

(2) 減震主體在 AGV 車體或者舵輪上。

(3) 適合路面條件不好，起伏落差較大場景。

(4) 缺點是成本高，車體本體需要較大配重，空載時將減震彈簧壓制至適合位置，萬向輪輕觸地。壓力浮動變化較大，在舵輪下沉時，壓力損失較大，容易導致舵輪摩擦力急劇減少，導致舵輪打滑。導向柱受側(cè)向力時，容易變形，導致上下卡頓，失去減震作用。

(6) 設計注意：垂直導柱住數(shù)量不易過多，由于 AGV 車運動時，導向柱受較大的徑向力，會導致導向柱變形，卡頓，導向柱越多，卡頓現(xiàn)象越明顯。

導向柱要做的較為粗壯，材料變形量要小，表面硬度要大，要耐磨，同時直線軸承也要選耐磨產(chǎn)品。

減震彈簧在選擇時，勁度系數(shù)選的要合適減震彈簧在選擇時，勁度系數(shù)選的要合適，并且做成行程可調(diào)，加防脫調(diào)節(jié)螺栓。選擇原則是，空載時在車體自重的情況下，萬向腳輪能剛接觸到地面，重量大部分都壓載在舵輪上，重載時，舵輪壓力產(chǎn)生的摩擦力 F 大于 AGV 運行時的阻力 F1. 彈簧選擇時，建議可以選一些行程大，彈簧勁度系數(shù)較小，車體在平地時，彈簧有較大的預壓行程 X，這樣在路面起伏時，X 變化較大時，彈簧產(chǎn)生的正壓力 F 變化小，在舵輪下沉時，舵輪摩擦力損失較小，在舵輪上浮時，舵輪所受正壓力不會增加太多，避免超過舵輪最大垂直載荷。

設計工作原理：可以做如下假設，驅(qū)動輪正壓力完全由減震彈簧提供（前提車體要做配重），車體總重全部分攤于輔助腳輪，按照經(jīng)驗數(shù)值驅(qū)動輪不打滑的條件是正壓力不小0.3-0.5的驅(qū)動輪額定載荷，計算之后要保證車子加了負載后彈簧還有一定的壓縮行程。

四連桿式

結(jié)構(gòu)如圖所示：

四連桿式減震特點及設計注意事項：

(1) 結(jié)構(gòu)復雜，可靠性高，成本高，高度適中，AGV 車體可設計載荷大適用于大載荷車體，壓力可調(diào)整，車體本體配重大，

(2) 減震主體在 AGV 車體

(3) 提供更大的地面貼緊力，減震適應性較好。

舵輪端減震

結(jié)構(gòu)如圖所示：

舵輪端減震特點及設計注意事項：

(1) 車體設計簡單，但是需要做配重

(2) 減震主體在 驅(qū)動輪上面

(3) 減震行程較小，調(diào)節(jié)空間小，一般彈簧不能自由調(diào)節(jié)

4）驅(qū)動輪定位精度不高，無法應用于定位精度要求高的場合

很多工程師雖然設計了減震機構(gòu)，仍然出現(xiàn)驅(qū)動輪打滑的情況，那么需要考慮減震的彈簧壓力不夠，配重是否足夠，然后需要進行受力分析和計算，彈簧施加于驅(qū)動輪的壓力不能小于0.3-0.5倍的驅(qū)動輪額定載荷，受力計算方面沒有什么問題，則需要考慮其他方面的問題

二、輪子材質(zhì)與路面

AGV驅(qū)動輪的材質(zhì)一般是聚氨酯和橡膠。

聚氨酯材質(zhì)的特點硬度高，彈性變形小，承載重量大，耐磨，應用的場合主要是室內(nèi)平整地面，地面要求無油無水

橡膠材質(zhì)特點，硬度軟，彈性變形大，承載重量小，耐磨性較低，主要應用于戶外路況，路面有水有油污也可以使用

根據(jù)不同的路面環(huán)境選擇不同材質(zhì)的輪子，也可以避免因為環(huán)境地面導致的輪子打滑情況

三、電機功率小

電機功率小導致舵輪打滑的情況分兩種，一種情況是電機的實際功率選小了，另一種情況，電機實際功率足夠，驅(qū)動器設置輸出功率小導致電機的實際輸出功率小了了。

第一種情況在設計選型階段對于電機的功率選擇過小，要么是選型階段計算錯誤，要么是沒有考慮到啟動與爬坡階段電機需要過載輸出

舵輪設計選型的時候建議先咨詢研發(fā)技術(shù)能力強的舵輪廠家，他們有豐富的選型經(jīng)驗和科學的計算工具，例如我們江蘇億控智能裝備有限公司。

另外一種情況是電機的實際功率足夠，驅(qū)動器調(diào)試的時候輸出的電流過于保守過小，導致電機輸出功率不足導致輪子打滑

驅(qū)動器重新調(diào)試將輸出功率上限調(diào)高滿足要求，按照我們的驅(qū)動器選型與調(diào)試的經(jīng)驗，驅(qū)動器一般最大可以做到3倍的過載輸出，但是需要根據(jù)驅(qū)動器的過載電流上限和過載時間，合理設置輸出上限述數(shù)值。

四、負載分布不均

雙舵輪車體如果出現(xiàn)負載不均勻，負載輕的一端舵輪也可能出現(xiàn)打滑情況，出現(xiàn)這種情況需要重新調(diào)整負載位置

總結(jié)：AGV車出現(xiàn)舵輪打滑的情況，首先進行問題分析，分析出原因，針對原因進行整改。一般我們優(yōu)先分析輪子材質(zhì)與地面的問題這是最容易看到的問題，然后在分析減震方面的問題，分析減震結(jié)構(gòu)是否合理，減震彈簧力是否足夠，行程是否足夠，以及車體配重是否足夠。減震問題排除了，我們就考慮電機的功率以及實際輸出功率，最后再考慮負載是否均衡。

出自佳創(chuàng)博為實驗室

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