無人搬送車 (AGV) には、 正確な位置決め、高速通信、コンパクトな機械的統合、信頼性の高いリアルタイム制御を組み合わせたモーション システムが必要です。この環境では、の組み合わせにより、 統合されたブラシレス ハブ サーボ モーター と CANopen 通信 車輪速度、トルク、方向、および車両レベルの動作コマンドを調整するための実用的なアーキテクチャが提供されます。

モーター、エンコーダー、サーボドライブ、通信インターフェースを異なるコンポーネントに分離する従来のモーターシステムとは異なり、統合されたブラシレスハブサーボモーターは、これらの機能のいくつかをホイールアセンブリ内に直接配置できます。 CANopen は、AGV コントローラーと個々のモーター ノードの間に標準化された通信層を提供します。

この組み合わせはに特に役立ちます。 、差動駆動 AGV、全方向移動ロボット、倉庫車両、AMR、自律型マテリアル ハンドリング プラットフォーム.

一体型ブラシレスハブサーボモーターとは何ですか?

アン 統合型ブラシレス ハブ サーボ モーターは 組み合わせたコンパクトなモーション コントロール ユニットです。 、ブラシレス モーター、サーボ ドライブ、エンコーダー、ハブ機構 を 1 つのアセンブリにモーター、コントローラー、フィードバックデバイス、トランスミッションコンポーネントが個別に設置されている従来のサーボシステムとは異なり、統合ハブサーボモーターは主要なモーションコントロールコンポーネントをホイールの内側または周囲に直接配置します。

このアーキテクチャは AGV、AMR、移動ロボット、自動マテリアルハンドリング機器、およびコンパクトなモーション制御システムに特に適しています。 、スペース、配線、正確な車輪制御が重要となる

一体型ブラシレスハブサーボモーターはどのように動作しますか?

一般的な統合ブラシレス ハブ サーボ モーターは、次の 4 つの主要な機能要素で構成されます。

エンコーダはモーターの動きを継続的に測定します。サーボ コントローラーは実際の動きと指令された値を比較し、それに応じてモーター出力を調整します。

ハブサーボシステムにブラシレスモーターを使用する理由?

ブラシレス モーターは、統合アーキテクチャの重要な部分です。

ブラシ付きモーターと比較して、 BLDC モーターは機械的なブラシと整流子を排除し、機械的摩耗を軽減し、効率的で信頼性の高い連続動作をサポートします。

一般的な利点は次のとおりです。

• 高効率

• 機械的摩耗が少ない

• コンパクトな構造

• 高いパワーウェイトレシオ

• 優れた速度制御

• メンテナンスの必要性が低い

• 連続運転に最適

これらの特性により、ブラシレス技術は頻繁な加速、減速、方向変更が必要なモバイル プラットフォームに適しています。

なぜサーボモーターなのか？

ブラシレスモーターは サーボシステムの一部になります。 閉ループフィードバックを使用して動作を制御する場合、

エンコーダは次に関する情報を提供します。

• ローターの位置

• 回転速度

• 方向

• 位置誤差

サーボ コントローラーはこのフィードバックを使用してモーターを調整します。

例えば：

指令速度 → 1000rpm

実回転数 → 980rpm

コントローラーはその差を検出し、誤差が少なくなるようにモーターの出力を調整します。

この閉ループ動作により、基本的な開ループ モーター システムよりも正確な動作制御が実現します。

AGV や AMR でどのように使用されますか?

最も一般的な用途の 1 つは、 モバイル ロボットの車輪駆動です。.

差動駆動 AGV の場合、2 つの統合ハブ サーボ モーターが左右の車輪を独立して制御できます。

各車輪の速度と方向を制御することで、車両は次のことを実行できます。

• 前進

• 逆方向の動き

• 旋回

• 加速度

• 減速

• ディファレンシャルステアリング

より高度なプラットフォームの場合、 などの産業用通信ネットワークを通じて 4 つ以上のサーボ ハブ モーターを調整できます。 CANopen やその他のリアルタイム プロトコル

一体型ブラシレスハブサーボモーター: コンパクトなモーションソリューション

統合 型ブラシレス ハブ サーボ モーターは 、ブラシレス モーター、サーボ ドライブ、エンコーダー、およびホイール ハブの機能をコンパクトなモーション コントロール アセンブリに組み合わせています。閉ループ アーキテクチャにより 、速度、位置、方向、トルクの正確な制御が可能になり、その統合構造により配線、機械部品、設置スペースを削減できます。

このアーキテクチャはに 、AGV、AMR、移動ロボット、および自動物流機器、コンパクトで分散型の正確に制御された車輪駆動システムを構築するための実用的な方法を提供します。

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AGV モーション コントロールにとって CANopen が重要なのはなぜですか?

CANopen は 、CAN バス テクノロジーに基づく上位層の通信プロトコルです。これは、ネットワーク接続されたデバイス間で制御コマンド、ステータス情報、構成パラメータ、およびプロセス データを交換するための標準化されたメカニズムを定義します。

AGV では、統合された各ハブ サーボ モーターが個別の CANopen ノードとして動作できます。

車両コントローラーは、個別の物理制御インターフェイスを通じてすべてのモーターを管理する必要はありません。代わりに、同じ CAN ベースのネットワークを通じて複数のサーボ ノードと通信できます。

この分散型アーキテクチャは、複数の車輪を連続的に調整する必要がある移動ロボットに適しています。

CANopen が統合ブラシレスハブサーボモーターを制御する方法

基本的なモーション制御プロセスはいくつかの段階に分割できます。

1. AGV コントローラーがモーション コマンドを生成

AGV のナビゲーション ソフトウェアまたはモーション コントロール ソフトウェアは、必要な車両の動きを計算します。

差動駆動 AGV の場合、これには以下の決定が含まれる場合があります。

• 左輪速度

• 右輪速度

• 車輪の方向

• 加速度

• 減速

• 目標位置

• トルク要件

次に、車両コントローラーはこれらの要件を個々のモーター ノードのコマンドに変換します。

2. CANopenがコマンドを転送する

モーションコマンドはCANopenネットワーク経由で送信されます。

制御アーキテクチャに応じて、コントローラは次のような標準化された CANopen メカニズムを使用する場合があります。

• プロセス データ オブジェクト (PDO)

• サービス データ オブジェクト (SDO)

• ネットワーク管理 (NMT)

• 緊急メッセージ

• ハートビートまたはノード保護メカニズム

• オブジェクトディクショナリパラメータ

PDO は、頻繁に交換されるプロセス データを効率的に送信できるため、周期運動制御の場合に特に役立ちます。

3. 統合サーボドライブがコマンドを処理します

統合ドライブは CANopen コマンドを受信し、それを適切なモーター制御アクションに変換します。

エンコーダはサーボ コントローラにフィードバックを提供するため、指令された動きと実際の動きを継続的に比較できます。

4. エンコーダーのフィードバックによりモーション ループが終了します

サーボ制御はフィードバックに依存します。

統合されたエンコーダは、次のような情報を提供できます。

• ローターの位置

• モーター速度

• 方向

• 位置誤差

• 実際の動作状態

ドライブはこの情報を使用してモーターを制御します。

例えば：

指令速度： 車輪換算速度1.00m/s

実際の速度: 0.98 m/s

コントローラーは違いを検出し、それに応じてモーター出力を調整できます。

この閉ループ アーキテクチャにより、AGV は開ループ モーター システムよりも大幅に制御された動作を実現できます。

CANopen CiA 402 および AGV サーボ ドライブ

サーボおよびモーション制御アプリケーションにとって、 CiA 402 は重要な CANopen デバイス プロファイルです。

動作状態や制御オブジェクトなど、モーション制御デバイスの標準化された概念を定義します。

正確な実装はドライブとアプリケーションによって異なりますが、デバイスの動作が標準化されているため、AGV コントローラーがさまざまなモーション ノードと通信することが容易になります。

一般的な CiA 402 動作モード

CANopen サーボ ドライブは、次のような動作モードをサポートする場合があります。

移動式 AGV の場合、 速度指向の制御が特に重要です。 車輪速度は車両軌道の計算に従って継続的に調整されるため、

CANopen が複数の AGV ホイールを同期する方法

CANopen ネットワーキングの主な利点は、複数のモーター ノードを調整できることです。

4 輪 AGV を考えてみましょう。各モーターは独自の CANopen ノード ID を持つことができます。AGV コントローラーは各車輪に必要な速度を計算し、それらのコマンドを CANopen ネットワーク上に配信できます。

これは次の場合に不可欠です。

• 直線走行

• 旋回

• 加速度

• 減速

• 曲線軌道

• ディファレンシャルステアリング

• 調整されたホイールの動き

リアルタイムモーションデータ用のCANopen PDO

プロセス データ オブジェクト (PDO) は、CANopen モーション システムにおける効率的なサイクリック通信の中心となります。

PDO は、構成情報を繰り返し送信する代わりに、頻繁に変更されるプロセス データを送信できます。

構成およびパラメータ管理用の CANopen SDO

PDO は周期的なプロセス データに適していますが、 サービス データ オブジェクト (SDO) は構成やパラメータへのアクセスによく使用されます。

AGV メーカーは、SDO 通信を使用して以下を構成する場合があります。

• モーターパラメータ

• エンコーダーの設定

• 加速限界

• 減速度制限

• 速度制限

• 電流制限

• エラーしきい値

• 動作モード

• PDOマッピング

• ノード構成

構成データと周期運動データをこのように分離することにより、組織化された通信アーキテクチャを維持することができます。

CANopen が AGV 分散制御をどのように改善するか

統合ハブ サーボ アーキテクチャの最も強力な特徴の 1 つは、 分散インテリジェンスです。.

すべての駆動電子機器を中央のキャビネットに配置する代わりに、個々の車輪が独自の低レベルのモーション制御タスクを実行できます。

したがって、AGV コントローラーは次のようなより高度な機能に集中できます。

• ナビゲーション

• ローカリゼーション

• 経路計画

• 障害物回避

• 車両の運動学

• 艦隊調整

一方、統合された各サーボ モジュールはローカル モーター制御機能を処理します。

集中管理と分散管理

このアーキテクチャは、コンパクトな AGV の機械的および電気的設計を簡素化するのに役立ちます。

CANopen通信とAGVの動作精度

モーション精度は CANopen だけから得られるものではありません。

最終的なモーション パフォーマンスは、制御チェーン全体に依存します。

エンコーダ分解能 + サーボ制御 + メカニカルトランスミッション + ホイール直径 + 制御アルゴリズム + 通信タイミング + 車両メカニクス

CANopen は通信フレームワークを提供し、統合サーボ ドライブはローカル閉ループ モーター制御を実行します。

たとえば、ホイールの円周が CC の場合、ホイールの回転速度 nn によって理論上の線速度が決まります。

v=C×n60v = rac{C imes n}{60}

どこ：

• vv = 線速度

• CC = ホイール周長

• nn = 回転速度 (rpm)

直径 DD のホイールの場合:

C=πDC = piD

したがって：

v=πDn60v = rac{piDn}{60}

実際の AGV では、車輪のスリップ、タイヤの変形、床の状態、ギアボックスの特性、機械的公差なども考慮する必要があります。

CANopen 緊急メッセージにより障害処理が向上

AGV は、予期しないモーターの故障が車両の安全性と生産性に影響を与える可能性がある環境で動作します。

CANopen は、を含むデバイス障害を通信するためのメカニズムを提供します 緊急 (EMCY) メッセージ.

モーター コントローラーは、以下に関連する状態を報告する場合があります。

• 過電流

• 過電圧

• 不足電圧

• 過熱

• エンコーダの障害

• 通信エラー

• ドライブの障害

• モーター制御の異常

正確な保護応答は、CANopen 通信のみに依存するのではなく、AGV の全体的な安全アーキテクチャによって決定される必要があります。

分散モーターノードのハートビート監視

マルチホイール AGV では、コントローラーは個々のモーター ノードが動作し続けているかどうかを知る必要があります。

CANopen ハートビート監視を 使用して、ノードの可用性を監視できます。

ノードが通信を停止すると、コントローラーはネットワークまたはデバイスの問題を検出し、適切なシステム応答を開始できます。

これは、いくつかの分散モーター モジュールを備えた AGV に特に役立ちます。

一体型ハブサーボモーターが AGV に適している理由

ハブモーターの機械構造により、車両の統合がさらに簡素化されます。

モーターはホイール アセンブリの周囲または内部に直接配置されているため、ドライブトレインでは従来の機械式トランスミッション コンポーネントの一部を排除できる可能性があります。

正確な機械的配置は製品によって異なりますが、統合されたコンセプトにより外部コンポーネントの数を減らすことができます。

潜在的な設計上の利点は次のとおりです。

• コンパクトな梱包

• 伝送コンポーネントの削減

• 配線の複雑さを軽減

• 簡単な設置

• モジュラーホイール交換

• 分散制御

• システム拡張が容易

AGV の CANopen ネットワーク設計に関する考慮事項

信頼性の高い CANopen モーション システムには、互換性のあるモーターを選択するだけでは不十分です。

重要なエンジニアリング上の考慮事項は次のとおりです。

1. ノード ID の計画

各モーターには固有のネットワーク ID が必要です。

たとえば、4 輪 AGV では次のものが予約される場合があります。

• ノード 1 — 左前

• ノード 2 — 右前

• ノード 3 — 左後部

• ノード 4 — 右後部

一貫したノードアドレス指定戦略により、コミッショニングとメンテナンスが簡素化されます。

2. バス終端

CAN ネットワークには、物理​​層の実装に応じた適切な終端が必要です。

終端処理が不十分だと、次のような問題が発生する可能性があります。

• 反射

• 通信エラー

• 信頼性の低下

• 断続的な障害

3. ケーブルのレイアウト

システム設計時には、ケーブル長、トポロジ、電磁干渉、接地、およびシールドを考慮する必要があります。

モーターの電源ケーブルも通信ケーブルに対して適切に配線する必要があります。

4. 通信負荷

CANopen ネットワークは、周期的なトラフィックが実際のバス負荷制限内に収まるように設定する必要があります。

モーターの数が増え、制御サイクルが短くなるにつれて、ネットワーク トラフィックが増加します。

CANopen は、いくつかの産業用通信アプローチの中の 1 つのオプションです。

適切なプロトコルは、必要な更新速度、同期、ネットワーク規模、コントローラー アーキテクチャ、およびシステムの複雑さによって異なります。

コンパクトな AGV の場合、CANopen はの間で有益なバランスを提供できます。 分散制御、標準化されたデバイス プロファイル、配線の簡素化、および産業用通信機能.

CANopen 統合ブラシレス ハブ サーボ モーターの主な利点

この組み合わせを正しく設計すると、システム レベルでいくつかの利点が得られます。

コンパクトな統合

モーター、ドライブ、フィードバックデバイス、通信インターフェースをホイールレベルのモジュールに統合できます。

省配線

ネットワーク接続は、中央コントローラーと分散ドライブ間の複数の個別の制御接続を置き換えることができます。

閉ループ制御

エンコーダのフィードバックにより、サーボドライブが実際のモーターの動きを調整できるようになります。

マルチモーターの調整

複数のホイール ノードは、同じ CANopen ネットワーク上でモーション データを交換できます。

標準化されたコミュニケーション

CANopen と CiA 402 は、デバイス制御とモーション プロファイルの標準化された概念を提供します。

モジュール式車両設計

モーター ノードはモジュール式コンポーネントとして設計できるため、さまざまな AGV プラットフォームの開発が簡素化されます。

故障診断

ステータス情報、緊急メッセージ、およびノー​​ド監視により、通信およびドライブの問題を検出するためのメカニズムが提供されます。

CANopen AGV ハブ サーボ システムの設計チェックリスト

統合ブラシレスハブサーボシステムを実装する前に、エンジニアは以下を評価する必要があります。

結論

CANopen通信が可能 統合されたブラシレス ハブ サーボ モーターは、 AGV 内でインテリジェントなネットワーク化されたホイール モジュールとして機能します。 モーターを独立したアクチュエーターとして扱う代わりに、システムはローカル サーボ制御、エンコーダー フィードバック、分散通信、診断、および車両レベルの動作調整を統合アーキテクチャに組み合わせることができます。

などのメカニズムを通じて PDO、SDO、NMT、ハートビート監視、緊急メッセージ、CiA 402 デバイス プロファイル、AGV コントローラーは複数のサーボ ノードと通信できる一方で、各モーターは独自の低レベル閉ループ制御を実行します。

などのアプリケーションでは 倉庫用 AGV、自律移動ロボット、インテリジェント物流車両、自動カート、マテリアル ハンドリング プラットフォーム、統合ブラシレス ハブ サーボ モーターと CANopen を組み合わせることで、分散モーション制御のためのコンパクトなモジュール式基盤を提供できます。

最も効果的な実装は、 モーター トルク、エンコーダー分解能、ホイール直径、CANopen サイクル タイミング、バス負荷、機械的構成、熱性能、ブレーキ要件、機能安全アーキテクチャなどの完全なシステム設計によって決まります。これらの要素を組み合わせて設計すると、CANopen ベースの統合サーボ ホイールは、正確で調整された AGV の動きに対する拡張性の高いアプローチを提供できます。

よくある質問：

FAQ 1: 統合ブラシレスハブサーボモーターの CANopen 通信とは何ですか?

CANopen は、CAN バス テクノロジーに基づく通信プロトコルで、統合ブラシレス ハブ サーボ モーターが AGV コントローラーとモーション コマンド、フィードバック データ、診断情報を交換できるようにします。分散モーション制御システムの標準化された通信をサポートします。

FAQ 2: CANopen は AGV ハブ サーボ モーターをどのように制御しますか?

CANopen を使用すると、AGV コントローラはターゲットの速度、位置、またはトルク コマンドを個々のサーボ モーターに送信できます。統合されたサーボ ドライブはこれらのコマンドを処理し、エンコーダのフィードバックを使用してモーターの動きを調整し、閉ループのモーション制御を実現します。

FAQ 3: CANopen サーボモーターにおける CiA 402 の役割は何ですか?

CiA 402 は、CANopen モーション コントロール デバイスの標準化されたデバイス プロファイルを定義します。これは、動作モード、制御ワード、ステータスワード、およびドライブ状態の遷移を指定し、AGV コントローラが互換性のあるサーボ ドライブと通信するのに役立ちます。

FAQ 4: CANopen は AGV 内の複数のハブ サーボ モーターを同期できますか?

はい。 CANopen は、複数のモーター ノード間の協調通信をサポートします。 SYNC メッセージや設定されたサイクリック通信などの適切な同期メカニズムを使用すると、AGV コントローラーは差動駆動車両や多輪車両の車輪速度と動作コマンドを調整できます。

FAQ 5: CANopen モーション コントロールの PDO と SDO とは何ですか?

プロセス データ オブジェクト (PDO) は、ターゲット速度や実際の位置など、時間に依存するモーション データとフィードバック データを転送します。サービス データ オブジェクト (SDO) は主に、ドライブ パラメータの構成、オブジェクト ディクショナリへのアクセス、および通信パラメータの設定に使用されます。

FAQ 6: CANopen 統合サーボ モーターではどのような動作モードが利用できますか?

ドライブの CiA 402 実装に応じて、サポートされるモードには、プロファイル位置モード、プロファイル速度モード、サイクリック同期位置モード、サイクリック同期速度モード、サイクリック同期トルク モードが含まれる場合があります。速度制御は、AGV 車輪駆動アプリケーションに一般的に使用されます。

FAQ 7: エンコーダのフィードバックにより AGV の動作精度はどのように向上しますか?

統合されたエンコーダがモーターの位置と速度を測定し、サーボ コントローラーにフィードバックを提供します。コントローラーは実際の動きと指令された値を比較し、モーターの出力を調整して誤差を減らし、車輪速度の調整と位置決め性能を向上させます。

FAQ 8: CANopen は AGV の障害監視をどのように改善しますか?

CANopen は、緊急メッセージやハートビート監視などの診断メカニズムを提供します。これらの機能により、AGV コントローラーは報告された駆動障害または通信障害を検出し、車両レベルの適切な応答を開始できます。

FAQ 9: AGV 用統合ブラシレスハブサーボモーターの利点は何ですか?

統合されたブラシレスハブサーボモーターは、モーター、サーボドライブ、エンコーダー、およびホイールハブをコンパクトなアセンブリに結合します。これにより、配線が削減され、設置が簡素化され、スペースが節約され、閉ループ車輪制御がサポートされ、モジュール式 AGV ドライブトレイン設計が容易になります。

FAQ 10: AGV 用の CANopen ハブ サーボ モーターを選択する際、エンジニアは何を考慮する必要がありますか?

エンジニアは、定格トルクとピークトルク、車輪速度、エンコーダ分解能、供給電圧、CANopenとCiA 402の互換性、通信サイクルタイム、バス負荷、保護定格、熱性能、ブレーキ要件、および車両の安全アーキテクチャを評価する必要があります。