Les véhicules à guidage automatique (AGV) nécessitent des systèmes de mouvement combinant un positionnement précis, une communication rapide, une intégration mécanique compacte et un contrôle fiable en temps réel . Dans cet environnement, la combinaison d'un servomoteur de moyeu sans balais intégré et d'une communication CANopen fournit une architecture pratique pour coordonner les commandes de vitesse, de couple, de direction et de mouvement des roues au niveau du véhicule.

Contrairement aux systèmes de moteur conventionnels qui séparent le moteur, l'encodeur, le servomoteur et l'interface de communication en différents composants, un servomoteur de moyeu sans balais intégré peut placer plusieurs de ces fonctions directement à l'intérieur de l'ensemble de roue. CANopen fournit ensuite une couche de communication standardisée entre le contrôleur AGV et les nœuds moteurs individuels.

Cette combinaison est particulièrement utile pour les AGV à entraînement différentiel, les robots mobiles omnidirectionnels, les véhicules d'entrepôt, les AMR et les plates-formes autonomes de manutention..

Qu'est-ce qu'un servomoteur à moyeu sans balais intégré ?

Un Le servomoteur de moyeu sans balais intégré est une unité de contrôle de mouvement compacte qui combine un moteur sans balais, un servomoteur, un encodeur et un mécanisme de moyeu en un seul assemblage. Contrairement à un système d'asservissement conventionnel, dans lequel le moteur, le contrôleur, le dispositif de rétroaction et les composants de transmission sont installés séparément, un servomoteur de moyeu intégré place les composants clés de contrôle de mouvement directement à l'intérieur ou autour de la roue.

Cette architecture est particulièrement adaptée aux AGV, AMR, robots mobiles, équipements de manutention automatisés et systèmes de contrôle de mouvement compacts où l'espace, le câblage et le contrôle précis des roues sont importants.

Comment fonctionne un servomoteur à moyeu sans balais intégré ?

Un servomoteur à moyeu sans balais intégré typique se compose de quatre éléments fonctionnels principaux :

L'encodeur mesure en permanence le mouvement du moteur. Le servocontrôleur compare le mouvement réel avec la valeur commandée et ajuste la sortie du moteur en conséquence.

Pourquoi utiliser un moteur sans balais dans un système de servomoteur de moyeu ?

Le moteur brushless est un élément clé de l’architecture intégrée.

Par rapport aux moteurs à balais, les moteurs BLDC éliminent les balais mécaniques et les collecteurs , réduisant ainsi l'usure mécanique et permettant un fonctionnement continu efficace et fiable.

Les avantages typiques incluent :

• Haute efficacité

• Faible usure mécanique

• Construction compacte

• Rapport puissance/poids élevé

• Bon contrôle de la vitesse

• Faibles besoins d’entretien

• Convient pour un fonctionnement continu

Ces caractéristiques rendent la technologie sans balais adaptée aux plates-formes mobiles qui nécessitent des accélérations, décélérations et changements de direction fréquents.

Qu'est-ce qui en fait un servomoteur ?

Un moteur sans balais fait partie d'un système d'asservissement lorsqu'un retour en boucle fermée est utilisé pour contrôler le mouvement.

L'encodeur fournit des informations sur :

• Position du rotor

• Vitesse de rotation

• Direction

• Erreur de position

Le servocontrôleur utilise ce retour pour réguler le moteur.

Par exemple:

Vitesse commandée → 1000 tr/min

Vitesse réelle → 980 tr/min

Le contrôleur détecte la différence et ajuste la sortie du moteur pour réduire l'erreur.

Ce fonctionnement en boucle fermée offre un contrôle de mouvement plus précis qu'un système moteur de base en boucle ouverte.

Comment est-il utilisé dans les AGV et les AMR ?

L'une des applications les plus courantes est la transmission des roues des robots mobiles..

Pour un AGV à entraînement différentiel, deux servomoteurs de moyeu intégrés peuvent contrôler indépendamment les roues gauche et droite.

En contrôlant la vitesse et la direction de chaque roue, le véhicule peut effectuer :

• Mouvement vers l'avant

• Mouvement inverse

• Tournant

• Accélération

• Ralentissement

• Direction différentielle

Pour les plates-formes plus avancées, quatre servomoteurs ou plus peuvent être coordonnés via des réseaux de communication industriels tels que CANopen ou d'autres protocoles en temps réel.

Servomoteur de moyeu sans balais intégré : une solution de mouvement compacte

Un servomoteur à moyeu sans balais intégré combine les fonctions d'un moteur sans balais, d'un servomoteur, d'un encodeur et d'un moyeu de roue dans un ensemble de commande de mouvement compact. Son architecture en boucle fermée permet un contrôle précis de la vitesse, de la position, de la direction et du couple , tandis que sa construction intégrée peut réduire le câblage, les composants mécaniques et l'espace d'installation.

Pour les AGV, les AMR, les robots mobiles et les équipements logistiques automatisés , cette architecture constitue un moyen pratique de construire des systèmes de traction compacts, distribués et contrôlés avec précision.

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Pourquoi CANopen est-il important pour le contrôle de mouvement AGV ?

CANopen est un protocole de communication de couche supérieure basé sur la technologie du bus CAN. Il définit des mécanismes standardisés pour l'échange de commandes de contrôle, d'informations d'état, de paramètres de configuration et de données de processus entre les appareils en réseau.

Dans un AGV, chaque servomoteur de moyeu intégré peut fonctionner comme un nœud CANopen individuel.

Le contrôleur du véhicule n'a pas besoin de gérer chaque moteur via une interface de commande physique distincte. Au lieu de cela, il peut communiquer avec plusieurs nœuds d'asservissement via le même réseau CAN.

Cette architecture distribuée est bien adaptée aux robots mobiles où plusieurs roues doivent être coordonnées en continu.

Comment CANopen contrôle un servomoteur de moyeu sans balais intégré

Le processus de base de contrôle de mouvement peut être divisé en plusieurs étapes.

1. Le contrôleur AGV génère une commande de mouvement

Le logiciel de navigation ou de contrôle de mouvement de l'AGV calcule le mouvement requis du véhicule.

Pour un AGV à entraînement différentiel, cela peut impliquer de déterminer :

• Vitesse de la roue gauche

• Vitesse de la roue droite

• Direction des roues

• Accélération

• Ralentissement

• Position cible

• Exigences de couple

Le contrôleur du véhicule convertit ensuite ces exigences en commandes pour les nœuds moteurs individuels.

2. CANopen transfère la commande

La commande de mouvement est transmise via le réseau CANopen.

En fonction de l'architecture de contrôle, le contrôleur peut utiliser des mécanismes CANopen standardisés tels que :

• Objets de données de processus (PDO)

• Objets de données de service (SDO)

• Gestion de réseau (NMT)

• Messages d'urgence

• Mécanismes de battement de coeur ou de protection des nœuds

• Paramètres du dictionnaire d'objets

Pour le contrôle de mouvement cyclique, les PDO sont particulièrement utiles car ils permettent de transmettre efficacement les données de processus fréquemment échangées.

3. Le servomoteur intégré traite la commande

Le variateur intégré reçoit la commande CANopen et la convertit en une action de commande moteur appropriée.

L'encodeur fournit un retour d'informations au servocontrôleur afin que les mouvements commandés et réels puissent être comparés en permanence.

4. Le retour de l'encodeur ferme la boucle de mouvement

Le servocommande dépend du feedback.

L'encodeur intégré peut fournir des informations telles que :

• Position du rotor

• Vitesse du moteur

• Direction

• Erreur de position

• Statut de mouvement réel

Le variateur utilise ces informations pour réguler le moteur.

Par exemple:

Vitesse commandée :  vitesse équivalente à la roue de 1,00 m/s

Vitesse réelle : 0,98 m/s

Le contrôleur peut détecter la différence et ajuster la sortie du moteur en conséquence.

Cette architecture en boucle fermée permet à l'AGV d'obtenir un mouvement beaucoup plus contrôlé qu'un système moteur en boucle ouverte.

CANopen CiA 402 et servovariateurs AGV

Pour les applications d'asservissement et de contrôle de mouvement, CiA 402 est un profil de périphérique CANopen important.

Il définit des concepts standardisés pour les dispositifs de commande de mouvement, y compris les états de fonctionnement et les objets de commande.

La mise en œuvre exacte dépend du variateur et de l'application, mais le comportement standardisé de l'appareil facilite la communication d'un contrôleur AGV avec différents nœuds de mouvement.

Modes de fonctionnement courants du CiA 402

Un servo variateur CANopen peut prendre en charge des modes de fonctionnement tels que :

Pour les AGV mobiles, le contrôle orienté vitesse est particulièrement pertinent car la vitesse des roues est ajustée en permanence en fonction des calculs de trajectoire du véhicule.

Comment CANopen synchronise plusieurs roues AGV

Un avantage majeur de la mise en réseau CANopen est la possibilité de coordonner plusieurs nœuds moteurs.

Prenons l'exemple d'un AGV à quatre roues : chaque moteur peut avoir son propre ID de nœud CANopen. Le contrôleur AGV peut calculer la vitesse requise pour chaque roue et distribuer ces commandes sur le réseau CANopen.

Ceci est essentiel pour :

• Conduite en ligne droite

• Tournant

• Accélération

• Ralentissement

• Trajectoires courbes

• Direction différentielle

• Mouvement coordonné des roues

PDO CANopen pour les données de mouvement en temps réel

Les objets de données de processus (PDO) sont au cœur d'une communication cyclique efficace dans les systèmes de mouvement CANopen.

Au lieu d'envoyer des informations de configuration de manière répétée, les PDO peuvent transporter des données de processus qui changent fréquemment.

SDO CANopen pour la gestion de la configuration et des paramètres

Alors que les PDO sont bien adaptés aux données de processus cycliques, les objets de données de service (SDO) sont couramment utilisés pour la configuration et l'accès aux paramètres.

Un fabricant d'AGV peut utiliser la communication SDO pour configurer :

• Paramètres du moteur

• Paramètres de l'encodeur

• Limites d'accélération

• Limites de décélération

• Limites de vitesse

• Limites actuelles

• Seuils d'erreur

• Modes de fonctionnement

• Mappages PDO

• Configuration des nœuds

Cette séparation entre les données de configuration et de mouvement cyclique permet de maintenir une architecture de communication organisée.

Comment CANopen améliore le contrôle distribué AGV

L'une des caractéristiques les plus fortes d'une architecture d'asservissement de moyeu intégrée est l'intelligence distribuée..

Au lieu de placer tous les composants électroniques d'entraînement dans une armoire centrale, les roues individuelles peuvent effectuer leurs propres tâches de contrôle de mouvement de bas niveau.

Le contrôleur AGV peut donc se concentrer sur des fonctions de niveau supérieur telles que :

• Navigation

• Localisation

• Planification du chemin

• Évitement d'obstacles

• Cinématique du véhicule

• Coordination de la flotte

Pendant ce temps, chaque module servo intégré gère les fonctions locales de contrôle du moteur.

Contrôle centralisé ou distribué

Cette architecture peut contribuer à simplifier la conception mécanique et électrique des AGV compacts.

Communication CANopen et précision de mouvement AGV

La précision des mouvements ne vient pas uniquement de CANopen.

La performance finale du mouvement dépend de l’ensemble de la chaîne de contrôle :

Résolution du codeur + servocommande + transmission mécanique + diamètre de roue + algorithme de contrôle + synchronisation de communication + mécanique du véhicule

CANopen fournit le cadre de communication, tandis que le servomoteur intégré effectue le contrôle local du moteur en boucle fermée.

Par exemple, si la circonférence de la roue est CC, la vitesse de rotation de la roue nn détermine la vitesse linéaire théorique :

v=C×n60v = rac{C imes n}{60}

où:

• vv = vitesse linéaire

• CC = circonférence de la roue

• nn = vitesse de rotation en tr/min

Pour une roue de diamètre DD :

C=πDC = pi D

Donc:

v=πDn60v = rac{pi D n}{60}

Dans un AGV réel, le patinage des roues, la déformation des pneus, l'état du sol, les caractéristiques de la boîte de vitesses et les tolérances mécaniques doivent également être pris en compte.

Les messages d'urgence CANopen améliorent la gestion des pannes

Les AGV fonctionnent dans des environnements où des pannes inattendues du moteur peuvent affecter la sécurité et la productivité du véhicule.

CANopen fournit des mécanismes pour communiquer les défauts des appareils, y compris les messages d'urgence (EMCY)..

Un contrôleur de moteur peut signaler des conditions associées à :

• Surintensité

• Surtension

• Sous-tension

• Surchauffe

• Défauts codeur

• Erreurs de communication

• Défauts de conduite

• Anomalies du contrôle moteur

La réponse de protection exacte doit être déterminée par l'architecture de sécurité globale de l'AGV plutôt que de s'appuyer uniquement sur la communication CANopen.

Surveillance du rythme cardiaque pour les nœuds de moteur distribués

Dans un AGV à plusieurs roues, le contrôleur doit savoir si les nœuds moteurs individuels restent opérationnels.

La surveillance CANopen Heartbeat peut être utilisée pour superviser la disponibilité des nœuds.

Si un nœud cesse de communiquer, le contrôleur peut détecter un problème de réseau ou de périphérique et lancer une réponse système appropriée.

Ceci est particulièrement utile pour les AGV équipés de plusieurs modules moteurs distribués.

Pourquoi les servomoteurs intégrés dans le moyeu conviennent aux AGV

La structure mécanique d'un moteur de moyeu peut simplifier davantage l'intégration du véhicule.

Étant donné que le moteur est positionné directement autour ou à l'intérieur de l'ensemble de roue, la transmission peut potentiellement éliminer certains composants de transmission mécanique conventionnels.

La disposition mécanique exacte varie selon le produit, mais le concept intégré peut réduire le nombre de composants externes.

Les avantages potentiels de la conception comprennent :

• Emballage compact

• Composants de transmission réduits

• Complexité de câblage réduite

• Installation simplifiée

• Remplacement de roue modulaire

• Contrôle distribué

• Extension du système plus facile

Considérations sur la conception du réseau CANopen pour les AGV

Un système de mouvement CANopen fiable nécessite plus que la sélection d’un moteur compatible.

Les considérations techniques importantes comprennent :

1. Planification des ID de nœud

Chaque moteur doit avoir une identité réseau unique.

Un AGV à quatre roues, par exemple, peut réserver :

• Nœud 1 — Avant gauche

• Nœud 2 — Avant droit

• Nœud 3 — Arrière gauche

• Nœud 4 — Arrière droit

Une stratégie cohérente d’adressage des nœuds simplifie la mise en service et la maintenance.

2. Terminaison de bus

Les réseaux CAN nécessitent une terminaison appropriée en fonction de la mise en œuvre de la couche physique.

Une mauvaise terminaison peut provoquer :

• Réflexions

• Erreurs de communication

• Fiabilité réduite

• Défauts intermittents

3. Disposition des câbles

La longueur du câble, la topologie, les interférences électromagnétiques, la mise à la terre et le blindage doivent être pris en compte lors de la conception du système.

Les câbles d'alimentation du moteur doivent également être acheminés de manière appropriée par rapport aux câbles de communication.

4. Charge de communication

Le réseau CANopen doit être configuré de manière à ce que le trafic cyclique reste dans les limites pratiques de charge du bus.

Un nombre plus élevé de moteurs et des cycles de contrôle plus courts augmentent le trafic réseau.

CANopen est une option parmi plusieurs approches de communication industrielle.

Le protocole approprié dépend de la fréquence de mise à jour requise, de la synchronisation, de l'échelle du réseau, de l'architecture du contrôleur et de la complexité du système.

Pour les AGV compacts, CANopen peut fournir un équilibre utile entre contrôle distribué, profils d'appareils standardisés, simplicité de câblage et fonctionnalité de communication industrielle..

Principaux avantages des servomoteurs à moyeu sans balais intégrés CANopen

Lorsqu’elle est correctement conçue, cette combinaison peut offrir plusieurs avantages au niveau du système.

Intégration compacte

Le moteur, le variateur, le dispositif de rétroaction et l'interface de communication peuvent être regroupés dans un module au niveau de la roue.

Câblage réduit

Une connexion réseau peut remplacer plusieurs connexions de contrôle individuelles entre un contrôleur central et des disques distribués.

Contrôle en boucle fermée

Le retour du codeur permet au servomoteur de réguler le mouvement réel du moteur.

Coordination multimoteur

Plusieurs nœuds de roue peuvent échanger des données de mouvement sur le même réseau CANopen.

Communication standardisée

CANopen et CiA 402 fournissent des concepts standardisés pour le contrôle des appareils et les profils de mouvement.

Conception de véhicules modulaires

Les nœuds moteurs peuvent être conçus comme des composants modulaires, simplifiant ainsi le développement de différentes plates-formes AGV.

Diagnostic des défauts

Les informations d'état, les messages d'urgence et la surveillance des nœuds fournissent des mécanismes permettant de détecter les problèmes de communication et de lecteur.

Liste de contrôle de conception pour les systèmes servo de hub CANopen AGV

Avant de mettre en œuvre un système de servomoteur de moyeu sans balais intégré, les ingénieurs doivent évaluer :

Conclusion

La communication CANopen permet des servomoteurs de moyeu sans balais intégrés pour fonctionner comme des modules de roue intelligents et en réseau au sein des AGV. Au lieu de traiter le moteur comme un actionneur isolé, le système peut combiner une asservissement local, un retour d'encodeur, une communication distribuée, des diagnostics et une coordination des mouvements au niveau du véhicule dans une architecture unifiée.

Grâce à des mécanismes tels que les PDO, SDO, NMT, la surveillance du rythme cardiaque, les messages d'urgence et les profils de périphérique CiA 402 , un contrôleur AGV peut communiquer avec plusieurs nœuds d'asservissement tandis que chaque moteur effectue son propre contrôle en boucle fermée de bas niveau.

Pour des applications telles que les AGV d'entrepôt, les robots mobiles autonomes, les véhicules logistiques intelligents, les chariots automatisés et les plates-formes de manutention , la combinaison d'un servomoteur de moyeu sans balais intégré et de CANopen peut fournir une base compacte et modulaire pour le contrôle de mouvement distribué.

La mise en œuvre la plus efficace dépend de la conception complète du système, notamment du couple moteur, de la résolution du codeur, du diamètre de la roue, de la synchronisation du cycle CANopen, de la charge du bus, de la configuration mécanique, des performances thermiques, des exigences de freinage et de l'architecture de sécurité fonctionnelle . Lorsque ces éléments sont conçus ensemble, les servoroues intégrées basées sur CANopen peuvent fournir une approche évolutive du mouvement AGV précis et coordonné.

FAQ :

FAQ 1 : Qu'est-ce que la communication CANopen dans les servomoteurs à moyeu sans balais intégrés ?

CANopen est un protocole de communication basé sur la technologie de bus CAN qui permet aux servomoteurs à moyeu sans balais intégrés d'échanger des commandes de mouvement, des données de retour et des informations de diagnostic avec un contrôleur AGV. Il prend en charge la communication standardisée pour les systèmes de contrôle de mouvement distribués.

FAQ 2 : Comment CANopen contrôle-t-il les servomoteurs de moyeu AGV ?

CANopen permet au contrôleur AGV de transmettre des commandes cibles de vitesse, de position ou de couple à des servomoteurs individuels. Le servomoteur intégré traite ces commandes et utilise le retour du codeur pour réguler le mouvement du moteur et réaliser un contrôle de mouvement en boucle fermée.

FAQ 3 : Quel est le rôle du CiA 402 dans les servomoteurs CANopen ?

CiA 402 définit des profils d'appareil standardisés pour les appareils de contrôle de mouvement CANopen. Il spécifie les modes de fonctionnement, les mots de contrôle, les mots d'état et les transitions d'état du variateur, aidant ainsi les contrôleurs AGV à communiquer avec les servomoteurs compatibles.

FAQ 4 : CANopen peut-il synchroniser plusieurs servomoteurs de moyeu dans un AGV ?

Oui. CANopen prend en charge la communication coordonnée entre plusieurs nœuds moteurs. Avec des mécanismes de synchronisation appropriés, tels que des messages SYNC et une communication cyclique configurée, un contrôleur AGV peut coordonner les vitesses des roues et les commandes de mouvement pour les véhicules à entraînement différentiel et à plusieurs roues.

FAQ 5 : Que sont les PDO et les SDO dans le contrôle de mouvement CANopen ?

Les objets de données de processus (PDO) transfèrent des données de mouvement et de retour sensibles au temps, notamment la vitesse cible et la position réelle. Les objets de données de service (SDO) sont principalement utilisés pour configurer les paramètres du variateur, accéder au dictionnaire d'objets et définir les paramètres de communication.

FAQ 6 : Quels modes de fonctionnement sont disponibles pour les servomoteurs intégrés CANopen ?

En fonction de l'implémentation CiA 402 du variateur, les modes pris en charge peuvent inclure le mode de position de profil, le mode de vitesse de profil, le mode de position synchrone cyclique, le mode de vitesse synchrone cyclique et le mode de couple synchrone cyclique. Le contrôle de la vitesse est couramment utilisé pour les applications de traction sur roues AGV.

FAQ 7 : Comment le retour de l'encodeur améliore-t-il la précision du mouvement AGV ?

Un encodeur intégré mesure la position et la vitesse du moteur et fournit un retour d'information au servocontrôleur. Le contrôleur compare le mouvement réel aux valeurs commandées et ajuste la sortie du moteur pour réduire les erreurs, améliorant ainsi la régulation de la vitesse des roues et les performances de positionnement.

FAQ 8 : Comment CANopen améliore-t-il la surveillance des défauts dans les AGV ?

CANopen fournit des mécanismes de diagnostic tels que les messages d'urgence et la surveillance du rythme cardiaque. Ces fonctions permettent au contrôleur AGV de détecter les défauts de transmission signalés ou les échecs de communication et de lancer une réponse appropriée au niveau du véhicule.

FAQ 9 : Quels sont les avantages des servomoteurs à moyeu sans balais intégrés pour les AGV ?

Les servomoteurs à moyeu sans balais intégrés combinent le moteur, le servomoteur, l'encodeur et le moyeu de roue dans un ensemble compact. Cela peut réduire le câblage, simplifier l'installation, économiser de l'espace, prendre en charge le contrôle des roues en boucle fermée et faciliter la conception modulaire de la transmission AGV.

FAQ 10 : Que doivent prendre en compte les ingénieurs lors de la sélection d'un servomoteur de moyeu CANopen pour un AGV ?

Les ingénieurs doivent évaluer le couple nominal et maximal, la vitesse des roues, la résolution de l'encodeur, la tension d'alimentation, la compatibilité CANopen et CiA 402, le temps de cycle de communication, la charge du bus, l'indice de protection, les performances thermiques, les exigences de freinage et l'architecture de sécurité du véhicule.