AGV的驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動電源、電機和減速裝置組成。電機作為一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的元件,在AGV小車中扮演著重要的角色,電機的性能參數(shù)及減速裝置的規(guī)格型號的確定直接決定整車的動力性,即車輛的運動速度和驅(qū)動力直接決定整車的動力特性。
電機種類繁多,在AGV中主要用到的電機包括4種:直流有刷電機、直流無刷電機、直流伺服電機、步進電機。
直流有刷電機是內(nèi)含電刷裝置的將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。
直流有刷電機是所有電機的基礎(chǔ),它具有啟動快、制動及時、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對簡單等特點。
但同時,因為電刷和換向器的存在,容易產(chǎn)生火花,特定場合容易產(chǎn)生危險;同時,電刷和換向器之間一直存在物料摩擦,使用壽命不長,需要后期維護等缺點。
在AGV中,如果需要控制電路簡單,對電機使用壽命沒有過高要求的場合,可以選用直流有刷電機。
直流無刷電機直流無刷電機由電動機主體和驅(qū)動器組成,是一種典型的機電一體化。與有刷電機最明顯的不同是,采用了電子換向,去掉了電刷。
電機主體由三個繞組A、B、C組成,采用對稱星形接法。轉(zhuǎn)子是永磁體。為了檢測轉(zhuǎn)子位置,常內(nèi)置霍爾傳感器。與有刷電機相比,直流無刷電機具有:高效率、低能耗、低噪音、超長壽命、高可靠性等優(yōu)點,但是控制相對復(fù)雜一點,需要專用的控制器。
直流伺服電機直流伺服采用永磁同步電機,結(jié)構(gòu)與直流無刷區(qū)別不大,只是繞組的反電動勢不同,直流無刷的發(fā)電動勢接近方波,更適合六步方波控制,永磁同步電機的發(fā)電動勢為正弦波,更適合矢量控制。
伺服主要靠脈沖來定位,基本上可以這樣理解,伺服電機接收到1個脈沖,就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度,從而實現(xiàn)位移,因為,伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度,都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng),或者叫閉環(huán),如此一來,系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機,同時又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)精確的定位,可以達到0.001mm。
與直流無刷電機相同的是,需要專用的驅(qū)動器來控制,采用了更復(fù)雜的矢量控制算法。除了采用霍爾傳感器來檢測轉(zhuǎn)子位置,還會采用編碼器來檢測轉(zhuǎn)子位置,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子任意位置的停止。直流伺服電機具有效率高、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動平滑、力矩穩(wěn)定、運行噪聲小等優(yōu)點,能運行在速度模式和位置模式。
AGV的行走電機常采用的直流伺服電機或直流無刷電機,在對精度要求較高的場合,常采用直流伺服電機。
根據(jù)電機本體和驅(qū)動器的形式,可以分為:分體式和一體式。分體式的,驅(qū)動器和電機本體分開,適用于大功率場合。一體式,驅(qū)動器和電機本體組裝在一起,結(jié)構(gòu)緊湊,適用于功率較小、對體積有要求的場合。
步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(步距角),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。
可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量。同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度,從而達到調(diào)速的目的。與直流
伺服電機相比,步進電機一般不具有過載能力。速度響應(yīng)性能比伺服小。主要用在執(zhí)行機構(gòu)中。
總體而言,各類電機中,如果從控制精準度上說,則伺服調(diào)速精度最高,步進次之,直流有刷及無刷電機最低。伺服電機一般都是被使用在精度要求高的場合,而無刷電機就只用在精度不是特別高的地方了,步進電機居中,但步進電機的轉(zhuǎn)速沒有無刷電機快。
對于AGV智能小車所用的電機,用戶可以從出法點、側(cè)重點來考慮進而選擇合適的電機。如果側(cè)重于對設(shè)備實現(xiàn)精準控制的話就用伺服電機,如果AGV智能小車對調(diào)速不是很精準的話,可以用無刷電機。因為不同產(chǎn)品之間的價格也是相差懸殊的:伺服電機價格最高,無刷電機價格最低。
在廠家的選擇上,目前伴隨著AGV行業(yè)的日益發(fā)展,一些廠商也相繼推出了針對這一領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)品,以下列舉了幾家具有代表性的電機廠商,供大家參考!
步科——極智系列低壓伺服電機
上海步科自動化股份有限公司成立于1996年,作為移動機器人核心部件優(yōu)秀供應(yīng)商,步科股份一直深入挖掘行業(yè)需求,以服務(wù)行業(yè)、解決行業(yè)問題為出發(fā)點,不斷創(chuàng)新,不斷突破關(guān)鍵技術(shù),推出了AGV專用驅(qū)動產(chǎn)品與解決方案:AGV專用低壓伺服電機、低壓伺服一體機、低壓伺服電機模組、AGV機器自動化與物聯(lián)網(wǎng)控制方案、電商AGV運動控制方案等。
2020年步科研發(fā)團隊在第一代低壓伺服電機的基礎(chǔ)上研發(fā)了新一代的G2和超短機身的極智系列低壓伺服電機,新一代電機采用了全新的5對極電磁設(shè)計方案,新電機具有以下特點:
超短機身:極智系列在保證不損失功率的情況下,機身結(jié)構(gòu)重新設(shè)計極大的縮短了機身長度,電機長度平均縮短30%以上,200W電機機身長度最短可以做到46.5mm。極短的長度可以為客戶設(shè)備節(jié)省更多安裝空間、有利于移動機器人車身尺寸,使設(shè)備小型化,提高整體空間利用率。
電機規(guī)格齊全:電機安裝法蘭有40、60、80、130等規(guī)格,功率覆蓋了50W到1.5kW,編碼器涵蓋了磁電、光電、絕對值(不帶電池)等不同類型,可以滿足客戶不同的應(yīng)用要求,助力AGV企業(yè)為客戶賦能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
和利時電機--超短系列低壓伺服電機
北京和利時電機公司自主研發(fā)的超短系列低壓伺服電機,采用全新電磁設(shè)計方案,在保證電機同等輸出功率的前提下,機身長度比市場常見電機平均縮短了20%以上。以輸出功率為200W的超短系列電機為例:該電機機身長度僅為51.5mm,重量約600g,機身短,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,為設(shè)備節(jié)省了空間,幫助用戶實現(xiàn)了設(shè)備小巧、輕便。
超短系列低壓伺服電機在縮短機身的同時保留了電機出眾的性能,不僅滿足用戶設(shè)備空間緊湊的需求,還具有更高的性價比:
① 超短機身設(shè)計,適用于對空間要求極高的場合;
② 全新電磁設(shè)計,保證電機轉(zhuǎn)矩的輸出,且電機運行更加平穩(wěn);
③ 采用更加優(yōu)質(zhì)的材料,增加轉(zhuǎn)矩的同時有效地控制了電機發(fā)熱,并提升了電機的散熱功能在實驗室條件下,電機平均溫升低于60K,保證了電機在絕大多數(shù)工況下長期穩(wěn)定的運行;
④ 自主研發(fā)的超薄編碼器,體積小,精度高;
⑤ 超短系列電機規(guī)格齊全,可滿足不同場景的需求。
和利時電機公司自主研發(fā)的超短系列低壓伺服電機自推出后便獲得了移動機器人廠商的青睞,目前已大批量應(yīng)用于倉儲物流搬運機器人、AMR、堆高機、物流分揀線、單件分離設(shè)備、停車機器人、建筑機器人等設(shè)備中,幫助了用戶優(yōu)化了設(shè)備空間利用率的最大化。
鳴志電機——集成式低壓伺服電機
鳴志公司是全球運動控制領(lǐng)域先進制造商,國內(nèi)步進電機及驅(qū)動產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè),是國內(nèi)步進電機驅(qū)動系統(tǒng)制造的領(lǐng)軍企業(yè)。被媒體評價為最近十年之內(nèi)唯一改變混合式步進電機全球市場競爭格局, 打破日本企業(yè)對該行業(yè)的主導(dǎo)和壟斷的中國企業(yè)。
公司是國家高新技術(shù)企業(yè)、上海市企業(yè)技術(shù)中心。截至2019年度末,公司及子公司擁有已獲證書的國內(nèi)外專利技術(shù)305項,其中,國內(nèi)發(fā)明專利20項,國際發(fā)明專利24項,實用新型專利149項,外觀設(shè)計專利14項,以及軟件著作權(quán)98項。
公司業(yè)務(wù)深度服務(wù)于國家級重大工程項目、智能裝備制造、生命科學(xué)研究、航空航天電子工業(yè)等。對于近年來需求旺盛的物流裝備行業(yè),公司通過市場調(diào)研,結(jié)合產(chǎn)業(yè)用戶的實際需求何自身深厚的技術(shù)積累,在低壓伺服電機方面不斷推陳出新。配套機型有通用型無人搬運底盤、到潛伏式牽引車、自動叉車、料箱機器人、箱式四向穿梭車、巡檢機器人,涉及物流倉儲、
智能制造、自動泊車、智慧醫(yī)療,港口機械等多個行業(yè)。公司發(fā)布的MDX集成式低壓伺服電機以一體化設(shè)計、節(jié)約AGV內(nèi)部空間占用、優(yōu)化線路布局、減少安裝調(diào)試工時等優(yōu)勢深受海內(nèi)外用戶喜愛,成為國內(nèi)AGV專用低壓伺服產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的風向標。
一直以來,公司在生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)資源投入很多。與國內(nèi)競爭對手相比,公司生產(chǎn)自動化程度高,成本控制和規(guī)模效應(yīng)優(yōu)勢明顯;與國外競爭對手相比,公司在勞動力、原材料、國內(nèi)市場開拓等方面,也具有較明顯的成本優(yōu)勢。
運控電子——低壓伺服系列
常州市運控電子有限公司是專業(yè)提供精密電機、驅(qū)動、高精密減速機及解決方案的制造商。公司成立于1999年,擁有員工600余人,現(xiàn)有生產(chǎn)廠房2萬余平方米,公司主要產(chǎn)品有步進電機、無刷電機、伺服電機和行星減速機。
公司生產(chǎn)的步進電機、無刷電機、伺服電機及減速機獲得國內(nèi)客戶好評,并通過歐盟CE認證。公司不斷利用技術(shù)、管理、質(zhì)量上的優(yōu)勢,以高性價比的產(chǎn)品獲國內(nèi)外客戶好評。
其中,低壓伺服電機是運控電子的重點發(fā)展的產(chǎn)品之一。近5年來,通過在AGV市場的不斷深耕,公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的低壓伺服電機與AGV領(lǐng)域多家領(lǐng)頭企業(yè)建立了長期深入合作關(guān)系,如海康,極智嘉等。產(chǎn)品型號包括40#、60#、80#、100#、110#、130#,功率范圍從50W到3000W,180#低壓伺服即將問世,將助力于重載AGV。
此外,運控通過將精密行星減速機與低壓伺服一體化設(shè)計,可以從體積上更好地服務(wù)于AGV更小機身的設(shè)計需求。運控斜齒精密型行星減速機可以與全系列低壓伺服電機配合,具有結(jié)構(gòu)緊湊,精度高,噪音低等優(yōu)點。
AGV應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展以及場景、環(huán)境、需求、技術(shù)等差異性和其他條件的不確定性,促使電機企業(yè)開始做針對性的設(shè)計、制造和服務(wù)。
而為了進一步提高產(chǎn)品的準確性、穩(wěn)定性和可靠性,AGV驅(qū)控一體化設(shè)計被認為是未來的發(fā)展方向。驅(qū)控一體就是把驅(qū)動器,控制器,編碼器,電機這些東西全部集成到一起,形成一個高度集成和智能化的設(shè)備,不僅能夠幫助提高產(chǎn)品的各項性能,也能夠進一步降低成本。