一种物流无人车的底盘设计与改进.docx

? ? 一种物流无人车的底盘设计与改进 ? ? [Summary] 本文简介了物流无人车发展的时代背景；提到了应用目标场景对无人车底盘结构设计的影响，并通过比较几种常见的无人车底盘，浅析不同类型底盘的优缺点；说明了选择其中一种非独立悬挂式阿克曼底盘作为研发方向的理由，介绍了研发该底盘的大致流程及注意事项，并给出一种借助软件实现前转向机构优化设计的具体方法。 Keys：物流、无人车、阿克曼底盘 一、前言 当下物流行业已紧随交通、信息业脚步，成为国民生活中必不可少的一环，在满足居民生活方面起着越来越重要的作用。过去国内适龄劳动者充足，快递利润丰厚，网点提供薪资对应聘人员具有很大吸引力，能通过选拔人才保障优质服务；近年来随着人口红利渐渐消失，雇佣成本涨幅较大，而快递行业竞争激烈，利润透明化，网点毛利润没有明显上涨，必然减少长期岗位，只能将有限的人力资源投入到附加值更高的长途货运和物料分拣上，利润微薄投诉较多的最后1公里派送工作目前是摊派到其他岗位的，但从业职工普遍有抵触情绪。幸运的是随着科技的发展，在不远的将来这项派送工作可以交给物流无人车来完成。[1] 二、底盘类型设计方向选择 物流无人车若要完成派送，必须让行走机构（底盘系统）在特定的环境（道路场景）中正常工作；其中底盘与许投货物大小息息相关，小的底盘不可能运送特大的货物；然而另一方面，特定道路场景又会反过来限制底盘尺寸，大的底盘容易造成拥堵；同时底盘必须适应道路状况，否则出现故障一样会造成投递效率下降，货物积压，引发投诉。因此设计无人车底盘时，必须经过调研，分析资料、对应用场景有一个大致的了解，再选择方向，借鉴前人成果展开研发设计。 立项后，我们参观各大展会收集资料将市面上多种无人车底盘与其应用场景相关联，经整理按结构划分为4类： 1.独立悬挂式阿克曼底盘，这类底盘对行驶路面要求低，货物承载量大，采用方向机转向，受采购件尺寸限制车身宽度一般超过850mm；受力条件最好，高速性能优越，行驶平稳，机动性好；但传动链长，零部件精细，数量多，结构复杂，维护成本较高。控制、调校需要花费大量的人力物力才能达到满意要求，技术成熟后可移植到汽车底盘低速场景中，实现业务跨界。 2.非独立悬挂式阿克曼底盘，这类底盘对行驶路面要求不高，承载能力不输独立悬挂式阿克曼底盘，转向方式可以采用摆臂连杆和方向机两种手段，若使用摆臂转向车身宽度可压缩到680mm(由后驱桥整体长度决定)，采用方向机转向车身宽度可做到780mm~800mm之间(这样做是为了使用宽度480mm 行程9cm的方向机替换宽度380mm 行程6cm的方向机，起到增加转向轮最大转向角度减少转弯半径的效果，480mm方向机+传动连杆+转向节和车轮宽度，整体尺寸在780~800mm之间)。受力状况尚可，高速性能，颠簸路面不如独立悬挂式，但在低速场合（25km/h以下）城市路面，两者相仿，并且有利于简化成多个独立组件，结构简单，皮实耐造，每个部件都方便增加额外的裕度进行健壮设计，爬坡越障性能好，窄道通过性能优，可直接采购电动三轮车成熟部件，往相关行业已有标准上靠拢，对维护人员、维修设备要求不高。控制难度较高，但比独立悬挂式阿克曼底盘容易，若非全闭环控制达到理想精度要经过大量的测试校准（全闭环控制可以先满足控制精度要求，再通过数据调校，逐步满足速度及平稳性要求）[2]。 3.四轮差速底盘，这类底盘对行驶路面无特殊要求，可用于外路况，有一定的越障碍能力，转向通过两侧轮速差克服扭转摩擦阻力矩实现，工业应用使用伺服电机或直流无刷电机反复调校，实验室产品部分使用步进电机，能够原地旋转，但在所有底盘中受力条件最差，对整体结构有额外的刚强度要求，因此有极限重量限制（整车整备质量通常不得超过160kg），前后轮距离短以减小摩擦阻力臂，多用于良好路面轻载场合。因为行驶转向不要求同侧轮速度差，为节约成本有同步带传动、螺旋伞齿轮传动等机械方式，或共用控制器电控方式；磨损现象原理上无法回避，采用电瓶车中缝轮后能降低维护成本，但需要维护频次最高。控制精度高、调校相对容易，实现控制花费时间少[3]。 4.两轮差速底盘，这类底盘运动时相对四轮差速底盘无附加力矩但对行驶路面要求苛刻，几乎不具备越障自脱困能力，常见于厂房内、楼道等室内场景，行驶路面需磨平，不平整会引起断轴、瘫痪、转向失灵等后果（如今伺服电机驱动轮模块可以直接购买适当缓和断轴风险，但其他问题没有根本解决）。前后配有辅轮起稳定支撑作用，将竖直方向纵向截面做成圆形后，几乎无旋转碰撞风险，适合在人群中穿梭，有旅馆、商业区应用。控制技术已完全成熟，有大量的文献代码可参考。行动准确，定位精度高[4]。 结合研发目的展开产品应用场景需求分析——最后1公里无人派送：园区（外路况），步行人员密度高，安全考虑限速在20km/