一、AGV概述与系统架构

大家好，我是你们这门课的老朋友。今天咱们正式开篇，聊聊AGV到底是什么，以及它内部是怎么搭起来的。

说实话，我入行那会儿，AGV还是个挺小众的东西。记得2015年我参与的第一个项目，客户要求做一台能自动搬运物料的“小车”，当时市面上连像样的控制器都难找。现在呢？AGV已经遍地开花了。嗯，咱们就从最基础的定义开始。

1.1 AGV的定义

AGV，全称Automated Guided Vehicle，中文叫“自动导引运输车”。说白了，就是一辆能自己认路、自己跑、自己停的小车。它不需要司机，靠传感器和算法来导航。

你想想看，工厂里那些来回穿梭的小车，仓库里自动送货的机器人，本质上都是AGV。它们干的是同一件事：把东西从A点搬到B点，中间不需要人插手。

1.2 AGV的分类

AGV的分类方式很多，我习惯按导航方式来分，因为导航决定了整个系统的设计思路。

分类方式	类型	典型应用	我的经验
按导航方式	磁条导航、激光导航、二维码导航、SLAM导航	磁条用于简单产线，SLAM用于复杂环境	磁条最便宜，但维护起来真头疼
按负载能力	轻型（<100kg）、中型（100-500kg）、重型（>500kg）	轻型用于电子车间，重型用于汽车制造	重型AGV的底盘设计是个大坑
按运动方式	差速驱动、舵轮驱动、全向驱动	差速最常用，全向适合狭窄空间	全向轮看着酷，但地面要求极高

我个人习惯把AGV分成“有轨”和“无轨”两大类。有轨的像磁条、二维码，路径固定；无轨的像激光SLAM，路径灵活。你想想看，如果你的产线布局经常变，那肯定选无轨的。如果只是固定路线跑，有轨的性价比更高。

1.3 应用场景

AGV的应用场景，我总结下来就三个字：搬、运、送。但具体到行业，差别还挺大。

• 制造业：这是AGV的主战场。我记得在汽车总装车间，AGV拉着发动机在产线上跑，误差不能超过2厘米。一旦偏了，后面的装配工序全得停。
• 仓储物流：电商仓库里的“货到人”系统，AGV把货架直接搬到拣选工位。我见过一个项目，200台AGV同时跑，调度系统写得不好就会“堵车”。
• 医疗行业：医院里的药品配送、标本运输。这里要求AGV必须静音，而且不能撞到人。我曾经在医院调试，护士长盯着我，压力山大。
• 特殊环境：比如冷库、无尘车间。冷库里的AGV电池续航会下降，无尘车间对灰尘控制极严。这些细节，课本上可不会告诉你。

1.4 核心系统组成

一台AGV，说白了就是三个部分：机械、电气、软件。咱们一个一个说。

1.4.1 机械系统

机械是AGV的骨架。主要包括：

• 车体：钢架结构，承载所有部件。我见过用铝型材搭的，也见过用钢板焊接的。轻载用铝型材，重载必须焊接。
• 驱动轮与转向机构：差速驱动最简单，两个轮子独立控制。舵轮驱动更灵活，但结构复杂。全向轮嘛，嗯，地面不平就等着抖吧。
• 悬挂系统：这个容易被忽略。AGV过减速带时，如果悬挂不好，传感器数据会跳变。我吃过这个亏，后来每台车都加了弹簧减震。
• 举升/牵引机构：用来搬运货物的。举升有液压和电动两种，液压力气大但容易漏油，电动干净但推力小。

1.4.2 电气系统

电气是AGV的神经和肌肉。核心部件有：

• 主控制器：AGV的大脑。我用过PLC、工控机、嵌入式板卡（如STM32、RK3399）。PLC稳定但扩展性差，工控机功能强但功耗高。我个人习惯用嵌入式板卡+ROS，灵活且成本可控。
• 传感器：AGV的眼睛。激光雷达、IMU、编码器、摄像头、磁传感器……每个传感器都有脾气。比如激光雷达怕灰尘，IMU有温漂，编码器会丢步。这些坑，后面章节我会一个个填。
• 驱动电机与驱动器：AGV的腿。直流无刷电机是主流，配上FOC驱动器，控制精度很高。我建议选带CAN接口的驱动器，调试方便。
• 电池与电源管理：AGV的能量来源。锂电池是标配，但BMS（电池管理系统）一定要做好。我见过电池过放导致鼓包的，那场面……嗯，不说了。
• 通信模块：AGV和调度系统对话的通道。Wi-Fi最常用，但工厂里金属多，信号衰减严重。我后来改用5G或私有LoRa，稳定多了。

1.4.3 软件系统

软件是AGV的灵魂。分为三层：

• 底层控制软件：跑在MCU上，负责电机控制、传感器采集、PID调节。这部分我用FreeRTOS或裸机，实时性要求高。
• 中间层软件：跑在工控机上，负责导航、定位、路径规划。ROS是首选，生态好，工具链完善。我所有项目都基于ROS，省了不少事。
• 上层调度软件：跑在服务器上，负责多车调度、任务分配、交通管理。这部分我一般用Java或Go写，配合数据库。

1.5 整体架构图

下面这张图，是我自己画的AGV系统架构。它把机械、电气、软件三层的关系理清楚了。你看一眼，心里就有谱了。

1.6 避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑，希望能帮你少走弯路。

• 传感器选型别贪便宜：我曾经为了省钱，用了某国产激光雷达。结果在阳光直射下直接“瞎了”，数据全乱。后来换了进口的，贵是贵点，但稳。
• 电池容量要留余量：理论续航8小时，实际可能只有5小时。因为AGV要频繁加减速、转弯，功耗比匀速行驶高得多。我一般按1.5倍余量来选。
• 通信别只用Wi-Fi：工厂环境复杂，Wi-Fi干扰严重。我建议同时保留CAN总线作为备份，关键时刻能救命。
• 机械结构要考虑维护：AGV的轮子、电机、传感器都是易损件。设计时留好检修口，不然换一个轮子要拆半个车，那画面太美我不敢看。

好了，第一章就到这里。AGV的整体架构，说白了就是“机械打底、电气驱动、软件赋能”。后面我们会一步步深入，从电机控制到传感器融合，再到ROS实战。嗯，路还长，咱们慢慢走。

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