文/新戰略機器人全媒體 黃滿婷
在過去的幾年里，隨著AGV機器人的不斷演進，對AGV的行走方式也做出了諸多探討，最終驅動系統以驅動輪+從動輪的結構簡單、移動速度快、運行平穩、成本低等優勢成為移動機器人的應用主基調。
AGV之所以能拖動成百上千公斤的重物以毫米級別的精度自主平穩運行與AGV的“腿”即專用輪密切相關。常規AGV行走主要靠的是驅動輪+從動輪的共同作用，行走動力來自于AGV驅動輪，而從動輪起著承載重力和轉向靈活性的輔助作用。
常見的AGV轉向驅動輪結構主要分為以下四大類：
1、單舵輪型
單舵輪型AGV多為三輪車型（部分AGV為了更強的穩定性會安裝多個從動輪，但轉向驅動裝置僅為一個舵輪），主要是依靠AGV前部的一個鉸軸轉向車輪作為驅動輪，搭配后兩個從動輪，由前輪控制轉向。單舵輪轉向驅動的優點是結構簡單、成本低，由于是單輪驅動，無需考慮電機配合問題，因三輪結構的抓地性好，對地表面要求一般，適用于廣泛的環境和場合。缺點是靈活性較差，轉向存在轉彎半徑，能實現的動作相對簡單。
適用AGV類型：牽引式AGV、叉車式AGV。
適用場景：大噸位貨物搬運，適用場景廣泛。
2、雙舵輪型
雙舵輪型AGV為全向型AGV，車體前后各安裝一個舵輪，搭配左右兩側的從動輪，由前后舵輪控制轉向。雙舵輪型轉向驅動的優點是可以實現360°回轉功能，也可以實現萬向橫移，靈活性高且具有精確的運行精度。缺點是兩套舵輪成本較高，而且AGV運行中經常需要兩個舵輪差動，這對電機的運動控制算法要求較高，而且因為四輪或以上的車輪結構，容易導致一輪懸空而影響運行，（對車體設計要求較高，需對舵輪設計懸掛浮動裝置，以克服地面不平所帶來的懸空打滑現象）所以對地面平整度要求嚴格。但是由于底部輪子更多，受力更均衡，所以這種驅動方式的穩定性比單舵輪型AGV更高。
適用AGV類型：重載潛伏式AGV或停車機器人。
適用場景：大噸位的物料搬運，適用于汽車制造工廠、停車場等場景。
3、差速輪型
差速輪型AGV的結構是車體左右兩側安裝差速輪作為驅動輪，其他為隨動輪，與雙舵輪型不同的是，差速輪不配置轉向電機，也就是說驅動輪本身并不能旋轉，而是完全靠內外驅動輪之間的速度差來實現轉向。這種驅動方式的優點是靈活性高，同樣可實現360°回轉，但由于差速輪本身不具備轉向性，所以這種驅動類型的AGV無法做到萬向橫移。此外，差速輪對電機和控制精度要求不高，因而成本相對低廉，而缺點是差速輪對地面平整度要求苛刻，負重較輕，一般負載在1噸以下，無法適應精度要求過高的場合。大家熟悉的亞馬遜KIVA機器人就是使用差速輪轉向驅動方式。
適用AGV類型：潛伏式AGV。
適用場景：適用于環境較好的電商、零售等倉庫場景。
4、麥克納姆輪型
麥克納姆輪設計新穎，這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉向力轉化到一個機輪法向力上面。簡單來說，就是在輪轂上安裝斜向輥子，通過協同運動以實現移動或旋轉。麥克納姆輪的優點是具有10噸以上的載重能力，靈活性高，可以實現360°回轉功能和萬向橫移，更適合在高精度要求及有限空間內的運動。缺點是成本相對較高，結構形式相對復雜，對控制、制造、地面等的要求較高。
適用AGV類型：重載型移動平臺、戶外移動機器人
適用場景：飛機、高鐵等生產制造場景、戶外機器人運輸場景。
不同的轉向驅動類型對應著不同場景下的應用需求，需要根據環境、負載等因素進行綜合評估選定。根據應用場景的環境需要，選用最合適的轉向驅動方式，只有這樣才能保證不同作業場景下AGV運行的可靠性、穩定性和精確性。
國產核心驅動輪的崛起
國產驅動輪在國產核心供應鏈的地位僅次于導航控制。隨著國產AGV專用輪企業的百花齊放，國產AGV在降本增效上隨之也取得了相當程度的進展。
過去，市面上主要采用平行軸結構方式的差速輪型驅動，但是平行軸結構的體積較大，而且精度不夠，后來逐漸被行星結構代替；而舵輪的發展更是百花齊放，市面上目前已經出現行星、擺線、少齒差、平行軸等幾種結構方式，并成為主流。
國產供應鏈中以驅動輪為主的企業悄然崛起，并迅速占領國產AGV主要市場，有的甚至已經開始走出國門，遠銷海外。其中同普電力、青島奧斯特驅動、鳳凰動力、三相技術、金陵智造等都有相應的驅動類產品。
在這些開發驅動輪的核心供應鏈企業中，有依靠多年技術沉淀發展出全線產品的企業如鳳凰動力，有在多年工業車輛應用基礎上進行產品延伸，并結合客戶需求選擇技術創新的企業，如奧斯特驅動，也有的選擇與國外廠商展開合作，例如同普電力。
鳳凰動力：沉淀技術16載 匠心打造全線產品
蘇州鳳凰動力工業有限公司是國內較早從事AGV輪式移動搬運機器人核心驅動系統研發的高新技術企業，其研發、生產及銷售長達16年，擁有10多項發明專利，研發出多項國際首臺和國內首臺高新技術產品，其中包括全球首臺最小臥式舵輪、全球首臺最小立式舵輪、全球首臺雙輪結構舵輪。
鳳凰動力的產品部件包含驅動機構及速度反饋、轉向機構及其位置反饋、限位裝置、制動機構，支承機構等以確保產品的安全性和穩定性,配套齊全。據悉，鳳凰動力的驅動輪系統包括臥式/立式舵輪及驅動輪四大系列。
其中，臥式舵輪適用于在布局上有高度限制的電驅動移動設備，舵輪安裝面低，同時具有較大速比，而立式舵輪更適用室外應用，其機構特性可實現涉水行走，且具備更好的通過性和爬坡越障能力。而針對不同行業需求做產品細化，臥式驅動輪系列通過多年的開發和改進，具有性能可靠、方便安裝、便于維護等特點，可在輕量化、高承載、大扭矩、高速度等方面為客戶提供可靠方案，而立式舵輪則更適用室外應用，其機構特性可實現涉水行走，且具備更好的通過性和爬坡越障能力。
此外，通過多年來不斷投入研發和改善產品，目前鳳凰動力的AGV專用輪既可供應標準產品，也可滿足個性化產品的定制，已經廣泛應用于AGV、電動叉車、高空作業平臺車、清潔機器人以及各類移動機器人設備，成為全球知名的電驅動解決方案供應商之一。
奧斯特驅動 ：深入應用場景 關注技術創新
同普電力：另辟蹊徑 國產技術與國際化接軌
作為專注于AGV及其特殊車輛行業提供舵輪及電機、腳輪等移動機器人底盤構造的國產供應鏈之一，成立十年間，同普電力便先后與國外廠商意大利的CFR、Benevelli、TR(腳輪）、美國的Roboteq及瑞士Bluebotics展開合作，推動AGV專用輪發展與國際化接軌。
據了解，同普電力的舵輪結構同樣細分為臥式與立式，系統分為帶電動與不帶電動轉向體統，通過完全細分化的方式，以滿足AGV本體廠商的不同需求。目前以同普動力研發的國產舵輪具備以下性能：
第一是其驅動部分采用電機和傳動箱組合，反對稱安裝方式。這種方式可以在使舵輪電機同軸，提供較大動力；電機外形尺寸和功率成一定比例的情況下，大大縮短輪距，節約空間，以使機器人體積小型化；這種安裝方式，使電機的選擇較廣泛，齒輪變速箱的作用可以提升扭矩，減小轉速，也可以利用之間的摩擦自鎖在需要停止時起到剎車作用，同時延長軸距以滿足輪對安裝需要。
第二是車輪單元獨立組成一個完整的驅動機械系統，在一個輪支架內安裝有電機、同軸減速器、抱閘、旋轉編碼器等，車輪結構緊湊、空間占用少、可控性高、性能可靠、維護簡單。
第三是驅動輪集成了行駛與轉向兩個單元，轉向單元使用一個獨立的電機裝有編碼器及電位計，轉向單元可在一定的范圍內轉動，控制驅動電機的驅動軸向，配合驅動單元的正反轉，可使車輪沿任意方向運動。
隸屬于中國航天科工集團的江蘇金陵智造研究院，通過將40余年的成熟航天伺服控制技術向民用市場轉化，先后推出了全系列標準型臥式舵輪系統、室外用驅動輪系統以及低壓伺服驅動系統等產品以及車載控制系統解決方案等，并取得專利10余項。產品憑借其結構緊湊、性能優異、性價比高、安全可靠等特點，廣泛應用于物流倉儲、對接裝配等眾多領域。其控制精度、過載能力、效率等技術指標得到了客戶的一致認可，目前已與國內多家知名物流裝備企業建立起長期配套合作關系。
早在2016年，公司就推出了市場上首款基于雙永磁伺服電機且轉向和行駛功能二合一集成驅動控制的舵輪系統，該產品驅動控制部分充分繼承航天“基于永磁同步電機的空間矢量控制三環全數字控制”的成熟技術方案，采用“一拖二”架構形式，同時實現驅動系統和轉向系統的控制；舵輪本體部分借鑒航天伺服機構設計及工藝積累進行集成化設計，結構緊湊、穩定可靠，系統反饋形式采用高精度絕對值編碼器保證系統控制精度和轉向的絕對位置。一體化舵輪系統整體技術方案成熟，用戶只需將舵輪系統的法蘭盤與AGV接口進行安裝即可，無需復雜的安裝調試，保證產品的高精度、高可靠性及使用的便利性。
目前公司專業從事伺服控制和智能控制類產品研發人員過百人，研發團隊碩士及高級工程師以上人員占比達90%以上。項目團隊包括多名“科工集團智能制造百人團成員”、“國防科工委有突出貢獻中青年專家”、“新世紀優秀人才”、“江蘇省333工程”等智能制造方面專家；擁有智能控制類產品（電機、驅動器、伺服系統等）專用性能測試實驗室、環境實驗室、電磁兼容實驗室、重載AGV車載控制系統性能實驗室等，為產品研發提供強有力的支撐和保障。在公司嚴格的質量體系保證下，所有出廠產品均經過外觀、電氣性能、空載性能、負載性能等全面的測試，保證為客戶提供的每一臺產品性能穩定、質量可靠，同時公司為客戶提供全面專業的技術支持，讓客戶在最短的時間內熟悉并掌握產品的使用，為客戶整車AGV的順利調試交付提供支撐。
AGV從動輪近年來也正在走向越來越專業化的道路，一個好的從動輪，可以很好的降低推動力，讓主動輪更省力。與多樣化的驅動輪不同，從動輪的選擇主要是對材質和構造的考量，如何在輔助載重的情況下還能夠靈活運行，是從動輪發展道路上最關鍵的要素。
因此普通橡膠腳輪在市面上已經逐漸被淘汰，取而代之的是具有高抗壓、高耐磨特性的聚氨酯材料，亦或是柔性、防滑、減震性能優越的TPR材料，滿足重載與輕型AGV的不同需求，AGV從動輪也正向越來越專業化的方向轉型。AGV產業鏈發展日趨完善，一大批專注于AGV專用腳輪的供應商紛紛涌入市場，先后開發出創新技術，性能優越的AGV專用腳輪產品，有的甚至推出了定制服務。
據悉，目前在AGV行業內頗受歡迎的優質供應商有物流腳輪的玉林輪業、向榮動力等涌入，也有專注于AGV全套驅動系統的如同普、鳳凰動力。而近年上海屹上、廣東禾達等一系列新晉企業也正在AGV腳輪專業化的道路上發展起來。這些企業也紛紛從定制化方向強化著自身細分領域的競爭實力。
上海屹上：如何更好的讓AGV減震？
關于AGV腳輪的減震技術，上海屹上腳輪有限公司從專業化的角度出發將目前AGV行業減震級別分為一級減震和二級減震并推出一系列解決方案。
一級減震：當AGV無負載或受力比較均勻，地面卻不平整時，通過彈簧減震，確保輪子在一個平面，AGV自然不會顛簸。減震機理類似于汽車，當一輛轎車吊起來，四個輪胎是下垂，當車子放在地上，車子自重形成預壓，而彈簧保障了幾個輪子在一個平面上。
二級減震：當AGV負重時，受力不均，此時通過膠塊減震，確保輪子在一個平面上。減震機理類似于汽車，當你坐進去轎車，即使進入5個人時，也看不到輪胎或懸架變化，這就是二級減震起到的效果。
上海屹上從成立之初便以致力于為中國AGV產業升級而努力為理念，在腳輪設計上，不但引進國內國際高精尖人才，并聯合大學院校，展開設計合作，還大量從技術層面考慮AGV專用輪的具體需求，產融和寶馬汽車設計原理，推出了二級減震萬向輪。而近年來，為了更好的給AGV減震，屹上通過不斷精進，又推出全新升級款減震輪3大系列產品：
其一是彈簧可調節系列：彈簧壓力可以自行設置的松一點，或緊一點，滿足不同AGV的個性需求。
其二是靜音減震系列：膠塊和彈簧分開，減震性能更優，噪音更小。
其三是空氣彈簧系列：減震彈簧采用更好的空氣彈簧或汽車液壓彈簧，讓AGV像汽車一樣舒適的懸架。當彈簧回彈，一級減震有阻尼，可以讓車身更緩慢下降，車身更穩定。從此告別繁瑣的底盤設計，讓AGV小車即使在馬路上也能很穩。
這種設計，在AGV專用腳輪中可謂別具匠心。
中山向榮：輕型AGV從動輪的最佳拍檔
為了適應市場需求，中山向榮腳輪制造有限公司依靠強大的資源及技術優勢，針對24小時連續工作、平穩運行、耐用性等特點，將AGV腳輪的選取直接拓展到了定制化道路。
其中，向榮腳輪面向AGV行業的拳頭產品名為15A款AGV 定制輪。從材質上考慮，對AGV腳輪材質的選取非常有慎重，普通腳輪使用的是硫化橡膠材質，向榮的15A款定制輪采用的是60-70 °Shore A的高工藝TPR材料，TPR的特點是防滑性和減震性能優良，其柔軟舒適性要優越于橡膠，優越的材質結合嚴苛的工藝，使15A款定制輪在地板上長時間行走會不會留下輪痕，導致地面二維碼破壞或噪音過大。目前，這款無毒、無污染，在地板長時間行走也不會留下輪痕的輪子，已廣泛收錄不少輕型服務機器人、小型配送機器人、電商分揀機器人本體廠商的采購名單。
而在腳輪的構造上，是否符合AGV專用標準也要通過安裝高度、支架轉向中心距、轉動半徑、載重負荷、轉向、行駛靈活性六個指標來驗證。據悉，中山向榮的15A款AGV定制輪專門針對AGV移動機器人研發特別在構造上呈現出6大亮點，其AGV定制輪的支架采用軸承轉動結構腳輪支架，比普通輕型腳輪耐用，行走時長比普通輕型腳輪多2倍以上，能滿足AGV小車高速運轉（≥1.1m/s），長時間不間斷行走的特點。不但如此，該結構在國內輕型腳輪領域屬于獨創，已向國家知識產權局申請實用新型專利。
玉林輪業：叉車AGV從動輪率先進軍海外市場
滁州市玉林聚氨酯有限公司成立至今已有20余年，是一家專業研發聚氨酯AGV專用腳輪生產的廠家。自公司創業以來，已與多家國內外叉車及AGV主機廠家合作，得到了廣大客戶的認可和好評。據悉，2019年度玉林輪業銷售額已達5000萬元人民幣。
在國產從動輪進軍海外市場方面，玉林輪業則有著更多的話語權。
首先，國產品牌口碑建設。盡管從動輪對于AGV產業鏈而言只是一個小的分支，但玉林輪業仍然將口碑經營帶到了國際的高度。據悉，玉林輪業目前已經榮獲多項國家發明創新、專利獎，并被認定為國家高新技術企業，“3A企業”和“中國315誠信企業”稱號且有自營進出口權。
其次，產品優越且耐用。玉林輪業應用于AGV的專用輪產品系列包括各種聚氨酯叉車AGV專用輪、清潔機器人防滑專用輪等，其生產的聚氨酯實芯輪胎系列產品以其不脫膠、高回彈、耐油，耐酸堿，耐磨，抗沖擊，耐撕裂，絕緣性能優越等優異，在AGV業內收獲一批優質的國內外叉車AGV本體廠家青睞。
最后，出海認證齊全。據悉，玉林輪業的產品除了通過質量體系認證、健康與環境體系認證外，也將近年AGV企業為出海所申請的歐盟CE認證收入囊中，該公司表示“預計2020年玉林輪業將繼續加大對海外市場的開發力度，不斷擴大出口業務；也將進一步引進優秀人才和優化生產工藝，持續提升產品品質和綜合服務能力，順應市場發展趨勢，更好的滿足國內外客戶的需求。”
綜上，無論是驅動輪還是從動輪，輪子對于AGV機器人而言至關重要，不同類型的產品、不同的應用場景對于輪子的要求也不盡相同，但需要注意的是，未來AGV機器人產業的壯大，對于專用輪的性能要求與價格將會愈加關注，因此企業也需持續優化，不斷完善。
