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非公路和移动机器人中的电动机、传感器和其他运动部件

通过丽莎EITEL.|2019年5月31日

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自动移动设备,将物品运送到仓库和货运中心以及装配操作,继续提高对动力传输和运动控制系统的需求。事实上,全球移动机器人市场将达到2026年的近150亿美元,据ResoursonAdmarkets.com.。几乎所有耗尽电动机动力传动系统,都是相对昂贵的前期,但具有高可控性,由于使用经济性的电力,而且适度的维护要求,具有很低的拥有成本。实用程序任务车辆(UTV)和全地形车辆(ATV)是几个例子。

当然,许多自治地面车辆(AGV)和其他专业服务机器人(包括物流,远程检查和离岸市场)携带子系统以执行先前手动完成的非常特定的任务。这些需要复杂的运动控制。几何形状比比皆是,包括各种各样的夹具,线性执行器和多轴平台和运动子系统,用于操纵和运输有效载荷。

盟军运动转向 - 牵引 - 产品阵列

这些是盟军运动技术电机和集成轮组件,用于机器人和自动车辆中的牵引和转向应用。

即使对于最终影响的任务,例如从存储架快速挑选物品并将其混合到装运箱中,电动执行器通常比传统上用于抓取的气动执行器更有效。这是因为电动执行器只有在运行时才会消耗电力,以便让操作员整天运行(例如)电动叉车和物料搬运车,并且只在夜间充电。

访问therobotreport.com/category/robots-platforms/agv有关此主题的更多信息。

在移动设计采用车载可充电电池供电的情况下——在传统的非公路车辆中,这些车辆不是自动驾驶的,但也包括自动系统和执行器——这种效率是至关重要的。直接驱动运动技术包括用于末端执行器的直线电机(和用于轮式驱动的牵引电机)是具有特别苛刻要求的设计的主要选择。

AGV的应用运动产品牵引车

电动致动允许在位置并赋予IIoT功能的严格控制。后者是上的AGV和其他自主移动的设计中特别有用。从Applied运动产品这里示出的牵引驱动器包括板载运动控制和伺服电机无刷,行星齿轮箱和凸缘安装的驱动轮。I / O和通信网络到车辆的计算机和传感器不需要外部驱动器(放大器)的电子器件。该设计的高转矩密度(低惯量伺服电机),使强大而高效的驱动器用于AGV的以及自主移动机器人(自动抄表),电动自行车和电动轮椅。运动控制的设置是至Q编程软件;编程包括用于控制运动和多个命令。

即典型的移动机器人子系统的另一个运动轮廓 - 尤其是对位置感测组件,例如光检测和测距(LIDAR)和自主车辆其它跟踪系统 - 是与高占空比精度旋转运动。

回想一下,激光雷达用于绘制移动机器人周围环境的地图,以避免其他车辆和危险。

这样的动作感应系统是核心,自主移动机器人(自动抄表),在工厂搬迁项目和仓库,从起源到目的地通常被设置在飞行的功能。在补充这些AMRS无框电机致动的基于激光的感测系统通常基于PC的运动控制该命令轮驱动伺服电动机,而同时联网为IIoT功能设施ERP连接。

纳米轮驱动紧凑型驱动单元专为自动引导车辆AGVS而设计

Nanotec紧凑型车轮驱动装置适用于AGV。它们包括PD4-E无刷直流电机和集成控制器;具有1024PPR和CAN接口的磁性单圈绝对编码器;GPLEP 70 7:1行星齿轮箱;和安装法兰。对于用于右侧和左侧操作的版本,驱动装置包括一个齿轮箱,在输出侧带有加强滚珠轴承,以承受高径向和轴向负载。100 mm车轮外径为PEVODYN Soft 78°Shore A。可提供其他电机齿轮箱选项和现场总线接口。

Craig van Den Avont Gam Enterprises Wheen Tearbox for AGV轮驱动坚固性

Gam Enterprises拥有工程变速箱,以适应AGV轮毂,并满足具有挑战性的设计要求 - 包括轮毂的需要支持车辆的重量。

T.撕裂电池供电和移动运动设计

盟军迅通科技系统工程师杰弗里·希勒证实有关在物料搬运上升自动化水平的具体问题。大部分这种趋势越来越具有成本效益的材料采购和生产的机器人技术首先为航空航天和军事应用开发的结果。他的公司供应子系统的AGV及其它电池供电的设备在这一市场。

“我们看到旨在自动化物料处理的机器人系统的许多新的运动设计。在仓库和材料处理AGV中,对自动材料处理推车的需求增加......这些需求往往使用BLDC电机与编码器和电子设备配对,以驱动其牵引轮,“采煤机说。

一些设计还包括Z轴滚珠螺钉致动器,以升高和降低材料处理表面......这些通常需要脱掉制动器。

其他设计,如用于切割草的地面 - 维护推车,用于太阳能面板清洁的车辆,以及安全车必须陡峭下降陡坡(超过±30°)并以完全自主模式运行。在他们的心里,这些是运动设计,采煤机指出。

“我们还通过提供DC-Power Drives来陪伴我们的电机来迎合这些增长行业,”Linmot USA彼得·Zafiro说。“车辆设计师可以使用自己选择的传入电源 - 甚至电池电量......或者使用电源即将到来的轨道。然后关闭该电源,车辆设计中的直流总线电源可以运行我们的电机。该设置 - 在整个车辆中分布的小型DC驱动器 - 比具有大(和重)三相逆变器更好。“

机器人AGVs牵引轮总成的直线运动电动转向

Allied Motion Technologies的集成牵引轮组件包括一个直角永磁齿轮电机。齿轮马达转动一个小齿轮,小齿轮使车轮绕中心线旋转。白色小齿轮和蓝色传感器(用红色圈出来的)将车轮位置的反馈信息发送给车辆控制器。

当然,自动物料处理设备的电机必须是可靠的。根据森萨塔技术工业解决方案副总裁Matt Lesniak的说法,森萨塔BEI Kimco无框直流无刷电机满足了这一要求,并非常适合于机器人关节的紧密足迹。

Kollmorgen TBM-Motor-Family Auvsi无框架TBM电机和齿轮解决方案

来自Kollmorgen的无框架电机让机器人建造者使设计更小,更精确。电机在机器人武器和联合,协作机器人和AGV中工作,用于采摘和分拣以及自动驾驶叉车。无框架电机与应变波齿轮,反馈装置和伺服驱动器无缝集成,以提供轻质和扭矩密集的运动解决方案。

毕竟,机器人设计的功率太大是不必要的和有害的;每个电机应仅提供所需的功率,即其特定轴。Zafiro确认,今天的许多设计都实现了无刷直流电机的设计......在较低的力下获得更高的分辨率,因为没有大的电机功率因数。Zafiro说,这种设计需要更多的前台应用程序工作,但额外的努力将在线缩小。

“汽车组件的AGVS在其牵引轮上使用我们的BLDC转邮件,”采煤机说。“飞机组件的AGVS还使用我们的BLDC并联轴变速箱,用于其牵引轮......以及一些平板托盘携带的AGV可以很快使用我们的BLDC电机轮。”他引用了其他具体例子。

在通常与移动机器人一起工作的轨道导向高密度存储装置(也称为/RS装置)中,他的公司的bldc齿轮马达在其牵引轮和周围的输送机上工作。

Dunkermotoren紧凑型AGV车轮驱动设计,采用Dunkermotoren的无刷直流电机和德国齿轮制造商Framo Morat的专业齿轮总成,效率高

这种移动机器人轮驱动器凭借来自德内德·罗伦的无刷直流电动机和德国齿轮制造商Framo Morat的专业齿轮组件,实现了紧凑的设计和高效率。

T.hough they aren’t autonomous mobile robots, increasingly heavy ATVs and UTVs as well as end-user demand for more luxurious riding experiences have spurred an uptick in electric power steering (EPS) and even steer-by-wire designs where the traditional steering linkage is omitted from these electric vehicles.

建筑,脱气道和军事装备的新型电动机驱动也比比皆是。一些用于种植和收获的设备现在运动自动化模块,因此农民不再需要驾驶这些车辆。在效率提升和减肥的情况下,还可以通过这些车辆更换许多液压应用。

笛卡尔式多轴运动的直线运动设计为AS / RS

尽管在自动存储和检索不移动(因此超出了这个功能的重点)的大型笛卡尔安排(AS / RS)系统通常在自动化,仓储设施完善的移动机器人。图片由德恩科

移动机器人中的无刷电机示例1:Allied Motion Technologies最近提供了一种bldc齿轮马达,以取代用于打开和关闭部队运输车装甲门的液压执行器。

移动机器人中的无刷电机示例2:电机制造商提供售后市场BLDC电机 - 用控制器 - 耦合到方向盘和自动驱动农场设备。

移动机器人中无刷电机示例3:一台机器建造者,使葡萄收割机正在探索用电动车载更换设计的液压电机的可能性。这里的主要原因是液压马达和软管可以泄漏和污染食品。

移动机器人中的无刷电机示例4:一辆新电动骑行割草机为其轮子和刀片驱动器使用制造商的电动机。

大规模定制也非常典型的自主设计的运动组件和子系统。通常是最高目标是减少设计的总部分计数。根据盟军运动技术的剪切者,一些LIDAR系统采用他公司的双BLDC Megaflux电机,配对高速编码器 - 以完全定制的设计为单位。

“另一个完全定制运动解决方案的例子是军用车辆的座椅执行器。我们的全系统解决方案结合了无刷电机、驱动电子设备、平行轴齿轮箱和滚珠丝杠,”他指出。

在这样的情况下,制造商已经成功地使用定制的电机绕组、电子器件和变速箱修改了许多标准产品,以适应特定的应用。

“中小型公司正在进入机器人领域——为医疗、消费和工业行业创造创新技术,”Elmo Motion Control的托默·戈登伯格(Tomer Goldenberg)说。

这些较小的公司(不像大型机器人制造商)没有特定的传感或反馈部门,运动或伺服部门,或控制部门。

“这些较小的机器人制造商依赖于运动技术制造商,为他们提供产品和工具,以简化运动系统设计的实施......并减少上市时间,”Goldenberg说。“所以转到可以提供完整解决方案的伺服制造商一项技术对于小型机器人制造商来说是非常有利的,”Goldenberg结束。

Trinamic Motion Control的Jonas Proeger表示:“我们还看到实验室自动化公司、消费品公司,甚至初创公司开发了可移动协作机器人;这些机器人比典型机器人公司的产品要小得多。”。Proeger说:“这些设计大多着眼于帮助人类完成重复性或繁重的起重工作……所有这些设计都旨在实现可教的功能,这样机器人就不需要编程——任何能做某项工作的人也可以教机器人做这项工作或协助完成这项工作。”。

电源传输设计也适用于AGVS

AGV的的变化,设计和移动机器人还专门必要传动系统。那依GAM企业克雷格·范登Avont的总统。他的公司提供的定制增强变速箱组件,其能够高承载的(以支持一AGV的重量)甚至在装配到小型车辆的轮毂。

这是其中一个挑战:车辆重量在车轮驱动轴上搁置的方式,可以在组装轴承上进行显着的径向载荷。安装在近距离附近的标准槽滚珠轴承不适合账单。这是因为非专科化组件上的车轮载荷导致输出轴和齿轮偏转,从而加速磨损。预张紧圆锥滚子轴承对进行分辨率径向载荷,但相对较重,效率降低 - 用于耗尽电池电量的设计不可接受的权衡。

德国齿轮制造商Framo Morat提出的另一个解决方案是一种窄轮毂齿轮设计,使用标准球轴承来吸收车辆在车轮装配上的径向载荷。在它的齿轮箱中,一个电机输入轴和空心驱动输出轴是同心的,所以通过空心轴的径向力是在两个滚珠轴承之间的中心。这些轴承之间的紧密间隙最大限度地输出轴的弯曲刚度。

当然,并不是所有的手机设计都具有四轮和一辆车的形态。机器人和人工智能供应商Autonomous Solutions Inc. (ASI)继续提供他们的Chaos“高机动性”机器人。它有四个连续的履带,可以像手臂一样自由摆动,就好像坦克上的履带在惰轮的一端从油箱上被割断。在这里,八个派克贝赛德无框扭矩马达驱动这些自由移动的轨道,使它们在岩石、圆木和水生障碍物上滑行。速度为6.5英里/小时,连续负载能力为100磅(或275磅,略有限制的能力),适用于真实世界的监视,地雷勘探,爆炸物处理(EOD)和其他危险任务。

自动解决方案公司(ASI)继续提供他们的Chaos高机动性机器人

混沌机器人形象礼貌自治解决方案公司(ASI)

Gam Enterprises还为这些自动化设计提供了子系统。在这种粗糙的户外地带中,车轮穿越岩石,路缘和泥浆的方式需要具有能够承受显着的冲击载荷的专用动力传输子组件。

但即使在更受控室内环境中,粗鲁的轮驱动器也有用。“我们目前看到自动仓库应用的技术迅速上升,特别是那些注定用于自动运输车辆的技术,”介绍。“这些偶尔在轨道上,但许多设计独立运行和麦蕉轮。这些都不是我们可以姓名的项目,尽管我们知道这些设计是由行业领导者雇用的。“

Nabtesco驱动的自动引导车辆与Mecanum车轮

这是从纳博特斯克公司定制的驱动单元,其具有麦克纳姆轮。纳博特斯克提供紧凑RF-P系列实心轴摆线齿轮为德尔塔和SCARA机器人以及AGV轮驱动器。两级RF-P系列齿轮允许输出速度小于2弧分。200rpm下并表现出磁滞损耗,这使得它们适合于精密的应用程序。

全方位麦洲轮子在20世纪70年代发明,通过20世纪90年代,美国海军主要用于。车轮在诸如AGV的运输车辆上非常有用,因为它们在没有转动圆圈的任何方向上允许运动。这使得灵活的inimiced intralogistics安装中的移动以及移动机器人必须在大量传送器上导航的设置。

像全方位车轮(相当类似的设计)麦克纳姆轮现在被广泛的OEM和组织,包括教育等级机器人车辆FIRST机器人团队和那些建筑更为复杂的工业设计,以及制造和使用。

事实上,AGV和类似设计的车轮驱动的另一个设计挑战是,带有多级正齿轮或行星齿轮(在传统车轮和皮带驱动中常见)的轴向安装电机通常太大。因此,为了解决这个问题,一个可定制的紧凑型车轮驱动装置包括Dunkermotoren的无刷直流电机和前面提到的Framo Morat的专业齿轮传动装置。

行星传动系统补充了Dunkermotoren BG系列的电子换向(无刷)直流电机;一个锥齿轮箱连接电机到轮毂齿轮的输入轴为一个非常功率密集的车轮驱动。电机效率优于90%,轻量化的低损耗齿轮使效率最大化。Dunkermotoren电机的功率为10至60伏;接受24v的版本可以间歇输出1100 W和2600 W。内置的速度控制和定位电子也可用。可选的安全扭矩关闭(STO)功能,通过其电机控制软件,可以在需要的地方保护附近的人员和机械。

在AGV的和相关的设计刹车和离合器中使用的示例ALTRA

电池供电的移动设备采用运动部件,如Altra Industrial motion电动离合器和制动器组的部件。该制造商的AGV ERS制动器用于静态保持和有限急停制动,适用于希望结合制动器和离合器的OEM,其特点是消除手动过程,最大限度地实现自动化任务的机械控制。

其他电机供应商提供完整的轮组件的AGV的市场。设计世界覆盖了Wittenstein Itas在过去;这种模块化伺服驱动车轮轴线具有双伺服电动机和容纳的Vulkollan轮螺旋行星齿轮头 - 不unsimilar对Framo公司Morat和德恩科发售的Vulkollan车轮。该ITAS电机允许广泛的倾覆力矩,并具有高功率密度,以满足对中移动尤重手推车AGV的。


根据以下文件提交:汽车那运动控制提示那齿轮•齿轮头•减速器那马达(直接驱动)+无框电机那机器人•机器人夹具•终点效果
标记:Wittenstein.那appliedmotionproducts那AllizeMotion.

关于作者

丽莎EITEL.

Lisa Eitel自2001年以来一直在电影行业工作。她的研究领域包括电机、驱动、运动控制、动力传输、线性运动、传感和反馈技术。她拥有机械工程学士学位,是Tau Beta Pi工程荣誉协会的入选者;女工程师协会成员;也是FIRST机器人七叶树地区赛的评委。除了她的motioncontroltips.com的贡献,她还领导了设计世界的季度运动问题的生产。

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