AGV,即"自動(dòng)導引運輸車(chē)，是現代工業(yè)自動(dòng)化物流系統中的關(guān)鍵設備。伴隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，智慧物流逐漸成為未來(lái)物流信息的發(fā)展方向，作為智慧物流中的核心設備，復合型AGV的設計研究是傳統AGV設備應用升級的必經(jīng)之路，可大幅度提升國內AGV應用的整體水平，有利于提升AGV的行業(yè)競爭力；可大幅度提升自動(dòng)物流系統的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，拓寬AGV應用能力和應用領(lǐng)域。

近幾年，隨著(zhù)智慧物流概念的提出以及AGV技術(shù)的研發(fā)投入，AGV設備的發(fā)展速度在穩步提升，但與國際水平還是有著(zhù)明顯的差距，需要各研究機構和企業(yè)的研發(fā)部門(mén)加強自主研發(fā)，引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)[1,2]。目前，國內AGV產(chǎn)品種類(lèi)繁多，有：裝配型AGV、搬運型AGV、大負載AGV；核心技術(shù)是專(zhuān)用的AGV控制軟件、嵌入式CAN總線(xiàn)主控制器；不足：AGV設備功能單一，只能完成智慧物流下的搬運功能，國內外市場(chǎng)競爭加劇，迫切需要對AGV主體結構進(jìn)行設計和優(yōu)化，并針對AGV的轉型升級進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究。因此，徹底改變傳統AGV應用模式，增加機器人搬運、分揀等復合功能，運營(yíng)成本降低，生產(chǎn)節拍縮短，生產(chǎn)效率提高；將機器人機構系統與AGV技術(shù)深度融合，集搬運、分揀等多種復合功能與傳統物流系統融為一體，實(shí)現自動(dòng)物流的智能化升級。

復合型AGV設備由兩部分組成：磁條導引式AGV的整車(chē)和復合機械手[3]，如圖1。

AGV是以特定的導航方式（磁條導航）結合以特定的運動(dòng)方式（自旋、繞行、循跡、盲走、越障等）配合特定的上裝形式（輥道對接、舉升、掛接、貨叉、夾抱、監視測量等）適應各種的環(huán)境（常規、污染、輻射、噪聲、危險等）實(shí)現更優(yōu)于人力作業(yè)的多種任務(wù)（高精度、耐疲勞）需求的智能移動(dòng)機器人或智能集成系統。

示意圖2如下：

自動(dòng)導引車(chē)(AGV)總體系統組成分為機械部分和控制部分，并結合動(dòng)力部分為各裝置供電[4]。機械系統主要由行走、操作、本體、控制、電源、安全裝置等部分構成，如圖3:

行走部分由車(chē)輪、電機、制動(dòng)器、驅動(dòng)裝置、速度檢測器（碼盤(pán)等）和減速齒輪構成。車(chē)輪與地面的接觸材料應為耐磨軟質(zhì)材料。電機和減速器配合以保證在允許位荷內的額定行走速度。制動(dòng)器應在急停和切斷電源時(shí)起作用。

操作部分是AGV執行人工或自動(dòng)任務(wù)的交互操作功能單元。AGV必須具備手動(dòng)操作功能，根據AGV不同的供電方式，可以在手動(dòng)時(shí)連接輔助電源，但接線(xiàn)方式必須快建可靠，在連接或斷開(kāi)輔助電源時(shí)不需要切斷AGV的控制電源。AGV必須以簡(jiǎn)單的操作即可切換到手動(dòng)操作模式，在手動(dòng)操作模式下，AGV應可以在符合要求的地面上進(jìn)行人工控制的運動(dòng)，人工操作使用AGV提供的操作面板或專(zhuān)用手控裝置，手控裝置要求必須可以脫離通訊網(wǎng)絡(luò )獨立操作。操作裝置必須具備停止時(shí)的剎車(chē)功能，同時(shí)保證在允許負荷時(shí)的正常操作。AGV操作部分必須提供完整的顯示功能，顯示內容需根據AGV的運行狀態(tài)進(jìn)行相應調整，在運動(dòng)過(guò)程中能夠顯示狀態(tài)數據，在維護過(guò)程中能夠顯示部件參數等．

AGV必須提供脫離通訊網(wǎng)絡(luò )的離線(xiàn)自動(dòng)運行方式，在該種方式下AGV以單機為運行單元，在A(yíng)GV上進(jìn)行簡(jiǎn)單的人工操作即可沿設定的路線(xiàn)執行固定的任務(wù)。

AGV的自動(dòng)工作方式是AGV作為系統的組成部分進(jìn)行運行的工作方式．AGV是根據外部輸送環(huán)境的指令運行的，在自動(dòng)工作方式下，AGV需服從外部設備的管理及指令分配，按指定的路線(xiàn)執行任務(wù)。

AGV本體必須保證在正常運行時(shí)產(chǎn)生的扭曲和變形足夠小-避免發(fā)生功能障礙。本體覆蓋物避免可能產(chǎn)生危險的形狀，覆蓋物具有堅固的結構。以防止與其他物品發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生功能故障。

控制裝置具有防振動(dòng)功能，避免行走時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對設備造成損害或出現功能故障。操作面板應采用容易觀(guān)察、容易操作的結構，避免操作人員產(chǎn)生誤操作。

如選擇開(kāi)放式交變磁場(chǎng)供電的方式，原則上應在無(wú)人的工作環(huán)境中使用，如AGV必須與人交互，制造商必須向用戶(hù)提供電源生成磁場(chǎng)的相關(guān)安全數據。確保不對環(huán)境中的人員造成危害，并需在電源開(kāi)放范圍內作出明確標示。如選擇充自電池供電的方式，制造商必須根據用戶(hù)的輸送時(shí)間需求選擇合適的電池及充電設備。

采用快速充電自池使用在線(xiàn)充電方式．在運行環(huán)境中保證一定的充電時(shí)間，可進(jìn)行連續24 h的工作?？焖俪潆婋姵毓╇姷拇箅娏鞒潆娕c運行平均時(shí)間比應達到1:8。

采用免維護慢速充電電池．電池每次充滿(mǎn)應保證至少連續工作8H。

接觸障礙物緩沖器：防止自動(dòng)引導車(chē)碰撞人或物時(shí)，產(chǎn)生傷害或故障。

接近檢測裝置根據現場(chǎng)應用的實(shí)際情況，用戶(hù)可以選擇激光測距掃描、紅外區域漫反射、超聲探測或不使用。

示警裝置：示警裝置由聲音或警示燈提醒AGV周?chē)娜思皶r(shí)發(fā)現正在接近的AGV。

停車(chē)按鈕，按下該按鈕時(shí)AGV必須可靠停止運行，并可以通過(guò)簡(jiǎn)單人工操作快速恢復運行。

在研究AGV驅動(dòng)動(dòng)力學(xué)時(shí)，需要確定作用在A(yíng)GV上的各種外力，包括驅動(dòng)力和運行阻力[5]。AGV在水平道路上等速行駛時(shí)必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力和來(lái)自空氣的空氣阻力。但是AGV剛起動(dòng)時(shí)車(chē)輪所處的滑動(dòng)狀態(tài)對應的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，在起動(dòng)前必須先要克服靜摩擦力，因為靜摩擦系數是三者中大的，對應的靜摩擦力也是大的，因此只要保證AGV能起動(dòng)，之后所面臨的滾動(dòng)阻力總是比靜摩擦力小得多，因此計算AGV的起動(dòng)阻力即可。

以符號Ff表示大靜摩擦力，以符號Fw表示空氣阻力。

當AGV在坡道上行駛時(shí)，還必須克服重力沿坡道的分力，稱(chēng)為坡度阻力，以符號Fi表示。AGV加速行駛需要克服的阻力稱(chēng)為加速阻力，以符號Fj表示。因此車(chē)輛運行的總阻力[6]為:

式中:μ—大靜摩擦系數，即車(chē)輪剛好滾動(dòng)時(shí)所需的推力與對地面的正壓力之比，即單位車(chē)輛重力剛好所需的推力。大靜摩擦系數由實(shí)驗確定。它與路面的種類(lèi)、行駛車(chē)速以及車(chē)輪的構造、材料等有關(guān)。由相關(guān)的參考資料可知，在一定范圍內靜摩擦系數隨著(zhù)正壓力的增大而增大，并且與地面干濕程度有關(guān)，例如：在24Kg正壓力下，干法測量，靜摩擦系數μ在0.4～0.6之間，再考慮一定的余量下取靜摩擦系數μ=0.7進(jìn)行計算，代入公式得靜摩擦力為:

AGV在加速行駛的過(guò)程中，需要克服其質(zhì)量加速運動(dòng)時(shí)的慣性力，即加速阻力Fj；設AGV從原地起步經(jīng)過(guò)的位移S=lm時(shí)，其車(chē)速達到Vt=0.4m/s則AGV的加速度為:a=(Vt2-Vo2)/2=0.16/2=0.08m/m2

故加速阻力為:

AGV工作場(chǎng)的道路狀況一般較好，坡度較小，坡道角為α=20，則坡道阻力為:

由于空氣阻力F=-KV,K為空氣阻力系數，計算公式為：K=ρV2CDA/2；式中,ρ為空氣密度，V為車(chē)速，CD為氣動(dòng)阻力系數，A為汽車(chē)迎風(fēng)面積；則空氣阻力正比于速度的三次方，AGV小車(chē)不同于道路行駛的高速車(chē)輛，此次AGV的高時(shí)速為0.4m/s并且AGV的迎風(fēng)面積也比較小，因此空氣阻力對AGV行駛的影響可忽略不計。

根據AGV總的運行阻力公式知：

根據實(shí)際應用要求，設計專(zhuān)用的機器人末端工具，本例是柔性抓取裝置，兩手爪在氣缸的驅動(dòng)下，實(shí)現夾取長(cháng)度的改變；手爪上可更換多種輔助工具，如V型塊、吸盤(pán)等，可實(shí)現對不同形狀規格的零件進(jìn)行抓取，如下圖：

在智慧物流概念下，設計此類(lèi)型的復合型AGV設備，不僅包含傳統AGV的所有功能，而且從運行阻力的計算結論來(lái)優(yōu)化設計設備結構；與此同時(shí)增加具有多種功能的機器人和末端工具結構，增加分揀、搬運等多種復合功能，生產(chǎn)效率提高，智能化程度提升，實(shí)現自動(dòng)物流的智能化升級改造。