文/新战略机器人全媒体 黄满婷
在过去的几年里，随着AGV机器人的不断演进，对AGV的行走方式也做出了诸多探讨，最终驱动系统以驱动轮+从动轮的结构简单、移动速度快、运行平稳、成本低等优势成为移动机器人的应用主基调。
AGV之所以能拖动成百上千公斤的重物以毫米级别的精度自主平稳运行与AGV的“腿”即专用轮密切相关。常规AGV行走主要靠的是驱动轮+从动轮的共同作用，行走动力来自于AGV驱动轮，而从动轮起着承载重力和转向灵活性的辅助作用。
常见的AGV转向驱动轮结构主要分为以下四大类：
1、单舵轮型
单舵轮型AGV多为三轮车型（部分AGV为了更强的稳定性会安装多个从动轮，但转向驱动装置仅为一个舵轮），主要是依靠AGV前部的一个铰轴转向车轮作为驱动轮，搭配后两个从动轮，由前轮控制转向。单舵轮转向驱动的优点是结构简单、成本低，由于是单轮驱动，无需考虑电机配合问题，因三轮结构的抓地性好，对地表面要求一般，适用于广泛的环境和场合。缺点是灵活性较差，转向存在转弯半径，能实现的动作相对简单。
适用AGV类型：牵引式AGV、叉车式AGV。
适用场景：大吨位货物搬运，适用场景广泛。
2、双舵轮型
双舵轮型AGV为全向型AGV，车体前后各安装一个舵轮，搭配左右两侧的从动轮，由前后舵轮控制转向。双舵轮型转向驱动的优点是可以实现360°回转功能，也可以实现万向横移，灵活性高且具有精确的运行精度。缺点是两套舵轮成本较高，而且AGV运行中经常需要两个舵轮差动，这对电机的运动控制算法要求较高，而且因为四轮或以上的车轮结构，容易导致一轮悬空而影响运行，（对车体设计要求较高，需对舵轮设计悬挂浮动装置，以克服地面不平所带来的悬空打滑现象）所以对地面平整度要求严格。但是由于底部轮子更多，受力更均衡，所以这种驱动方式的稳定性比单舵轮型AGV更高。
适用AGV类型：重载潜伏式AGV或停车机器人。
适用场景：大吨位的物料搬运，适用于汽车制造工厂、停车场等场景。
3、差速轮型
差速轮型AGV的结构是车体左右两侧安装差速轮作为驱动轮，其他为随动轮，与双舵轮型不同的是，差速轮不配置转向电机，也就是说驱动轮本身并不能旋转，而是完全靠内外驱动轮之间的速度差来实现转向。这种驱动方式的优点是灵活性高，同样可实现360°回转，但由于差速轮本身不具备转向性，所以这种驱动类型的AGV无法做到万向横移。此外，差速轮对电机和控制精度要求不高，因而成本相对低廉，而缺点是差速轮对地面平整度要求苛刻，负重较轻，一般负载在1吨以下，无法适应精度要求过高的场合。大家熟悉的亚马逊KIVA机器人就是使用差速轮转向驱动方式。
适用AGV类型：潜伏式AGV。
适用场景：适用于环境较好的电商、零售等仓库场景。
4、麦克纳姆轮型
麦克纳姆轮设计新颖，这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。简单来说，就是在轮毂上安装斜向辊子，通过协同运动以实现移动或旋转。麦克纳姆轮的优点是具有10吨以上的载重能力，灵活性高，可以实现360°回转功能和万向横移，更适合在高精度要求及有限空间内的运动。缺点是成本相对较高，结构形式相对复杂，对控制、制造、地面等的要求较高。
适用AGV类型：重载型移动平台、户外移动机器人
适用场景：飞机、高铁等生产制造场景、户外机器人运输场景。
不同的转向驱动类型对应着不同场景下的应用需求，需要根据环境、负载等因素进行综合评估选定。根据应用场景的环境需要，选用最合适的转向驱动方式，只有这样才能保证不同作业场景下AGV运行的可靠性、稳定性和精确性。
国产核心驱动轮的崛起
国产驱动轮在国产核心供应链的地位仅次于导航控制。随着国产AGV专用轮企业的百花齐放，国产AGV在降本增效上随之也取得了相当程度的进展。
过去，市面上主要采用平行轴结构方式的差速轮型驱动，但是平行轴结构的体积较大，而且精度不够，后来逐渐被行星结构代替；而舵轮的发展更是百花齐放，市面上目前已经出现行星、摆线、少齿差、平行轴等几种结构方式，并成为主流。
国产供应链中以驱动轮为主的企业悄然崛起，并迅速占领国产AGV主要市场，有的甚至已经开始走出国门，远销海外。其中同普电力、青岛奥斯特驱动、凤凰动力、三相技术、金陵智造等都有相应的驱动类产品。
在这些开发驱动轮的核心供应链企业中，有依靠多年技术沉淀发展出全线产品的企业如凤凰动力，有在多年工业车辆应用基础上进行产品延伸，并结合客户需求选择技术创新的企业，如奥斯特驱动，也有的选择与国外厂商展开合作，例如同普电力。
凤凰动力：沉淀技术16载 匠心打造全线产品
苏州凤凰动力工业有限公司是国内较早从事AGV轮式移动搬运机器人核心驱动系统研发的高新技术企业，其研发、生产及销售长达16年，拥有10多项发明专利，研发出多项国际首台和国内首台高新技术产品，其中包括全球首台最小卧式舵轮、全球首台最小立式舵轮、全球首台双轮结构舵轮。
凤凰动力的产品部件包含驱动机构及速度反馈、转向机构及其位置反馈、限位装置、制动机构，支承机构等以确保产品的安全性和稳定性,配套齐全。据悉，凤凰动力的驱动轮系统包括卧式/立式舵轮及驱动轮四大系列。
其中，卧式舵轮适用于在布局上有高度限制的电驱动移动设备，舵轮安装面低，同时具有较大速比，而立式舵轮更适用室外应用，其机构特性可实现涉水行走，且具备更好的通过性和爬坡越障能力。而针对不同行业需求做产品细化，卧式驱动轮系列通过多年的开发和改进，具有性能可靠、方便安装、便于维护等特点，可在轻量化、高承载、大扭矩、高速度等方面为客户提供可靠方案，而立式舵轮则更适用室外应用，其机构特性可实现涉水行走，且具备更好的通过性和爬坡越障能力。
此外，通过多年来不断投入研发和改善产品，目前凤凰动力的AGV专用轮既可供应标准产品，也可满足个性化产品的定制，已经广泛应用于AGV、电动叉车、高空作业平台车、清洁机器人以及各类移动机器人设备，成为全球知名的电驱动解决方案供应商之一。
奥斯特驱动 ：深入应用场景 关注技术创新
同普电力：另辟蹊径 国产技术与国际化接轨
作为专注于AGV及其特殊车辆行业提供舵轮及电机、脚轮等移动机器人底盘构造的国产供应链之一，成立十年间，同普电力便先后与国外厂商意大利的CFR、Benevelli、TR(脚轮）、美国的Roboteq及瑞士Bluebotics展开合作，推动AGV专用轮发展与国际化接轨。
据了解，同普电力的舵轮结构同样细分为卧式与立式，系统分为带电动与不带电动转向体统，通过完全细分化的方式，以满足AGV本体厂商的不同需求。目前以同普动力研发的国产舵轮具备以下性能：
第一是其驱动部分采用电机和传动箱组合，反对称安装方式。这种方式可以在使舵轮电机同轴，提供较大动力；电机外形尺寸和功率成一定比例的情况下，大大缩短轮距，节约空间，以使机器人体积小型化；这种安装方式，使电机的选择较广泛，齿轮变速箱的作用可以提升扭矩，减小转速，也可以利用之间的摩擦自锁在需要停止时起到刹车作用，同时延长轴距以满足轮对安装需要。
第二是车轮单元独立组成一个完整的驱动机械系统，在一个轮支架内安装有电机、同轴减速器、抱闸、旋转编码器等，车轮结构紧凑、空间占用少、可控性高、性能可靠、维护简单。
第三是驱动轮集成了行驶与转向两个单元，转向单元使用一个独立的电机装有编码器及电位计，转向单元可在一定的范围内转动，控制驱动电机的驱动轴向，配合驱动单元的正反转，可使车轮沿任意方向运动。
隶属于中国航天科工集团的江苏金陵智造研究院，通过将40余年的成熟航天伺服控制技术向民用市场转化，先后推出了全系列标准型卧式舵轮系统、室外用驱动轮系统以及低压伺服驱动系统等产品以及车载控制系统解决方案等，并取得专利10余项。产品凭借其结构紧凑、性能优异、性价比高、安全可靠等特点，广泛应用于物流仓储、对接装配等众多领域。其控制精度、过载能力、效率等技术指标得到了客户的一致认可，目前已与国内多家知名物流装备企业建立起长期配套合作关系。
早在2016年，公司就推出了市场上首款基于双永磁伺服电机且转向和行驶功能二合一集成驱动控制的舵轮系统，该产品驱动控制部分充分继承航天“基于永磁同步电机的空间矢量控制三环全数字控制”的成熟技术方案，采用“一拖二”架构形式，同时实现驱动系统和转向系统的控制；舵轮本体部分借鉴航天伺服机构设计及工艺积累进行集成化设计，结构紧凑、稳定可靠，系统反馈形式采用高精度绝对值编码器保证系统控制精度和转向的绝对位置。一体化舵轮系统整体技术方案成熟，用户只需将舵轮系统的法兰盘与AGV接口进行安装即可，无需复杂的安装调试，保证产品的高精度、高可靠性及使用的便利性。
目前公司专业从事伺服控制和智能控制类产品研发人员过百人，研发团队硕士及高级工程师以上人员占比达90%以上。项目团队包括多名“科工集团智能制造百人团成员”、“国防科工委有突出贡献中青年专家”、“新世纪优秀人才”、“江苏省333工程”等智能制造方面专家；拥有智能控制类产品（电机、驱动器、伺服系统等）专用性能测试实验室、环境实验室、电磁兼容实验室、重载AGV车载控制系统性能实验室等，为产品研发提供强有力的支撑和保障。在公司严格的质量体系保证下，所有出厂产品均经过外观、电气性能、空载性能、负载性能等全面的测试，保证为客户提供的每一台产品性能稳定、质量可靠，同时公司为客户提供全面专业的技术支持，让客户在最短的时间内熟悉并掌握产品的使用，为客户整车AGV的顺利调试交付提供支撑。
AGV从动轮近年来也正在走向越来越专业化的道路，一个好的从动轮，可以很好的降低推动力，让主动轮更省力。与多样化的驱动轮不同，从动轮的选择主要是对材质和构造的考量，如何在辅助载重的情况下还能够灵活运行，是从动轮发展道路上最关键的要素。
因此普通橡胶脚轮在市面上已经逐渐被淘汰，取而代之的是具有高抗压、高耐磨特性的聚氨酯材料，亦或是柔性、防滑、减震性能优越的TPR材料，满足重载与轻型AGV的不同需求，AGV从动轮也正向越来越专业化的方向转型。AGV产业链发展日趋完善，一大批专注于AGV专用脚轮的供应商纷纷涌入市场，先后开发出创新技术，性能优越的AGV专用脚轮产品，有的甚至推出了定制服务。
据悉，目前在AGV行业内颇受欢迎的优质供应商有物流脚轮的玉林轮业、向荣动力等涌入，也有专注于AGV全套驱动系统的如同普、凤凰动力。而近年上海屹上、广东禾达等一系列新晋企业也正在AGV脚轮专业化的道路上发展起来。这些企业也纷纷从定制化方向强化着自身细分领域的竞争实力。
上海屹上：如何更好的让AGV减震？
关于AGV脚轮的减震技术，上海屹上脚轮有限公司从专业化的角度出发将目前AGV行业减震级别分为一级减震和二级减震并推出一系列解决方案。
一级减震：当AGV无负载或受力比较均匀，地面却不平整时，通过弹簧减震，确保轮子在一个平面，AGV自然不会颠簸。减震机理类似于汽车，当一辆轿车吊起来，四个轮胎是下垂，当车子放在地上，车子自重形成预压，而弹簧保障了几个轮子在一个平面上。
二级减震：当AGV负重时，受力不均，此时通过胶块减震，确保轮子在一个平面上。减震机理类似于汽车，当你坐进去轿车，即使进入5个人时，也看不到轮胎或悬架变化，这就是二级减震起到的效果。
上海屹上从成立之初便以致力于为中国AGV产业升级而努力为理念，在脚轮设计上，不但引进国内国际高精尖人才，并联合大学院校，展开设计合作，还大量从技术层面考虑AGV专用轮的具体需求，产融和宝马汽车设计原理，推出了二级减震万向轮。而近年来，为了更好的给AGV减震，屹上通过不断精进，又推出全新升级款减震轮3大系列产品：
其一是弹簧可调节系列：弹簧压力可以自行设置的松一点，或紧一点，满足不同AGV的个性需求。
其二是静音减震系列：胶块和弹簧分开，减震性能更优，噪音更小。
其三是空气弹簧系列：减震弹簧采用更好的空气弹簧或汽车液压弹簧，让AGV像汽车一样舒适的悬架。当弹簧回弹，一级减震有阻尼，可以让车身更缓慢下降，车身更稳定。从此告别繁琐的底盘设计，让AGV小车即使在马路上也能很稳。
这种设计，在AGV专用脚轮中可谓别具匠心。
中山向荣：轻型AGV从动轮的最佳拍档
为了适应市场需求，中山向荣脚轮制造有限公司依靠强大的资源及技术优势，针对24小时连续工作、平稳运行、耐用性等特点，将AGV脚轮的选取直接拓展到了定制化道路。
其中，向荣脚轮面向AGV行业的拳头产品名为15A款AGV 定制轮。从材质上考虑，对AGV脚轮材质的选取非常有慎重，普通脚轮使用的是硫化橡胶材质，向荣的15A款定制轮采用的是60-70 °Shore A的高工艺TPR材料，TPR的特点是防滑性和减震性能优良，其柔软舒适性要优越于橡胶，优越的材质结合严苛的工艺，使15A款定制轮在地板上长时间行走会不会留下轮痕，导致地面二维码破坏或噪音过大。目前，这款无毒、无污染，在地板长时间行走也不会留下轮痕的轮子，已广泛收录不少轻型服务机器人、小型配送机器人、电商分拣机器人本体厂商的采购名单。
而在脚轮的构造上，是否符合AGV专用标准也要通过安装高度、支架转向中心距、转动半径、载重负荷、转向、行驶灵活性六个指标来验证。据悉，中山向荣的15A款AGV定制轮专门针对AGV移动机器人研发特别在构造上呈现出6大亮点，其AGV定制轮的支架采用轴承转动结构脚轮支架，比普通轻型脚轮耐用，行走时长比普通轻型脚轮多2倍以上，能满足AGV小车高速运转（≥1.1m/s），长时间不间断行走的特点。不但如此，该结构在国内轻型脚轮领域属于独创，已向国家知识产权局申请实用新型专利。
玉林轮业：叉车AGV从动轮率先进军海外市场
滁州市玉林聚氨酯有限公司成立至今已有20余年，是一家专业研发聚氨酯AGV专用脚轮生产的厂家。自公司创业以来，已与多家国内外叉车及AGV主机厂家合作，得到了广大客户的认可和好评。据悉，2019年度玉林轮业销售额已达5000万元人民币。
在国产从动轮进军海外市场方面，玉林轮业则有着更多的话语权。
首先，国产品牌口碑建设。尽管从动轮对于AGV产业链而言只是一个小的分支，但玉林轮业仍然将口碑经营带到了国际的高度。据悉，玉林轮业目前已经荣获多项国家发明创新、专利奖，并被认定为国家高新技术企业，“3A企业”和“中国315诚信企业”称号且有自营进出口权。
其次，产品优越且耐用。玉林轮业应用于AGV的专用轮产品系列包括各种聚氨酯叉车AGV专用轮、清洁机器人防滑专用轮等，其生产的聚氨酯实芯轮胎系列产品以其不脱胶、高回弹、耐油，耐酸碱，耐磨，抗冲击，耐撕裂，绝缘性能优越等优异，在AGV业内收获一批优质的国内外叉车AGV本体厂家青睐。
最后，出海认证齐全。据悉，玉林轮业的产品除了通过质量体系认证、健康与环境体系认证外，也将近年AGV企业为出海所申请的欧盟CE认证收入囊中，该公司表示“预计2020年玉林轮业将继续加大对海外市场的开发力度，不断扩大出口业务；也将进一步引进优秀人才和优化生产工艺，持续提升产品品质和综合服务能力，顺应市场发展趋势，更好的满足国内外客户的需求。”
综上，无论是驱动轮还是从动轮，轮子对于AGV机器人而言至关重要，不同类型的产品、不同的应用场景对于轮子的要求也不尽相同，但需要注意的是，未来AGV机器人产业的壮大，对于专用轮的性能要求与价格将会愈加关注，因此企业也需持续优化，不断完善。
