AGV车驱动轮打滑情况原因分析与应对措施

前言

对于所有运动的车辆结构来说，减震系统是非常重要的机构。从低端的二八大杠自行车，到轿车卡车，再到特种车辆，都少不了减震系统。

减震系统的主要作用一是保证动力模组和地面的摩擦力，以便提供充足的动力。二是减轻因地面不平时、过沟过坎时、地面突然出现高低落差对车体和货物的冲击，保护车体和货物。

对于AGV车来说，即使没有减震，也可以跑起来，但是对地面平整度要求很高，而且驱动的电机功率也要足够大。实际情况设计了减震的AGV车要比没有减震的AGV车运行状态要好，要稳定。

在实际的应用当中，我们经常遇到AGV车驱动轮打滑的情况，有的是因为没有设计减震，有的设计了减震却仍然出现打滑的情况，在这里我们针对这些情况做一个分析介绍。

AGV车驱动轮打滑主要原因如下：

1.        悬挂减震方面的问题

2.        轮子材质与路面的问题

3.        电机功率小的问题

4.        负载分布不均的问题

一 悬挂减震方面的问题

对于AGV车来说，设计减震悬挂的情况比较多，我们重点讨论带减震的情况进行分析。

AGV减震的设计原则：

1. 减震机构主要作用是保证动力模组和地面的摩擦力，以便提供较大的动力，保证轮子不打滑。

2. 减震机构可以减轻地面不平时、过沟过坎时、地面突然出现高低落差时、装载货物时，

轮胎承受的冲击力，以免损坏齿轮和包胶轮。

3. 减震机构可以减轻货物在 AGV 运行颠簸时受到的冲击。

4. 减震机构应该尽量考虑在载货和空载时 AGV 车体本身上下浮动范围，越小越好。如果落差太大可能导致平行货物对接失败，装载失败等

减震的常见结构：

1.        杠杆式

2.        铰链摆动式

3.        直导柱式

4.        四连杆式

5.        舵轮端减震

下面分别详细介绍常见的减震结构

杠杆式

结构如图所示：

杠杆式特点及设计注意事项：

(1) 结构简单，可靠性高，成本低，体积小，重量轻，车体本体配重小，基本免维护。

(2) 减震主体在 AGV 车体。

(3) 适用路面条件好，起伏落差不大场景。

(4) 缺点是载重量受限动力模组本身的承载限制，最大载荷理论上不超过动力机构最大承载的 4 倍，.实际使用时要考虑到设备冲击和负载偏载，需要预留一定的安全余量。运动时舵轮承受冲击力大。

(5) 设计注意：杠杆和车体连接部分承载部要可靠，回差间隙要小，避免运动时晃动。可以在杠杆两头加小型弹簧，增加一定阻尼，可以加速杠杆回零响应速度和防止维修吊起时，杠杆不受约束的情况下上下晃动，撞击产生意外破坏和伤害。

杠杆式减震机构工作原理：

杠杆原理杠杆⼜分费⼒杠杆、省⼒杠杆和等臂杠杆，杠杆原理也称为“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作⽤在杠杆上的两个⼒矩（⼒与⼒臂的乘积）⼤⼩必须相等。即：动⼒×动⼒臂=阻⼒×阻⼒臂，⽤代数式表⽰为 F1·L1=F2·L2。式中，F1 表⽰动⼒，L1 表⽰动⼒臂，F2 表⽰阻⼒，L2 表⽰阻⼒臂。从上式可看出，要使杠杆达到平衡，动⼒臂是阻⼒臂的⼏倍，阻⼒就是动⼒的⼏倍。

铰链摆动式

结构如图所示：

受力原理图：F1*L=L1*F2

铰链摆动式减震机构特点及设计注意事项：

(1) 结构较简单，可靠性高，成本低，高度低，水平占地面积大，重量轻，AGV 车体可设计载荷大，压力可调整，车体本体配重大，基本免维护。

(2) 减震主体在 AGV 车体或者舵轮上。

(3) 适合路面条件好，起伏落差较小场景。

(4) 缺点：舵轮上下浮动时，舵轮沿铰链为圆心旋转，舵轮触地点相对安装垂直中心偏移，布局位置微变，影响控制计算。车体本体需要较大配重，以便空载时将减震弹簧压制至适合位置，万向轮轻微触地。压力浮动变化较大，在舵轮下沉时，压力损失较大，容易导致舵轮摩擦力急剧减少，导致舵轮打滑。铰链受侧向力时，容易变形，导致晃动加剧，尤其是 AGV 平移时。

(5) 设计注意，铰链结构在侧向运行时，铰链受较大的轴向力，会导导致铰链变形，晃动明显。铰链选用时，材料变形量要小，表面硬度要大，要耐磨，同时直线轴承也要选耐磨产品。

6）减震弹簧在选择时，劲度系数选的要合适，并且做成行程可调，加防脱调节螺栓。选择的原则是，空载时在车体自重的情况下，万向脚轮能刚接触到地面，重量大部分都压载在舵轮上，重载时，舵轮压力产生的摩擦力 F 大于 AGV 运行时的阻力 F1. 弹簧选择时，建议可以选一些行程大，弹簧胡克系数较小，在车体在平地时，弹簧有较大的预压行程 X，这样在路面起伏时，X 变化较大时，弹簧产生的正压力 F 变化小，在舵轮下沉时，舵轮摩擦力损失较小，在舵轮上浮时，舵轮所受正压力不会增加太多，避免超过舵轮最大垂直载荷

垂直导柱式

结构如图所示：

导柱减震机构设计于车体之上

导柱减震机构设计于舵轮端

垂直导柱减震机构特点及设计注意事项：

(1) 结构较为复杂，可靠性高低主要取决于设计合理性和加工装配工艺。成本高，水平面积小，高度高，重量适中，AGV 车体可设计载荷大，压力可调整，车体本体配重大，需要定期维护清理和加润滑剂。

(2) 减震主体在 AGV 车体或者舵轮上。

(3) 适合路面条件不好，起伏落差较大场景。

(4) 缺点是成本高，车体本体需要较大配重，空载时将减震弹簧压制至适合位置，万向轮轻触地。压力浮动变化较大，在舵轮下沉时，压力损失较大，容易导致舵轮摩擦力急剧减少，导致舵轮打滑。导向柱受侧向力时，容易变形，导致上下卡顿，失去减震作用。

(6) 设计注意：垂直导柱住数量不易过多，由于 AGV 车运动时，导向柱受较大的径向力，会导致导向柱变形，卡顿，导向柱越多，卡顿现象越明显。

导向柱要做的较为粗壮，材料变形量要小，表面硬度要大，要耐磨，同时直线轴承也要选耐磨产品。

减震弹簧在选择时，劲度系数选的要合适减震弹簧在选择时，劲度系数选的要合适，并且做成行程可调，加防脱调节螺栓。选择原则是，空载时在车体自重的情况下，万向脚轮能刚接触到地面，重量大部分都压载在舵轮上，重载时，舵轮压力产生的摩擦力 F 大于 AGV 运行时的阻力 F1. 弹簧选择时，建议可以选一些行程大，弹簧劲度系数较小，车体在平地时，弹簧有较大的预压行程 X，这样在路面起伏时，X 变化较大时，弹簧产生的正压力 F 变化小，在舵轮下沉时，舵轮摩擦力损失较小，在舵轮上浮时，舵轮所受正压力不会增加太多，避免超过舵轮最大垂直载荷。

设计工作原理：可以做如下假设，驱动轮正压力完全由减震弹簧提供（前提车体要做配重），车体总重全部分摊于辅助脚轮，按照经验数值驱动轮不打滑的条件是正压力不小0.3-0.5的驱动轮额定载荷，计算之后要保证车子加了负载后弹簧还有一定的压缩行程。

四连杆式

结构如图所示：

四连杆式减震特点及设计注意事项：

(1) 结构复杂，可靠性高，成本高，高度适中，AGV 车体可设计载荷大适用于大载荷车体，压力可调整，车体本体配重大，

(2) 减震主体在 AGV 车体

(3) 提供更大的地面贴紧力，减震适应性较好。

舵轮端减震

结构如图所示：

舵轮端减震特点及设计注意事项：

(1) 车体设计简单，但是需要做配重

(2) 减震主体在 驱动轮上面

(3) 减震行程较小，调节空间小，一般弹簧不能自由调节

4）驱动轮定位精度不高，无法应用于定位精度要求高的场合

很多工程师虽然设计了减震机构，仍然出现驱动轮打滑的情况，那么需要考虑减震的弹簧压力不够，配重是否足够，然后需要进行受力分析和计算，弹簧施加于驱动轮的压力不能小于0.3-0.5倍的驱动轮额定载荷，受力计算方面没有什么问题，则需要考虑其他方面的问题

二、轮子材质与路面

AGV驱动轮的材质一般是聚氨酯和橡胶。

聚氨酯材质的特点硬度高，弹性变形小，承载重量大，耐磨，应用的场合主要是室内平整地面，地面要求无油无水

橡胶材质特点，硬度软，弹性变形大，承载重量小，耐磨性较低，主要应用于户外路况，路面有水有油污也可以使用

根据不同的路面环境选择不同材质的轮子，也可以避免因为环境地面导致的轮子打滑情况

三、电机功率小

电机功率小导致舵轮打滑的情况分两种，一种情况是电机的实际功率选小了，另一种情况，电机实际功率足够，驱动器设置输出功率小导致电机的实际输出功率小了了。

第一种情况在设计选型阶段对于电机的功率选择过小，要么是选型阶段计算错误，要么是没有考虑到启动与爬坡阶段电机需要过载输出

舵轮设计选型的时候建议先咨询研发技术能力强的舵轮厂家，他们有丰富的选型经验和科学的计算工具，例如我们江苏亿控智能装备有限公司。

另外一种情况是电机的实际功率足够，驱动器调试的时候输出的电流过于保守过小，导致电机输出功率不足导致轮子打滑

驱动器重新调试将输出功率上限调高满足要求，按照我们的驱动器选型与调试的经验，驱动器一般最大可以做到3倍的过载输出，但是需要根据驱动器的过载电流上限和过载时间，合理设置输出上限述数值。

四、负载分布不均

双舵轮车体如果出现负载不均匀，负载轻的一端舵轮也可能出现打滑情况，出现这种情况需要重新调整负载位置

总结：AGV车出现舵轮打滑的情况，首先进行问题分析，分析出原因，针对原因进行整改。一般我们优先分析轮子材质与地面的问题这是最容易看到的问题，然后在分析减震方面的问题，分析减震结构是否合理，减震弹簧力是否足够，行程是否足够，以及车体配重是否足够。减震问题排除了，我们就考虑电机的功率以及实际输出功率，最后再考虑负载是否均衡。