Động cơ nào được sử dụng trong hệ thống AGV và làm thế nào để bạn chọn động cơ truyền động AGV phù hợp?

Động cơ dẫn động là bộ phận cơ điện quan trọng nhất trong Xe tự hành có hướng dẫn (AGV). Nó xác định cách AGV tăng tốc, định vị chính xác như thế nào, tải trọng có thể di chuyển là bao nhiêu, thời gian sử dụng pin giữa các lần sạc và thời gian xe hoạt động trước khi hệ thống truyền động cần được bảo trì. AGV có động cơ dẫn động không đủ công suất hoặc được chỉ định không chính xác sẽ không thể đáp ứng các yêu cầu về tải trọng và tốc độ trong sản xuất; một loại có hiệu suất động cơ kém sẽ làm cạn kiệt pin nhanh hơn mức mà hoạt động hậu cần có thể đáp ứng; một động cơ truyền động yêu cầu bảo trì thường xuyên sẽ tạo ra thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​trong một hệ thống có toàn bộ đề xuất giá trị là hoạt động tự chủ liên tục, đáng tin cậy.

Đối với các nhà tích hợp hệ thống AGV, các kỹ sư robot chỉ định các bộ phận truyền động, các nhóm tự động hóa nhà kho đánh giá nền tảng AGV và các nhà phát triển thiết bị OEM thiết kế xe AGV mới, việc hiểu rõ các công nghệ động cơ được sử dụng trong hệ thống truyền động AGV — và các thông số đặc điểm kỹ thuật xác định công nghệ nào phù hợp với ứng dụng nào — là kiến ​​thức cần thiết để đưa ra quyết định thành phần phù hợp. Hướng dẫn này bao gồm các loại động cơ dẫn động AGV, các thông số lựa chọn và các yêu cầu cụ thể giúp phân biệt ứng dụng động cơ AGV với các ứng dụng động cơ công nghiệp nói chung.

Tại sao các yêu cầu về động cơ truyền động AGV lại khác với các yêu cầu chung về động cơ công nghiệp

Động cơ truyền động AGV hoạt động trong một loạt các điều kiện khắt khe và đặc biệt, khác biệt với hầu hết các ứng dụng động cơ công nghiệp thông thường:

Cung cấp năng lượng pin. Tất cả AGV đều chạy bằng pin - chúng hoạt động từ bộ pin DC (thường là 24V, 36V hoặc 48V) mà không cần kết nối với nguồn điện lưới AC. Điều này về cơ bản đòi hỏi động cơ truyền động tương thích với DC. Động cơ xoay chiều có thể được sử dụng với bộ biến tần tích hợp, nhưng hiệu quả của việc đảo ngược DC thành AC trong hệ thống chạy bằng pin sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Động cơ DC - và đặc biệt là động cơ BLDC - là lựa chọn ưu tiên vì chúng nhận nguồn pin trực tiếp (hoặc thông qua bộ chuyển đổi DC-DC) mà không bị phạt đảo ngược.

Chu kỳ bắt đầu-dừng thường xuyên. AGV tăng tốc từ trạng thái nghỉ sang tốc độ di chuyển, điều hướng đến điểm lấy hoặc gửi và dừng lại — lặp đi lặp lại, hàng trăm hoặc hàng nghìn lần mỗi ngày. Động cơ truyền động phải xử lý chu trình khởi động-dừng này mà không quá nóng hoặc hao mòn quá mức, điều này đặt ra yêu cầu về quản lý nhiệt của động cơ và đối với động cơ chổi than, bộ chuyển mạch và chổi than xử lý quá trình khởi động dòng điện cao.

Hoạt động hai chiều. AGV phải dẫn động cả tiến và lùi — và phải chuyển đổi giữa các hướng một cách sạch sẽ mà không bị sốc cơ học. Động cơ và bộ điều khiển của nó phải hỗ trợ điều khiển tốc độ hai chiều trơn tru. Đối với AGV vi sai lái (trong đó điều khiển tốc độ bánh xe độc ​​lập ở bên trái và bên phải tạo ra khả năng quay), hai động cơ truyền động phải khớp chính xác trong phản ứng tốc độ-mô-men xoắn của chúng để đánh lái chính xác.

Kiểm soát tốc độ và vị trí chính xác. Độ chính xác của việc điều hướng trong AGV hiện đại - đặc biệt là AGV dẫn đường bằng laser (LiDAR), AGV dẫn hướng bằng thị giác hoặc theo dõi từ tính - yêu cầu kiểm soát tốc độ chính xác và trong một số hệ thống, phản hồi vị trí chính xác từ bộ mã hóa động cơ truyền động. Động cơ phải hoạt động ở tốc độ nhất quán, được kiểm soát trên tải trọng và phạm vi địa hình mà không bị săn hoặc mất ổn định tốc độ.

Hiệu quả cao cho tuổi thọ pin. Trong xe tự hành chạy bằng pin, hiệu suất của động cơ quyết định trực tiếp thời gian hoạt động giữa các lần sạc. Hệ thống động cơ truyền động hoạt động với hiệu suất 85% thay vì 75% sẽ mở rộng phạm vi hoạt động của xe thêm khoảng 13%. Điều này trong ứng dụng hậu cần có thể là sự khác biệt giữa một chiếc xe hoàn thành lộ trình trong chu kỳ pin và yêu cầu dừng sạc đột xuất. Hiệu suất năng lượng là yêu cầu đặc điểm kỹ thuật hạng nhất trong việc lựa chọn động cơ AGV, không phải là yếu tố cần xem xét thứ yếu.

Các loại động cơ chính được sử dụng trong hệ thống truyền động AGV

Động cơ bánh răng DC không chổi than (BLDC): Công nghệ truyền động AGV chiếm ưu thế

Động cơ bánh răng DC không chổi than là công nghệ động cơ truyền động được ưa chuộng nhất cho các hệ thống AGV hiện đại. Động cơ BLDC thay thế bộ chuyển mạch cơ khí và cụm chổi than của động cơ DC chổi than truyền thống bằng chuyển mạch điện tử - bộ điều khiển động cơ đọc vị trí rôto (thông qua cảm biến hiệu ứng Hall hoặc phản hồi bộ mã hóa) và chuyển cuộn dây stato theo đúng trình tự để duy trì chuyển động quay mà không cần bất kỳ tiếp xúc vật lý nào với chổi than. Chuyển mạch điện tử này là yếu tố mang lại cho động cơ BLDC những lợi thế vượt trội so với động cơ chổi than trong bối cảnh AGV:

Không hao mòn bàn chải = không cần bảo trì bàn chải. Trong động cơ DC có chổi than, chổi than ép vào các vòng cổ góp sẽ liên tục bị mòn trong quá trình vận hành. Ở chu kỳ làm việc cao – AGV hoạt động 20 giờ mỗi ngày trong các hoạt động hậu cần ba ca – khoảng thời gian thay thế chổi than có thể đạt được trong vòng vài tháng, đòi hỏi phải có thời gian ngừng hoạt động và nhân công thay thế theo lịch trình. Động cơ BLDC không có chổi để mài mòn; bộ phận hao mòn duy nhất là vòng bi động cơ, có tuổi thọ sử dụng được tính bằng hàng nghìn giờ. Đối với đội AGV hoạt động liên tục, việc loại bỏ việc bảo trì chổi than là một lợi thế về chi phí vận hành và thời gian hoạt động cao.

Hiệu quả cao hơn. Động cơ BLDC thường đạt được hiệu suất điện-cơ 90–95% tại điểm vận hành định mức, so với 75–85% của động cơ DC có chổi than tương đương. Trong AGV chạy bằng pin, sự khác biệt về hiệu suất này trực tiếp dẫn đến thời gian làm việc nhiều hơn cho mỗi chu kỳ sạc.

Hiệu suất nhiệt tốt hơn. Nhiệt động cơ BLDC được tạo ra chủ yếu ở cuộn dây stato tiếp xúc trực tiếp với vỏ động cơ giúp tản nhiệt hiệu quả. Động cơ chổi than tạo ra nhiệt ở cả cuộn dây và điểm tiếp xúc cổ góp/bàn chải, còn điểm tiếp xúc chổi than nằm ở bên trong động cơ, nơi tản nhiệt kém hiệu quả hơn. Động cơ BLDC duy trì chu kỳ làm việc liên tục cao hơn mà không bị quá nóng.

Kiểm soát tốc độ chính xác. Chuyển mạch điện tử với bộ mã hóa hoặc phản hồi cảm biến Hall cho phép kiểm soát tốc độ vòng kín chặt chẽ trên phạm vi hoạt động rộng. Các thuật toán điều hướng AGV phụ thuộc vào phản hồi tốc độ bánh xe chính xác để ước tính vị trí tính toán chết giữa các lần sửa vị trí tuyệt đối — Động cơ BLDC có phản hồi bộ mã hóa mang lại độ chính xác này một cách đáng tin cậy.

Động cơ bánh răng DC có chổi than: Tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng AGV công suất thấp hơn

Động cơ bánh răng DC có chổi than vẫn được sử dụng trong các ứng dụng AGV trong đó chu kỳ hoạt động thấp hơn (không phải hoạt động liên tục 24/7), trong đó yêu cầu về tải trọng khiêm tốn và chi phí động cơ thấp hơn là ưu tiên hàng đầu trên các nền tảng AGV nhạy cảm với chi phí. Trong AGV được thiết kế cho hoạt động hậu cần nội bộ hạng nhẹ — vận chuyển các bộ phận nhỏ, phân phối tài liệu, hỗ trợ dây chuyền sản xuất hạng nhẹ — thiết bị điện tử điều khiển đơn giản hơn được yêu cầu bởi động cơ DC chổi than (không cần bộ điều khiển chuyển mạch) và chi phí đơn vị thấp hơn có thể giúp họ lựa chọn thay thế BLDC bất chấp yêu cầu bảo trì chổi than.

Động cơ DC chổi than cũng cung cấp mô-men xoắn khởi động rất cao — cao hơn động cơ BLDC có kích thước tương đương trong một số thiết kế — điều này có thể hữu ích cho AGV khởi động khi có tải trên đường nghiêng. Tuy nhiên, bộ điều khiển động cơ BLDC hiện đại có thể tái tạo hành vi mô-men xoắn khởi động cao này thông qua các chiến lược điều khiển hướng trường, làm giảm lợi thế lịch sử của động cơ chổi than trong lĩnh vực này.

Động cơ bánh răng hành tinh cho bánh xe dẫn động AGV

Bất kể phần tử động cơ là DC có chổi than hay không chổi than, các bánh dẫn động AGV hầu như đều sử dụng bộ giảm tốc hành tinh giữa động cơ và bánh xe. Cấu hình bánh răng hành tinh là loại hộp số được ưu tiên cho các ứng dụng AGV vì một số lý do:

Bánh răng hành tinh cung cấp mật độ mô-men xoắn cao nhất — mô-men xoắn đầu ra cao nhất cho đường kính ngoài của hộp số nhất định — điều này rất quan trọng trong cụm bánh xe AGV trong đó bộ phận bánh xe-hộp số-động cơ hoàn chỉnh phải vừa với các giới hạn kích thước chặt chẽ trên khung xe. Sự căn chỉnh đầu vào/đầu ra đồng trục của hộp số hành tinh cho phép lắp ráp nội tuyến nhỏ gọn: động cơ → hộp số hành tinh → bánh dẫn động, tất cả trên một trục duy nhất, không có độ lệch được tạo ra bởi bánh răng thẳng hoặc hộp giảm tốc trục vít.

Hộp số hành tinh cũng mang lại hiệu suất cao (92–97% mỗi giai đoạn) so với các lựa chọn thay thế bánh răng trục vít (thường là 50–85% tùy thuộc vào tỷ lệ và góc dẫn), điều này rất quan trọng trong ứng dụng AGV quan trọng về hiệu suất pin. Động cơ dẫn động AGV bánh răng trục vít chạy ở hiệu suất hộp số 70% sẽ làm mất 30% năng lượng điện đầu vào của động cơ chỉ để làm nóng hộp số — một hình phạt không thể chấp nhận được đối với xe chạy bằng pin.

Các thông số kỹ thuật chính để lựa chọn động cơ truyền động AGV

Cách tính mô-men xoắn động cơ dẫn động AGV cần thiết

Mô-men xoắn cần thiết để dẫn động AGV ở tốc độ không đổi trên bề mặt phẳng phải vượt qua lực cản lăn; trên đường nghiêng, trọng lực bổ sung thêm thành phần lực cản ngang. Tính toán cho AGV hai bánh điển hình:

Tổng trọng lượng xe: W = (tải trọng tối đa trọng lượng bì AGV) × g [Newton]

Lực cản lăn: F_rolling = W × μ_r, trong đó μ_r là hệ số lực cản lăn (thường là 0,01–0,02 đối với bánh xe cao su trên bê tông mịn; 0,02–0,05 đối với sàn mềm hoặc bề mặt gồ ghề)

Lực cản theo cấp (đối với đường nghiêng): F_grade = W × sin(θ), trong đó θ là góc cấp (đối với cấp 5%, θ ≈ 2,86°, sin(θ) ≈ 0,05)

Tổng lực truyền động: F_total = F_rolling F_grade

Mô-men xoắn yêu cầu ở bánh dẫn động (mỗi động cơ, giả sử có hai động cơ dẫn động): T_wheel = (F_total / 2) × r_wheel, trong đó r_wheel là bán kính bánh dẫn động tính bằng mét

Momen xoắn yêu cầu của động cơ: T_motor = T_wheel / (i × η), trong đó i là tỷ số truyền giảm tốc và η là hiệu suất hộp số

Ví dụ: một AGV có tổng trọng lượng tải là 500 kg, bánh dẫn động đường kính 150mm, ở mức 3%, với hộp số hành tinh 25:1 với hiệu suất 0,95:

• W = 500 × 9,81 = 4,905 N
• F_rolling = 4.905 × 0,015 = 73,6 N
• F_grade = 4.905 × 0,03 = 147,2 N
• F_total = 220,8 N; mỗi động cơ = 110,4 N
• Bánh xe T = 110,4 × 0,075 = 8,28 Nm
• T_motor = 8,28 / (25 × 0,95) = 0,35 Nm mô-men xoắn liên tục định mức

Thêm hệ số an toàn 2× cho mô-men tăng tốc: yêu cầu mô-men xoắn cực đại của động cơ ≈ 0,70 Nm. Động cơ bánh răng hành tinh BLDC có mô-men xoắn cực đại ≥ 0,70 Nm ở 48V với tỷ lệ 25:1 đáp ứng yêu cầu này. Định mức mô-men xoắn liên tục phải được xác minh dựa trên mô-men xoắn yêu cầu liên tục (0,35 Nm ở mức tải tối đa trên cấp độ) với giới hạn nhiệt thích hợp.

Câu hỏi thường gặp

Cấu hình lái của AGV ảnh hưởng đến việc lựa chọn động cơ như thế nào?

AGV sử dụng một số cấu hình lái, mỗi cấu hình có yêu cầu về động cơ khác nhau. Bộ truyền động vi sai (hai bánh dẫn động độc lập, không có vô lăng) tạo ra các vòng quay bằng cách chạy hai động cơ dẫn động ở các tốc độ khác nhau - điều này đòi hỏi cả hai động cơ phải khớp chặt chẽ về đặc tính tốc độ-mô-men xoắn của chúng và được điều khiển bởi một bộ điều khiển động cơ phối hợp có thể điều khiển tốc độ vi sai trên cả hai bánh cùng một lúc. Hệ thống lái ba bánh (một bánh dẫn động ở phía trước, hai bánh sau thụ động) sử dụng một động cơ dẫn động duy nhất với một bộ truyền động lái riêng biệt - việc lựa chọn động cơ rất đơn giản nhưng phải xem xét việc tích hợp bộ truyền động lái. Bộ truyền động đa hướng (bánh mecanum hoặc bánh đa hướng ở mỗi góc) sử dụng bốn động cơ được điều khiển riêng và cho phép chuyển động theo chiều ngang và đường chéo — bộ điều khiển động cơ phải xử lý sự phối hợp bốn kênh và động cơ phải có đặc tính phù hợp tốc độ tuyệt vời trong phạm vi hoạt động của chúng.

Loại bộ mã hóa nào được khuyên dùng cho động cơ dẫn động AGV?

Bộ mã hóa lũy tiến (đầu ra A/B vuông góc) là loại phổ biến nhất để đo đường động cơ dẫn động AGV — chúng cung cấp số xung trên mỗi vòng quay mà bộ điều khiển điều hướng chuyển đổi thành quãng đường và tốc độ di chuyển của bánh xe. Bộ mã hóa tuyệt đối đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu bộ điều khiển biết vị trí mà không cần điều hướng sau khi bật nguồn, nhưng đối với phép đo hình (đo khoảng cách), bộ mã hóa gia tăng là tiêu chuẩn. Độ phân giải 500–1000 PPR ở trục động cơ thường đủ để có độ chính xác đo đường tốt với tỷ số giảm tốc bánh răng hành tinh tiêu chuẩn. Độ phân giải cao hơn (2000–4096 PPR) cải thiện phép đo đường trên các hệ thống có tỷ số thấp trong đó trục bánh xe di chuyển phần lớn vòng quay trên mỗi vòng quay động cơ.

Động cơ truyền động AGV có thể được sử dụng với phanh tái tạo không?

Có — Bộ điều khiển động cơ BLDC trong các ứng dụng AGV thường hỗ trợ phanh tái tạo, trong đó động cơ hoạt động như một máy phát điện trong quá trình giảm tốc, chuyển đổi động năng trở lại thành năng lượng điện để sạc lại pin. Phanh tái tạo giúp giảm mức tiêu thụ pin (đặc biệt là trên các tuyến AGV dừng và đi thường xuyên xảy ra hiện tượng giảm tốc), giảm hao mòn phanh và cho phép giảm tốc nhanh hơn mà không cần nhiệt phanh cơ học. Hiệu suất thu hồi năng lượng của phanh tái tạo trong ứng dụng AGV điển hình là 15–30% năng lượng được sử dụng để tăng tốc, có ý nghĩa trong các hoạt động tuyến đường ngắn tần số cao. Khả năng tái tạo yêu cầu bộ điều khiển động cơ hỗ trợ dòng điện hai chiều và hệ thống quản lý pin chấp nhận dòng điện tái tạo mà không cần bảo vệ quá áp.

Động cơ dẫn động AGV từ Chiết Giang Saiya Sản xuất thông minh

Công ty TNHH Sản xuất Thông minh Chiết Giang Saiya , Deqing, Chiết Giang, sản xuất động cơ bánh răng hành tinh BLDC, động cơ bánh răng hành tinh DC có chổi than và cụm động cơ dẫn động AGV hoàn chỉnh cho các ứng dụng xe tự hành. Dòng sản phẩm AGV bao gồm các bộ phận mô-tơ truyền động có bộ mã hóa tích hợp ở điện áp pin danh định 24V, 36V và 48V, ở kích thước khung từ đường kính 32mm đến 82mm, với tỷ lệ giảm bánh răng hành tinh từ 5:1 đến trên 500:1, bao gồm các loại tải trọng từ AGV vận chuyển bộ phận nhỏ hạng nhẹ đến các bệ xử lý vật liệu hạng nặng. Thông số kỹ thuật của động cơ AGV tùy chỉnh — điện áp, tỷ lệ, độ phân giải bộ mã hóa, cách lắp đặt, xếp hạng IP và đầu nối — có sẵn thông qua dịch vụ phát triển OEM/ODM của công ty.

Liên hệ với chúng tôi về thông số kỹ thuật AGV của bạn — trọng lượng xe, tải trọng, tốc độ tối đa, điện áp ắc quy, đường kính bánh xe và môi trường vận hành — để nhận được đề xuất và báo giá về động cơ truyền động.

Sản phẩm liên quan: Sản phẩm dự án AGV | Động cơ bánh răng DC không chổi than | Động cơ bánh răng hành tinh | Hộp số hành tinh chính xác | Động cơ bánh răng DC có chổi than