Автоматизированным управляемым транспортным средствам (AGV) требуются системы движения, которые сочетают в себе точное позиционирование, быструю связь, компактную механическую интеграцию и надежное управление в реальном времени . В этой среде сочетание встроенного бесщеточного серводвигателя-ступицы и связи CANopen обеспечивает практичную архитектуру для координации скорости колес, крутящего момента, направления и команд движения на уровне транспортного средства.

В отличие от обычных систем двигателей, в которых двигатель, энкодер, сервопривод и интерфейс связи разделены на различные компоненты, встроенный бесщеточный серводвигатель ступицы может выполнять некоторые из этих функций непосредственно внутри узла колеса. CANopen затем обеспечивает стандартизированный уровень связи между контроллером AGV и отдельными узлами двигателя.

Эта комбинация особенно полезна для автоматических транспортных средств с дифференциальным приводом, всенаправленных мобильных роботов, складских транспортных средств, автоматических транспортных средств и автономных погрузочно-разгрузочных платформ..

Что такое встроенный бесщеточный серводвигатель-концентратор?

Ан Встроенный бесщеточный серводвигатель ступицы представляет собой компактный блок управления движением, который объединяет бесщеточный двигатель, сервопривод, энкодер и механизм ступицы в единый узел. В отличие от обычной сервосистемы, в которой двигатель, контроллер, устройство обратной связи и компоненты трансмиссии устанавливаются отдельно, серводвигатель со встроенной ступицей размещает ключевые компоненты управления движением непосредственно внутри или вокруг колеса.

Эта архитектура особенно подходит для AGV, AMR, мобильных роботов, автоматизированного погрузочно-разгрузочного оборудования и компактных систем управления движением, где важны пространство, проводка и точное управление колесами.

Как работает встроенный бесщеточный серводвигатель-концентратор?

Типичный встроенный бесщеточный серводвигатель ступицы состоит из четырех основных функциональных элементов:

Энкодер постоянно измеряет движение двигателя. Сервоконтроллер сравнивает фактическое движение с заданным значением и соответствующим образом регулирует мощность двигателя.

Зачем использовать бесщеточный двигатель в сервосистеме ступицы?

Бесщеточный двигатель является ключевой частью интегрированной архитектуры.

По сравнению с коллекторными двигателями, в двигателях BLDC отсутствуют механические щетки и коммутаторы , что снижает механический износ и обеспечивает эффективную и надежную непрерывную работу.

Типичные преимущества включают в себя:

• Высокая эффективность

• Низкий механический износ

• Компактная конструкция

• Высокое соотношение мощности и веса

• Хороший контроль скорости

• Низкие требования к техническому обслуживанию

• Подходит для непрерывной работы

Эти характеристики делают бесщеточную технологию подходящей для мобильных платформ, которым требуется частое ускорение, замедление и смена направления.

Что делает его серводвигателем?

Бесщеточный двигатель становится частью сервосистемы , когда для управления движением используется обратная связь с обратной связью.

Кодировщик предоставляет информацию о:

• Положение ротора

• Скорость вращения

• Направление

• Ошибка положения

Сервоконтроллер использует эту обратную связь для регулирования двигателя.

Например:

Заданная скорость → 1000 об/мин.

Фактическая скорость → 980 об/мин.

Контроллер обнаруживает разницу и регулирует мощность двигателя, чтобы уменьшить ошибку.

Эта операция с замкнутым контуром обеспечивает более точное управление движением, чем базовая двигательная система с разомкнутым контуром.

Как он используется в AGV и AMR?

Одним из наиболее распространенных применений является мобильный робот с колесным приводом..

В AGV с дифференциальным приводом два встроенных серводвигателя ступицы могут независимо управлять левым и правым колесом.

Контролируя скорость и направление каждого колеса, автомобиль может выполнять:

• Движение вперед

• Обратное движение

• Поворот

• Ускорение

• Замедление

• Дифференциальное рулевое управление

Для более продвинутых платформ четыре или более серводвигателей-концентраторов можно координировать через промышленные сети связи, такие как CANopen , или другие протоколы реального времени.

Встроенный бесщеточный серводвигатель-концентратор: компактное решение для управления движением

Встроенный бесщеточный серводвигатель-ступица объединяет функции бесщеточного двигателя, сервопривода, энкодера и ступицы колеса в компактный узел управления движением. Его архитектура с обратной связью обеспечивает точный контроль скорости, положения, направления и крутящего момента , а интегрированная конструкция позволяет уменьшить количество проводов, механических компонентов и места для установки.

Для AGV, AMR, мобильных роботов и автоматизированного логистического оборудования эта архитектура обеспечивает практический способ создания компактных, распределенных и точно управляемых систем полного привода.

Jkongmotor Индивидуальные движения серводвигателя

Универсальный поставщик интегрированных решений для серводвигателей постоянного тока

Почему CANopen важен для управления движением AGV?

CANopen — это протокол связи более высокого уровня, основанный на технологии шины CAN. Он определяет стандартизированные механизмы обмена командами управления, информацией о состоянии, параметрами конфигурации и данными процесса между сетевыми устройствами.

В AGV каждый встроенный серводвигатель ступицы может работать как отдельный узел CANopen.

Контроллеру транспортного средства не требуется управлять каждым двигателем через отдельный физический интерфейс управления. Вместо этого он может обмениваться данными с несколькими сервоузлами через одну и ту же сеть CAN.

Эта распределенная архитектура хорошо подходит для мобильных роботов, где несколько колес должны постоянно координироваться.

Как CANopen управляет встроенным бесщеточным серводвигателем-концентратором

Основной процесс управления движением можно разделить на несколько этапов.

1. Контроллер AGV генерирует команду движения.

Программное обеспечение навигации или управления движением AGV рассчитывает необходимое движение автомобиля.

Для AGV с дифференциальным приводом это может включать определение:

• Скорость левого колеса

• Скорость правого колеса

• Направление колеса

• Ускорение

• Замедление

• Целевая позиция

• Требования к крутящему моменту

Затем контроллер автомобиля преобразует эти требования в команды для отдельных узлов двигателя.

2. CANopen передает команду

Команда движения передается через сеть CANopen.

В зависимости от архитектуры управления контроллер может использовать стандартизированные механизмы CANopen, такие как:

• Объекты данных процесса (PDO)

• Объекты служебных данных (SDO)

• Сетевое управление (NMT)

• Экстренные сообщения

• Механизмы Heartbeat или защиты узлов

• Параметры словаря объектов

Для управления циклическим движением PDO особенно полезны, поскольку они позволяют эффективно передавать часто обмениваемые данные процесса.

3. Встроенный сервопривод обрабатывает команду.

Встроенный привод получает команду CANopen и преобразует ее в соответствующее действие по управлению двигателем.

Энкодер обеспечивает обратную связь с сервоконтроллером, чтобы можно было постоянно сравнивать заданное и фактическое движение.

4. Обратная связь энкодера замыкает контур движения.

Сервоуправление зависит от обратной связи.

Встроенный кодер может предоставлять такую ​​информацию, как:

• Положение ротора

• Скорость двигателя

• Направление

• Ошибка положения

• Фактический статус движения

Привод использует эту информацию для регулирования двигателя.

Например:

Заданная скорость: 1,00 м/с, эквивалентная скорости колеса.

Фактическая скорость: 0,98 м/с.

Контроллер может обнаружить разницу и соответствующим образом отрегулировать мощность двигателя.

Эта архитектура с замкнутым контуром позволяет AGV достигать значительно более контролируемого движения, чем двигательная система с разомкнутым контуром.

Сервоприводы CANopen CiA 402 и AGV

Для приложений сервоприводов и управления движением CiA 402 является важным профилем устройства CANopen.

Он определяет стандартизированные концепции для устройств управления движением, включая рабочие состояния и объекты управления.

Точная реализация зависит от привода и приложения, но стандартизированное поведение устройства упрощает взаимодействие контроллера AGV с различными узлами движения.

Общие режимы работы CiA 402

Сервопривод CANopen может поддерживать такие режимы работы, как:

Для мобильных AGV управление, ориентированное на скорость, особенно актуально, поскольку скорость колес постоянно регулируется в соответствии с расчетами траектории транспортного средства.

Как CANopen синхронизирует несколько колес AGV

Основным преимуществом сети CANopen является возможность координации нескольких узлов двигателя.

Рассмотрим четырехколесный AGV. Каждый двигатель может иметь свой собственный идентификатор узла CANopen. Контроллер AGV может рассчитывать требуемую скорость для каждого колеса и распределять эти команды по сети CANopen.

Это необходимо для:

• Прямолинейное вождение

• Поворот

• Ускорение

• Замедление

• Изогнутые траектории

• Дифференциальное рулевое управление

• Скоординированное движение колес

CANopen PDO для данных о движении в реальном времени

Объекты данных процесса (PDO) играют центральную роль в эффективной циклической связи в системах управления движением CANopen.

Вместо многократной отправки информации о конфигурации PDO могут переносить часто меняющиеся данные процесса.

CANopen SDO для управления конфигурацией и параметрами

Хотя PDO хорошо подходят для циклических данных процесса, объекты служебных данных (SDO) обычно используются для доступа к конфигурации и параметрам.

Производитель AGV может использовать связь SDO для настройки:

• Параметры двигателя

• Настройки кодировщика

• Пределы ускорения

• Пределы замедления

• Пределы скорости

• Текущие лимиты

• Пороги ошибок

• Режимы работы

• PDO-сопоставления

• Конфигурация узла

Такое разделение между данными конфигурации и циклическими движениями помогает поддерживать организованную архитектуру связи.

Как CANopen улучшает распределенное управление AGV

Одной из самых сильных характеристик интегрированной сервоархитектуры концентратора является распределенный интеллект..

Вместо того, чтобы размещать всю электронику привода в центральном шкафу, отдельные колеса могут выполнять свои собственные низкоуровневые задачи управления движением.

Таким образом, контроллер AGV может сосредоточиться на функциях более высокого уровня, таких как:

• Навигация

• Локализация

• Планирование пути

• Объезд препятствий

• Кинематика автомобиля

• Координация флота

При этом каждый встроенный сервомодуль выполняет локальные функции управления двигателем.

Централизованное и распределенное управление

Эта архитектура может помочь упростить механическую и электрическую конструкцию компактных AGV.

Связь CANopen и точность движения AGV

Точность движения достигается не только за счет CANopen.

Конечная производительность движения зависит от всей цепочки управления:

Разрешение энкодера + сервоуправление + механическая трансмиссия + диаметр колеса + алгоритм управления + синхронизация связи + механика автомобиля

CANopen обеспечивает структуру связи, а встроенный сервопривод выполняет локальное управление двигателем с обратной связью.

Например, если окружность колеса равна CC, скорость вращения колеса nn определяет теоретическую линейную скорость:

v=C×n60v = rac{C imes n}{60}

где:

• vv = линейная скорость

• CC = окружность колеса

• nn = частота вращения в об/мин

Для колеса диаметром DD:

C=πDC = pi D

Поэтому:

v=πDn60v = rac{pi D n}{60}

В реальном AGV также необходимо учитывать пробуксовку колес, деформацию шин, состояние пола, характеристики коробки передач и механические допуски.

Экстренные сообщения CANopen улучшают обработку неисправностей

AGV работают в условиях, когда неожиданные неисправности двигателя могут повлиять на безопасность и производительность транспортного средства.

CANopen обеспечивает механизмы передачи сообщений о неисправностях устройства, включая аварийные сообщения (EMCY)..

Контроллер двигателя может сообщать об условиях, связанных с:

• Перегрузка по току

• Перенапряжение

• Пониженное напряжение

• Перегрев

• Неисправности энкодера

• Ошибки связи

• Неисправности привода

• Нарушения моторного контроля

Точная защитная реакция должна определяться общей архитектурой безопасности AGV, а не полагаться исключительно на связь CANopen.

Мониторинг пульса для распределенных моторных узлов

В многоколесном AGV контроллеру необходимо знать, остаются ли в рабочем состоянии отдельные узлы двигателя.

CANopen Мониторинг пульса можно использовать для контроля доступности узла.

Если узел перестает обмениваться данными, контроллер может обнаружить проблему в сети или устройстве и инициировать соответствующий ответ системы.

Это особенно полезно для автоматических транспортных средств с несколькими распределенными модулями двигателей.

Почему интегрированные ступичные серводвигатели подходят для AGV

Механическая конструкция ступичного двигателя может еще больше упростить интеграцию автомобиля.

Поскольку двигатель расположен непосредственно вокруг или внутри колеса в сборе, трансмиссия потенциально может исключить некоторые традиционные компоненты механической трансмиссии.

Точная механическая конструкция зависит от продукта, но интегрированная концепция позволяет сократить количество внешних компонентов.

Потенциальные преимущества дизайна включают в себя:

• Компактная упаковка

• Уменьшенные компоненты трансмиссии

• Меньшая сложность проводки

• Упрощенная установка

• Модульная замена колес

• Распределенное управление

• Более простое расширение системы

Рекомендации по проектированию сети CANopen для автоматических транспортных средств

Надежная система движения CANopen требует большего, чем просто выбор совместимого двигателя.

Важные инженерные соображения включают в себя:

1. Планирование идентификатора узла

Каждый двигатель должен иметь уникальный сетевой идентификатор.

Например, четырехколесный AGV может иметь:

• Узел 1 — Левый передний

• Узел 2 — Правый передний

• Узел 3 — Левый задний

• Узел 4 — Правый задний

Последовательная стратегия адресации узлов упрощает ввод в эксплуатацию и обслуживание.

2. Завершение шины

Сети CAN требуют соответствующего завершения в соответствии с реализацией физического уровня.

Некачественное завершение может привести к:

• Размышления

• Ошибки связи

• Сниженная надежность

• Периодические неисправности

3. Схема расположения кабелей

При проектировании системы следует учитывать длину кабеля, топологию, электромагнитные помехи, заземление и экранирование.

Силовые кабели двигателя также следует прокладывать соответствующим образом относительно кабелей связи.

4. Коммуникационная нагрузка

Сеть CANopen должна быть настроена так, чтобы циклический трафик оставался в практических пределах нагрузки на шину.

Большее количество двигателей и более короткие циклы управления увеличивают сетевой трафик.

CANopen — это один из нескольких подходов к промышленной коммуникации.

Соответствующий протокол зависит от требуемой скорости обновления, синхронизации, масштаба сети, архитектуры контроллера и сложности системы.

Для компактных AGV CANopen может обеспечить полезный баланс между распределенным управлением, стандартизированными профилями устройств, простотой подключения и функциональностью промышленной связи..

Ключевые преимущества интегрированных бесщеточных серводвигателей с ступицей CANopen

При правильном проектировании эта комбинация может обеспечить несколько преимуществ на уровне системы.

Компактная интеграция

Двигатель, привод, устройство обратной связи и интерфейс связи могут быть объединены в модуль уровня колеса.

Уменьшенная проводка

Сетевое соединение может заменить несколько отдельных соединений управления между центральным контроллером и распределенными приводами.

Управление с обратной связью

Обратная связь энкодера позволяет сервоприводу регулировать фактическое движение двигателя.

Многомоторная координация

Несколько колесных узлов могут обмениваться данными о движении по одной и той же сети CANopen.

Стандартизированная связь

CANopen и CiA 402 предоставляют стандартизированные концепции управления устройствами и профилями движения.

Модульная конструкция автомобиля

Моторные узлы могут быть спроектированы как модульные компоненты, что упрощает разработку различных платформ AGV.

Диагностика неисправностей

Информация о состоянии, экстренные сообщения и мониторинг узлов предоставляют механизмы для обнаружения проблем со связью и приводом.

Контрольный список проектирования сервосистем CANopen AGV Hub

Прежде чем внедрять интегрированную бесщеточную сервосистему ступицы, инженеры должны оценить:

Заключение

Связь CANopen позволяет встроенные бесщеточные серводвигатели-ступицы для работы в качестве интеллектуальных сетевых колесных модулей в автоматических транспортных средствах. Вместо того, чтобы рассматривать двигатель как изолированный привод, система может объединить локальное сервоуправление, обратную связь с энкодером, распределенную связь, диагностику и координацию движения на уровне транспортного средства в единую архитектуру.

С помощью таких механизмов, как PDO, SDO, NMT, мониторинг тактового сигнала, аварийные сообщения и профили устройств CiA 402 , контроллер AGV может взаимодействовать с несколькими сервоузлами, в то время как каждый двигатель выполняет свое собственное низкоуровневое управление с обратной связью.

Для таких приложений, как складские AGV, автономные мобильные роботы, интеллектуальные логистические транспортные средства, автоматизированные тележки и погрузочно-разгрузочные платформы , комбинация встроенного бесщеточного серводвигателя-концентратора и CANopen может обеспечить компактную и модульную основу для распределенного управления движением.

Наиболее эффективная реализация зависит от всей конструкции системы, включая крутящий момент двигателя, разрешение энкодера, диаметр колеса, время цикла CANopen, загрузку шины, механическую конфигурацию, тепловые характеристики, требования к торможению и архитектуру функциональной безопасности . Когда эти элементы спроектированы вместе, интегрированные сервоколеса на базе CANopen могут обеспечить масштабируемый подход к точному и скоординированному движению AGV.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ:

Часто задаваемые вопросы 1: Что такое связь CANopen во встроенных бесщеточных серводвигателях-концентраторах?

CANopen — это протокол связи, основанный на технологии CAN-шины, который позволяет встроенным бесщеточным серводвигателям-концентраторам обмениваться командами движения, данными обратной связи и диагностической информацией с контроллером AGV. Он поддерживает стандартизированную связь для распределенных систем управления движением.

Часто задаваемые вопросы 2: Как CANopen управляет серводвигателями ступиц AGV?

CANopen позволяет контроллеру AGV передавать заданные команды скорости, положения или крутящего момента на отдельные серводвигатели. Встроенный сервопривод обрабатывает эти команды и использует обратную связь от энкодера для регулирования движения двигателя и достижения управления движением с обратной связью.

Часто задаваемые вопросы 3: Какова роль CiA 402 в серводвигателях CANopen?

CiA 402 определяет стандартизированные профили устройств для устройств управления движением CANopen. Он определяет режимы работы, управляющие слова, слова состояния и переходы состояний привода, помогая контроллерам AGV взаимодействовать с совместимыми сервоприводами.

Часто задаваемые вопросы 4: Может ли CANopen синхронизировать несколько серводвигателей-концентраторов в AGV?

Да. CANopen поддерживает скоординированную связь между несколькими узлами двигателя. С помощью соответствующих механизмов синхронизации, таких как сообщения SYNC и настроенная циклическая связь, контроллер AGV может координировать скорость колес и команды движения для транспортных средств с дифференциальным приводом и многоколесных транспортных средств.

Часто задаваемые вопросы 5: Что такое PDO и SDO в системе управления движением CANopen?

Объекты данных процесса (PDO) передают чувствительные ко времени данные о движении и обратной связи, включая целевую скорость и фактическое положение. Объекты служебных данных (SDO) в основном используются для настройки параметров привода, доступа к словарю объектов и настройки параметров связи.

Часто задаваемые вопросы 6: Какие режимы работы доступны для серводвигателей со встроенным CANopen?

В зависимости от реализации CiA 402 привода поддерживаемые режимы могут включать режим профиля позиционирования, режим профиля скорости, режим циклического синхронного позиционирования, режим циклического синхронного скорости и режим циклического синхронного крутящего момента. Управление скоростью обычно используется в полноприводных автомобилях AGV.

Часто задаваемые вопросы 7. Как обратная связь энкодера повышает точность движения AGV?

Встроенный энкодер измеряет положение и скорость двигателя и передает информацию на сервоконтроллер. Контроллер сравнивает фактическое движение с заданными значениями и регулирует мощность двигателя, чтобы уменьшить количество ошибок, улучшая регулирование скорости вращения колес и производительность позиционирования.

Часто задаваемые вопросы 8: Как CANopen улучшает мониторинг неисправностей в автоматических транспортных средствах?

CANopen предоставляет диагностические механизмы, такие как аварийные сообщения и мониторинг пульса. Эти функции позволяют контроллеру AGV обнаруживать сообщаемые неисправности привода или сбои связи и инициировать соответствующую реакцию на уровне транспортного средства.

Часто задаваемые вопросы 9: Каковы преимущества встроенных бесщеточных серводвигателей-ступиц для AGV?

Встроенные бесщеточные серводвигатели со ступицей объединяют двигатель, сервопривод, энкодер и ступицу колеса в компактный узел. Это может уменьшить количество проводов, упростить установку, сэкономить место, поддержать управление колесами с обратной связью и облегчить конструкцию модульной трансмиссии AGV.

Часто задаваемые вопросы 10: Что следует учитывать инженерам при выборе серводвигателя ступицы CANopen для AGV?

Инженеры должны оценить номинальный и пиковый крутящий момент, скорость колеса, разрешение энкодера, напряжение питания, совместимость CANopen и CiA 402, время цикла связи, загрузку шины, степень защиты, тепловые характеристики, требования к торможению и архитектуру безопасности транспортного средства.