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移動機(jī)構(gòu)

  AGV要想實現(xiàn)搬運、移載就要有移動機(jī)構(gòu)，通常采用的移動機(jī)構(gòu)有舵輪、差速輪和麥克納姆輪。它們各自有什么特點呢？什么場合又該使用哪種輪子呢？

　　麥克納姆輪的優(yōu)點是運動精度高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磨損嚴(yán)重，對地面挑剔，雖然麥克納姆輪問世超過30年了，但是實際應(yīng)用并不多，這也說明它不是一個實用的產(chǎn)品。下面我們主要講解舵輪。

　　舵輪是個高度集成的移動機(jī)構(gòu)，由車輪、回轉(zhuǎn)支撐、齒輪箱、驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、編碼器、限位開關(guān)、制動器等部件組成，它既能提供牽引力，也可以主動轉(zhuǎn)向，因此一個舵輪有兩個自由度。AGV 使用一個或以上的舵輪就可以實現(xiàn)全向移動：原地旋轉(zhuǎn)、斜行、橫移等等。舵輪一般用于室內(nèi)環(huán)境，所以輪面的材料多為聚氨酯。根據(jù)電機(jī)的安裝位置可以將舵輪分為兩種：臥式和立式，分別如下兩圖所示。臥式舵輪的驅(qū)動電機(jī)橫向安裝，因此整體高度很低，有些AGV對高度有要求（例如潛入式的AGV要很矮才能鉆到貨物底下），這時就適合使用臥式舵輪；立式舵輪的驅(qū)動電機(jī)豎著安裝，其整體高度偏高，它的優(yōu)點是方便將電機(jī)隔離起來，在有些場合（例如危險品工廠），要求舵輪電機(jī)與外部環(huán)境隔離，這時就適合使用立式舵輪。國外主要的舵輪生產(chǎn)廠家有：意大利的 CFR 和德國的 schabmuller（夏伯穆勒），后來從CFR中又獨立出來了一個廠家——馬路達(dá)。這些舵輪生產(chǎn)廠家一般只賣舵輪，不提供驅(qū)動器，驅(qū)動器則由代理商提供。一臺AGV上貴的部件就是舵輪，以一臺成本10萬元左右的AGV為例，如果配備兩個舵輪，就需要4~5萬元，占整車成本將近一半。不過好消息是，國內(nèi)的舵輪廠家開始參與競爭，這將降低AGV的成本。

4. 磁導(dǎo)航

4.1 磁條

　　AGV被稱為自動導(dǎo)引車，因此自動沿導(dǎo)引路徑運動是其基本的功能。目前，磁條導(dǎo)航是 AGV 使用多的導(dǎo)引方式之一，其采用磁條作為導(dǎo)引路徑。只需要預(yù)先在地面鋪設(shè)好磁條，AGV 就會沿著磁條形成的路徑運動。磁條一般寬3~5cm，它像膠帶一樣，一面光滑、一面帶有粘性，將粘性的一面粘貼在地面即可完成鋪設(shè)。磁條具有極性，在購買時注意是N極還是S極，磁條的極性對應(yīng)磁導(dǎo)航傳感器的極性，但有些傳感器兩種都兼容。磁條質(zhì)地較軟、不抗壓，所以如果被輪子反復(fù)碾壓可能會壓扁或擠脫落。多數(shù) AGV 為了避免壓壞磁條會將驅(qū)動輪布置在車體的兩側(cè)（差速形式）或者斜對稱的位置上。

名稱 型號 價格

磁條 任意 3~5元/米

4.2 磁導(dǎo)航傳感器

　　磁導(dǎo)航傳感器也叫磁循跡傳感器，它用來幫助AGV巡線行走。磁導(dǎo)航傳感器一般安裝在AGV車體或者驅(qū)動輪組上，在AGV運動時始終保持在磁條上方一定高度內(nèi)。磁導(dǎo)航傳感器相對于車體的安裝位置一般在對稱中軸線上，通常對稱安裝，例如前后各一個或者左右各一個。磁導(dǎo)航傳感器的原理很簡單，傳感器上有若干個探頭，每個探頭都能檢測磁場，位于磁條上方（一定高度內(nèi)）的探頭有信號輸出，超出磁條的探頭則沒有信號。探頭通常俗稱為“點”，點越多表示傳感器的分辨率越高，當(dāng)然價格也越貴。傳感器通常的點數(shù)有：6點、8點、16點幾種。磁導(dǎo)航傳感器并不是什么神秘的東西，筆者曾經(jīng)拆解過一款磁導(dǎo)航傳感器，這里所說的探頭無非有兩種，一種是霍爾元件、還有一種是地磁傳感器。霍爾元件的特點大家大學(xué)的時候應(yīng)該都學(xué)過，它能感應(yīng)磁場，價格低但是精度通常不高；地磁傳感器基本都采用美國 PNI 公司的產(chǎn)品，例如 SEN-XY[1]^{[1]} 

[1]

 ，它要搭配的驅(qū)動芯片 PNI-12927，這個芯片是3.3V供電，所以傳感器內(nèi)部要設(shè)計3.3V穩(wěn)壓電路，而且這個驅(qū)動芯片采用 SPI 總線，要對其信號進(jìn)行處理和電壓變換，這通常由單片機(jī)來完成。磁導(dǎo)航傳感器的輸出方式有DI純數(shù)字量輸出的，也有總線型數(shù)據(jù)幀輸出的。對于點數(shù)多的傳感器來說一般用總線型，因為如果使用數(shù)字量需要很多根信號線。假設(shè)一個 AGV 使用4個傳感器，每個傳感器的分辨率是16點，那就要有4×16=644times16=644×16=64個輸出，相應(yīng)的 PLC 應(yīng)該有 64 個數(shù)字量輸入口，其接線將非常繁瑣，也容易出故障（例如某根線連接不牢固）。

　　磁導(dǎo)航方式實現(xiàn)簡單，價格便宜，但是缺點也不少，其中一個嚴(yán)重的問題是干擾。筆者在調(diào)試 AGV時發(fā)現(xiàn)，即使傳感器并不在磁條上方（有時甚至周圍根本沒有磁條），傳感器依然有輸出。經(jīng)過一番思考，筆者發(fā)現(xiàn)了問題所在。AGV 前方有一條鐵軌，而鐵是容易被磁化的。不僅是鐵制品，通電的導(dǎo)線也可能會使傳感器誤報。所以，使用磁條導(dǎo)航要排除這些干擾。

　　磁導(dǎo)航傳感器的輸出可以是IO，也可以是數(shù)值（代表傳感器偏離磁條中心的距離值）。

　　磁導(dǎo)航傳感器如何與 PLC 連接？如上所述，如果傳感器采用總線（例如485）傳遞數(shù)據(jù)，直接將總線連接到相應(yīng)的（485）通信模塊即可。如果傳感器采用數(shù)字量接口，那么就要連接到 PLC 的數(shù)字量輸入口。這里有個很重要的問題：你要清楚傳感器輸出的信號是 PNP 型還是 NPN 型，它對應(yīng)了三極管的類型，它們的區(qū)別在于有信號時 PNP 輸出高電平（例如24V），而 NPN 輸出低電平（例如0V）。在 S1200 上每組輸入輸出口旁邊都有一個 COM 口，它的作用就是選擇輸入是 PNP 型還是 NPN 型。如果是 PNP 型，COM 口就要接 24V ，如果是 NPN 型就要接 0V。你可以找個磁條用萬用表測試一下，如果放到磁條上輸出顯示是24V那說明是 PNP 型。以后你會知道，很多傳感器都分 PNP 型和 NPN 型，它們的接法是一樣的。