AGV系列之四舵轮全向AGV

导语：四舵轮结构形式是全向AGV常用的轮系结构，其总体结构采用四个舵轮结构，通过4个舵轮的转角及速度实现AGV的直行、平移、转向及避障等动作。

一、AGV总体结构

四舵轮结构形式是全向AGV常用的轮系结构，其总体结构采用四个舵轮结构，通过4个舵轮的转角及速度实现AGV的直行、平移、转向及避障等动作。四舵轮AGV总体结构如图1所示。

图1 四舵轮AGV总体结构

四舵轮分布：在此种情况下，AGV车体四角皆分布舵轮，可实现AGV的全方位任意半径运动，直接提高AGV的运载能力，但其运动模型复杂，运动控制算法难，成为了目前四舵轮机器人研究的热点。四舵轮全向AGV执行机构耐磨性强、通过性好、承载能力也更优，更适合于重载场合，主要应用于工厂车间、物流货仓存储等。

二、四舵轮底盘结构

四舵轮转向式移动底盘系统，如图2所示，四个舵轮既是驱动轮又是转向轮，每个舵轮都有两个电机单独控制，一个电机控制小车驱动，一个电机控制小车转向，即采用四台驱动电机产生牵引力，四个转向电机控制车轮转角。这样不仅优化了AGV设计布局，并且大幅提高了AGV驱动能力。该底盘系统具有很高的机动性，同时能够保证良好的牵引力和稳定性。然而，由于其复杂的机械结构、其被视为具有强耦合。非线性及冗余动力学特征，对该底盘系统的运动控制提出了极大的挑战。采用四舵轮的底盘布局结构，该类型底盘布局较为复杂，如果不能合理设计将会影响AGV在不平坦路面的通过性。如通过凹陷路面时，驱动轮悬空将出现驱动力不足，打滑等现象;通过凸起路面时，驱动轮可能因负载急剧增加而导致电流超过报警电流，引起运行故障。

图2 四舵轮转向式移动底盘

四舵轮全向AGV得益于其特殊的底盘结构可以实现全方位的运动，使其运动的灵活性达到了极致，但复杂的轮系结构却给其运动控制带来了一定的难度。四舵轮AGV可配置多种运动模式，可以实现AGV的纵向、横向、斜向、原地旋转、前后转弯等方向的行驶，如下图3所示。实际应用中可通过设计切换实现在多种运动模式之间进行切换运行，以达到提高机动性、增强工作效率的目的。

图3 四舵轮AGV运动模式

三、系统组成及导航

四舵轮AGV由机械本体、电气控制系统及传感器检测系统构成。本文传感器检测系统选择磁导航作为AGV的导航方式，所选磁导传感器分别位于底盘前后的中心位置，如图1所示。电气控制系统采用AGV专用作为主，通过总线协议控制驱动器工作从而实现舵轮的转向及速度，完成AGV对于磁条的跟随。采用两个前后安装的磁导航传感器，磁导航传感器读取磁条相对于传感器的偏差值，主通过传感器得到数据，进行计算分析，最终控制AGV行进的方向及速度，从而使AGV自动且准确地跟随磁条。当AGV直行时，前后磁传感器工作，传感器正对磁性轨迹中心，如图4所示，当AGV偏离磁条轨迹时，将相对偏移量反馈给主，主根据相对偏移量完成对轨迹偏差的纠正，实现对移动AGV的导航控制。