Làm cách nào để cải thiện tuổi thọ pin AGV và khả năng tải trọng bằng động cơ servo DC điện áp thấp?

Đối với các phương tiện dẫn đường tự động hiện đại (AGV) và robot di động tự động (AMR) , hai chỉ số hiệu suất luôn được kết nối chặt chẽ với nhau:

Thời gian chạy pin và dung lượng tải trọng.

Một chiếc xe tiêu thụ quá nhiều năng lượng cần một cục pin lớn hơn. Nhưng pin lớn hơn cũng làm tăng thêm trọng lượng, giảm tải trọng mà xe có thể chở.

Đó là lý do tại sao hệ thống lực kéo đáng được quan tâm cẩn thận.

được thiết kế phù hợp Hệ thống động cơ servo DC điện áp thấp có thể giúp các nhà sản xuất AGV cải thiện:

• Hiệu quả năng lượng

• Thời gian chạy pin

• Mô-men xoắn khởi động và leo dốc

• Tỷ lệ tải trọng trên xe

• Độ chính xác chuyển động

• Phanh tái sinh

• Độ ổn định nhiệt

• Hiệu suất truyền động tổng thể

Đối với các dự án AGV của Hoa Kỳ, việc lựa chọn động cơ cũng cần được xem xét trong khuôn khổ an toàn máy rộng hơn. Các tài liệu tham khảo hiện tại bao gồm ANSI/A3 R15.08-1-2020 (R2026) , ANSI/A3 R15.08-2-2023 , ANSI/A3 R15.08-3-2026 và ANSI/ITSDF B56.5-2024.

Giải pháp động cơ servo AGV DC

Hệ thống truyền động AGV cần nhiều hơn việc quay động cơ đơn giản. Động cơ truyền động phải cung cấp mô-men xoắn được kiểm soát, điều chỉnh tốc độ chính xác, tăng tốc mượt mà và phản hồi đáng tin cậy khi làm việc từ hệ thống pin DC điện áp thấp. Vì lý do này, động cơ servo DC, động cơ servo DC tích hợp, động cơ servo DC hộp số, động cơ servo STO và động cơ trung tâm AGV thường được sử dụng trong kiến ​​trúc truyền động AGV và AMR.

JKONGMOTOR cung cấp một số cấu hình động cơ servo DC có thể phù hợp với các yêu cầu về tải, tốc độ, không gian, bảo vệ và an toàn AGV khác nhau.

Dòng sản phẩm động cơ servo AGV DC

Chuyển động động cơ servo tùy chỉnh của Jkongmotor

Nhà cung cấp giải pháp động cơ servo DC tích hợp một cửa

1. Động cơ servo DC tích hợp

Động cơ servo DC tích hợp kết hợp động cơ, bộ truyền động servo và bộ mã hóa trong một vỏ nhỏ gọn. Kiến trúc này làm giảm hệ thống dây điện bên ngoài và tiết kiệm không gian lắp đặt, khiến nó đặc biệt hữu ích cho khung gầm AGV và AMR nhỏ gọn.

Nó hỗ trợ điều khiển chuyển động vòng kín về tốc độ, vị trí và mô-men xoắn , trong khi các thiết bị điện tử tích hợp giúp đơn giản hóa kết nối giữa động cơ và bộ điều khiển xe. Kiến trúc servo tích hợp được sử dụng rộng rãi trong đó không gian khung gầm và hiệu suất nối dây là những cân nhắc thiết kế quan trọng.

Các ứng dụng AGV điển hình:

• AGV kho

• Bánh xe dẫn động AMR

• Robot xử lý vật liệu tự động

• Robot phân loại

• Robot di động nhỏ gọn

2. Động cơ servo DC hướng hành tinh

Động cơ servo DC hướng hành tinh kết hợp động cơ servo DC với hộp số hành tinh để tăng mô-men xoắn đầu ra trong khi vẫn duy trì hệ thống truyền động nhỏ gọn.

Cấu hình này phù hợp khi AGV yêu cầu mô-men xoắn bánh xe mạnh hơn để khởi động, tăng tốc, leo dốc hoặc chở tải trọng nặng hơn . Hộp số cũng cho phép động cơ hoạt động ở tốc độ cao hơn trong khi cung cấp tốc độ đầu ra thấp hơn ở bánh xe.

Ứng dụng điển hình:

• AGV hạng nặng

• Xe vận chuyển kho bãi

• Robot xử lý pallet

• Thiết bị xử lý vật liệu di động

• Bánh xe dẫn động AGV yêu cầu mô-men xoắn cao

3. Động cơ servo DC hướng trục sâu

Động cơ servo DC Worm Geared tích hợp hộp số worm với động cơ servo DC. Tỷ lệ giảm tốc cao giúp nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn đầu ra cao và chuyển động ở tốc độ thấp được kiểm soát.

Hộp số trục vít cũng có thể cung cấp các đặc tính giữ tải hữu ích, tùy thuộc vào thiết kế hộp số và điều kiện vận hành. Điều này làm cho nó có thể áp dụng được cho các cơ chế AGV trong đó chuyển động được kiểm soát và khả năng giữ cơ học là quan trọng.

Ứng dụng điển hình:

• Hệ thống truyền động AGV tải nặng

• Cơ chế nâng và định vị

• Thiết bị chuyển băng tải

• Robot di động công nghiệp

• Hệ thống xử lý tự động

4. Động cơ servo DC tích hợp phanh

Động cơ servo DC tích hợp phanh kết hợp động cơ servo, bộ mã hóa, bộ truyền động và phanh điện từ thành một cụm.

Phanh đặc biệt hữu ích khi cơ cấu AGV phải giữ vị trí của nó sau khi ngắt nguồn điện động cơ . Nó có thể được xem xét để nâng trục, cơ cấu thẳng đứng, thiết bị nghiêng và các ứng dụng mà chuyển động cơ học không được kiểm soát phải được ngăn chặn.

Ứng dụng điển hình:

• Cơ chế nâng AGV

• Hệ thống chuyển dọc

• Thiết bị xử lý tự động

• Cơ cấu truyền động nghiêng

• Robot di động có yêu cầu giữ

5. Động cơ servo DC tích hợp IP65

Động cơ servo DC tích hợp IP65 được thiết kế cho các ứng dụng AGV trong đó động cơ có thể gặp bụi, nước bắn tung tóe hoặc các điều kiện công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

Kiến trúc động cơ và truyền động tích hợp của nó kết hợp việc lắp đặt nhỏ gọn với khả năng bảo vệ vỏ bọc nâng cao. Điều này giúp nó hữu ích cho hậu cần kho bãi, máy móc di động, thiết bị hoạt động ngoài trời và AGV công nghiệp trong đó bảo vệ môi trường là thông số kỹ thuật quan trọng. JKONGMOTOR liệt kê mức bảo vệ IP65 như một cấu hình có sẵn cho nền tảng động cơ servo tích hợp của nó.

Ứng dụng điển hình:

• AGV có khả năng hoạt động ngoài trời

• Robot hậu cần

• Xe vận chuyển nhà máy

• Thiết bị xử lý vật liệu di động

• Môi trường công nghiệp dễ bị bụi bẩn

6. Động cơ servo AGV STO DC

Động cơ servo AGV STO DC được thiết kế cho các hệ thống AGV và AMR trong đó Tắt mô-men xoắn an toàn (STO) là một phần của kiến ​​trúc an toàn điều khiển chuyển động.

STO vô hiệu hóa khả năng tạo mômen động cơ của bộ truyền động khi chức năng an toàn được kích hoạt. Do đó, nó khác với lệnh chuyển động thông thường: STO ngăn chặn việc tạo ra mô-men xoắn thay vì chỉ ra lệnh cho xe giảm tốc độ.

Ứng dụng điển hình:

• Robot di động tự động

• Khu vực kho mà con người có thể tiếp cận

• Hệ thống hậu cần thông minh

• Xử lý vật liệu tự động

• AGV yêu cầu chức năng truyền động liên quan đến an toàn

7. Động cơ trung tâm AGV

Động cơ trung tâm AGV tích hợp động cơ truyền động vào cụm bánh xe hoặc trục, tạo ra giải pháp dẫn động bánh xe nhỏ gọn.

So với cách bố trí động cơ cộng với hộp số thông thường, động cơ trung tâm có thể giảm bớt các bộ phận truyền động cơ học và tận dụng tốt hơn không gian khung gầm hạn chế. Nó đặc biệt phù hợp với AGV nhỏ gọn, AMR, robot vận chuyển tự động và nền tảng di động ở tầng thấp . Cấu trúc động cơ trung tâm phải được lựa chọn theo đường kính bánh xe, tải trọng xe, mô-men xoắn yêu cầu, tốc độ và điều kiện nhiệt.

Tại sao nên chọn Động cơ servo DC tích hợp cho AGV?

Ưu điểm chính là tích hợp ở cấp độ hệ thống chứ không chỉ đơn giản là hiệu suất của động cơ.

Lắp đặt nhỏ gọn

Động cơ, bộ mã hóa và thiết bị điện tử truyền động có thể được kết hợp thành một cụm, giảm nhu cầu về vị trí lắp truyền động servo riêng biệt.

Hệ thống dây điện đơn giản

Kiến trúc servo tích hợp có thể giảm thiểu việc định tuyến cáp động cơ và bộ mã hóa giữa động cơ và ổ đĩa ngoài, giúp đơn giản hóa thiết kế điện AGV.

Điều khiển chuyển động vòng kín

Phản hồi của bộ mã hóa cho phép kiểm soát chính xác tốc độ và vị trí bánh xe, điều này rất quan trọng đối với việc điều hướng AGV và vận hành đồng bộ bánh xe.

Giao tiếp linh hoạt

Tùy thuộc vào cấu hình, hệ thống servo AGV có thể hỗ trợ các phương thức liên lạc như CANopen, RS485/Modbus và EtherCAT . Các giao diện này thường được sử dụng để tích hợp trục servo với bộ điều khiển AGV.

Nhiều cấu hình cơ học

Hộp số hành tinh, hộp số trục vít, phanh, vỏ chống nước và cấu trúc dẫn động trung tâm cho phép động cơ được kết hợp với các kiến ​​trúc AGV khác nhau.

Một nền tảng cho các thiết kế ổ AGV khác nhau

Nền tảng servo tích hợp của JKONGMOTOR bao gồm nhiều cấu hình cơ khí và điều khiển, bao gồm hệ thống DC 24V/48V, tùy chọn hộp số, cấu hình phanh, phản hồi bộ mã hóa, vỏ được xếp hạng IP và các giao diện Pulse, RS485, CANopen và EtherCAT . Trang giải pháp AGV của công ty liệt kê các cấu hình dòng IDC60 và IDC80 cùng dải công suất mở rộng từ 26W đến 1000W.

Điều này cho phép các nhà sản xuất AGV lựa chọn cấu trúc động cơ theo thiết kế thực tế của xe thay vì sử dụng một cấu hình động cơ cho mọi ứng dụng.

Đối với các dự án OEM AGV, mô-men xoắn động cơ, kích thước bánh xe, trọng lượng xe, tốc độ, điện áp ắc quy, tỷ số hộp số, loại bộ mã hóa, giao thức liên lạc, mức bảo vệ và các yêu cầu an toàn có thể được đánh giá cùng nhau để phát triển giải pháp truyền động servo DC phù hợp.

Tại sao Động cơ servo DC điện áp thấp lại quan trọng đối với tuổi thọ pin và khả năng tải trọng của AGV?

Động cơ kéo chuyển đổi năng lượng pin thành mô-men xoắn của bánh xe để thực sự di chuyển AGV.

Vì lý do này, hiệu suất của động cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng năng lượng mà phương tiện tiêu thụ trong mỗi chu kỳ vận chuyển.

Không giống như bộ truyền động vòng hở đơn giản, hệ thống servo DC vòng kín liên tục giám sát vị trí và tốc độ của động cơ thông qua phản hồi và điều chỉnh đầu ra theo điều kiện vận hành thực tế.

Điều đó đặc biệt có giá trị vì AGV hiếm khi hoạt động ở mức tải không đổi.

Điều kiện hoạt động AGV điển hình

AGV có thể liên tục cần phải:

Bắt đầu → Tăng tốc → Hành trình → Giảm tốc → Dừng → Rẽ → Lùi → Khởi động lại

Mô-men xoắn yêu cầu có thể thay đổi đáng kể giữa mỗi giai đoạn.

Một hệ thống servo được lựa chọn phù hợp có thể đáp ứng nhanh chóng những yêu cầu thay đổi này thay vì hoạt động ở đầu ra cố định.

Hiệu suất pin và trọng lượng xe được kết nối

Mối quan hệ cơ bản là:

Năng lượng điện = Điện áp pin × Dòng điện × Thời gian hoạt động

Giảm dòng điện không cần thiết có thể giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng trong khi vẫn duy trì mô-men xoắn cần thiết của bánh xe.

Đồng thời, bản thân hệ thống truyền lực cũng góp phần tạo nên khối lượng của xe.

Mối quan hệ tải trọng cơ bản là:

Tải trọng ròng = Tổng trọng lượng xe cho phép - Trọng lượng lề đường của xe

Điều này tạo ra một cơ hội thiết kế quan trọng.

Một động cơ nhỏ gọn hơn, bộ truyền động tích hợp hoặc hộp số được tối ưu hóa có thể giảm trọng lượng hệ thống và giải phóng thêm sức chứa cho hàng hóa.

Tại sao hội nhập lại quan trọng

Một động cơ servo tích hợp hiện đại có thể kết hợp:

Động cơ + Bộ mã hóa + Ổ đĩa servo + Điện tử điều khiển

thành một cụm nhỏ gọn.

Điều này có thể làm giảm:

• Độ phức tạp của hệ thống dây điện

• Không gian tủ

• Các thành phần ổ đĩa ngoài

• Thời gian cài đặt

• Dấu chân tổng thể của hệ thống truyền động

Đối với các thiết kế khung gầm AGV bị giới hạn về không gian, những chi tiết này có thể có tác động đáng kể đến kiến ​​trúc cuối cùng của xe.

Làm thế nào Động cơ servo DC điện áp thấp kéo dài thời gian chạy của pin AGV thông qua phanh hiệu suất cao và tái tạo?

Không nên ước tính thời gian chạy của pin chỉ dựa vào công suất trên bảng tên động cơ.

Phép đo hữu ích hơn là năng lượng tiêu thụ trong chu kỳ làm việc thực tế của AGV.

Một xấp xỉ thực tế là:

Năng lượng pin đã sử dụng ≈ Công suất đầu vào DC trung bình × Thời gian hoạt động

Vì AGV liên tục tăng tốc và giảm tốc nên công suất trung bình có thể khác biệt đáng kể so với công suất định mức của động cơ.

Hoạt động hiệu quả cao

Động cơ điều khiển bằng servo có thể điều chỉnh mô-men xoắn theo nhu cầu thực tế.

Trong quá trình di chuyển ổn định, mô-men xoắn yêu cầu có thể tương đối thấp.

Trong quá trình tăng tốc, hệ thống có thể tạm thời cần mô-men xoắn cao hơn nhiều.

Điều khiển động này cho phép hệ thống truyền động kết hợp tốt hơn đầu vào điện với nhu cầu cơ học.

Phanh tái sinh

Phanh tái sinh cung cấp một cơ chế tiết kiệm năng lượng tiềm năng khác.

Trong quá trình giảm tốc, động cơ có thể hoạt động như một máy phát điện. Thay vì chuyển đổi toàn bộ động năng thành nhiệt thông qua ma sát hoặc điện trở hãm, một phần năng lượng đó có thể được trả lại cho bus DC.

Năng lượng thu hồi được có thể là:

Đã quay trở lại pin

hoặc

Được sử dụng ở nơi khác trên xe buýt DC

tùy thuộc vào kiến ​​trúc hệ thống.

Tuy nhiên, phanh tái tạo phải được thiết kế chính xác.

Trong quá trình giảm tốc, điện áp DC-bus có thể tăng nhanh. Do đó, hệ thống cần một phương pháp phù hợp để xử lý năng lượng tái tạo, có tính đến mức độ chấp nhận của pin, trạng thái sạc, giới hạn bộ điều khiển, nhiệt độ và tần suất phanh.

Trường hợp phanh tái tạo mang lại giá trị cao nhất

Phanh tái tạo đặc biệt phù hợp với AGV thường xuyên:

• Điểm dừng

• Bắt đầu

• Thay đổi hướng

• Sự kiện giảm tốc

• Chu kỳ vận chuyển ngắn

• Chuyển động thẳng đứng hoặc xuống dốc

Đối với những ứng dụng này, Wh trên mỗi chu trình hoàn thành thường là KPI hữu ích hơn so với hiệu suất lý thuyết của động cơ.

Thiết kế mật độ năng lượng cao của DC servo trực tiếp tăng tải trọng ròng của AGV như thế nào?

Khả năng tải trọng chủ yếu là vấn đề về hệ thống truyền động và khối lượng xe.

AGV phải tạo ra đủ lực kéo để vượt qua:

Lực cản lăn + Lực cản ngang + Lực gia tốc + Tổn hao cơ học khác

Một mối quan hệ đơn giản hóa là:

Mô-men xoắn bánh xe = Lực kéo × Bán kính bánh xe

Đây là lý do tại sao việc lựa chọn động cơ không thể tách rời khỏi đường kính bánh xe, tỷ số truyền, trọng lượng xe hoặc yêu cầu tăng tốc.

Mật độ mô-men xoắn quan trọng hơn kích thước động cơ

Một động cơ lớn hơn có thể cung cấp nhiều mô-men xoắn hơn nhưng nó cũng bổ sung thêm:

• Cân nặng

• Âm lượng

• Trị giá

• Tải nhiệt

• Nhu cầu pin

Mục tiêu thiết kế tốt hơn thường là mật độ mô-men xoắn hữu dụng cao hơn.

Nói cách khác:

Hiệu suất bánh xe thực tế hơn nhờ khối lượng và thể tích động cơ ít hơn

Một hệ thống servo nhỏ gọn có thể giúp đạt được sự cân bằng đó.

Mô men khởi động đặc biệt quan trọng

AGV mang tải trọng tối đa có thể yêu cầu mô-men xoắn đáng kể ở tốc độ rất thấp.

Điều này đặc biệt đúng khi xe:

• Bắt đầu từ phần còn lại

• Mang tải nặng

• Leo dốc

• Tăng tốc nhanh chóng

• Hoạt động trên sàn có độ bền cao hơn

Vì lý do này, động cơ nên được đánh giá bằng cách sử dụng mô-men xoắn liên tục và mô-men xoắn cực đại chứ không chỉ đơn giản là công suất định mức của nó.

Các thông số truyền động chính

Mục tiêu không chỉ đơn giản là lắp đặt động cơ lớn nhất có thể.

Mục tiêu là đạt được tốc độ, mô-men xoắn, khả năng tăng tốc, khả năng leo dốc và giới hạn nhiệt cần thiết với trọng lượng hệ thống thực tế thấp nhất.

Cách chọn quyền Hệ thống servo DC điện áp thấp có đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp và an toàn AGV của Hoa Kỳ?

Chọn một động cơ chỉ vì điện áp danh định của nó phù hợp với pin là không đủ.

Dự án AGV của Hoa Kỳ nên đánh giá chiếc xe hoàn chỉnh và kiến ​​trúc an toàn của nó.

Các tài liệu tham khảo hiện tại trong ngành bao gồm dòng ANSI/A3 R15.08 dành cho robot di động công nghiệp và ANSI/ITSDF B56.5-2024 dành cho xe công nghiệp được dẫn hướng tự động và không người lái.

Tùy thuộc vào sản phẩm và ứng dụng, các tiêu chuẩn và yêu cầu khác cũng có thể được áp dụng.

Các yếu tố lựa chọn quan trọng

Tương thích điện

Xác minh điện áp danh định của pin cũng như điện áp hoạt động tối thiểu và tối đa.

Hệ thống pin danh nghĩa 24 VDC hoặc 48 VDC có thể gặp sự thay đổi điện áp đáng kể trong quá trình sạc và xả.

Dòng điện cực đại

Điều kiện tăng tốc và tải trọng nặng có thể tạo ra dòng điện cao hơn đáng kể so với việc di chuyển thông thường.

Pin, hệ thống dây điện, bộ điều khiển và các thiết bị bảo vệ đều phải chịu được dòng điện dự kiến.

Nhận xét

Bộ mã hóa phải cung cấp độ phân giải, loại phản hồi và giao diện truyền thông theo yêu cầu của kiến ​​trúc điều khiển.

Chức năng an toàn

Dừng khẩn cấp, phản ứng lỗi, hành vi phanh, loại bỏ mô-men xoắn và các điều khiển liên quan đến an toàn phải được đánh giá như một phần của hệ thống AGV hoàn chỉnh.

Bảo vệ môi trường

Động cơ phải phù hợp với môi trường thực tế, bao gồm:

• Bụi

• Độ ẩm

• Nhiệt độ

• Sốc

• Rung

• Tiếp xúc xâm nhập

Tích hợp cơ khí

Kiểm tra:

• Kích thước lắp đặt

• Cấu hình trục

• Giao diện hộp số

• Kết nối bánh xe

• Định tuyến cáp

• Không gian khung gầm có sẵn

Một sự khác biệt quan trọng

Sự tuân thủ của động cơ không giống như sự tuân thủ của hệ thống AGV.

Máy hoàn chỉnh phải được thiết kế, đánh giá rủi ro, bảo vệ và xác nhận theo các yêu cầu áp dụng cho mục đích sử dụng của nó.

Làm thế nào các OEM và Nhà khai thác đội xe có thể nâng cấp các ổ AGV kế thừa lên Hệ thống servo DC điện áp thấp?

Việc nâng cấp AGV hiện có từ ổ đĩa cũ lên kiến ​​trúc servo phải bắt đầu bằng dữ liệu vận hành chứ không phải giả định.

Đánh giá trang bị thêm thực tế cần ghi lại:

Kiến trúc trang bị thêm điển hình

Một hệ thống lực kéo hiện đại hóa có thể trông như thế này:

Pin → Bảo vệ DC → Ổ đĩa servo → Động cơ servo DC → Hộp số → Bánh xe truyền động

Bộ mã hóa cung cấp thông tin vận hành trở lại bộ điều khiển.

Hệ thống điều khiển AGV sau đó quản lý các lệnh như:

Tốc độ → Hướng → Tăng tốc → Giảm tốc → Phản hồi lỗi

Truyền thông công nghiệp cũng có thể được tích hợp thông qua các giao diện như CANopen, EtherCAT, RS-485/Modbus hoặc giao thức được hỗ trợ khác.

Việc trang bị thêm theo giai đoạn có thể làm giảm rủi ro

Một cách tiếp cận thực tế là trước tiên hãy kiểm tra một mô-đun lực kéo.

Nguyên mẫu sau đó có thể được đánh giá về:

Mức tiêu thụ hiện tại

Tăng tốc

phanh

Hiệu suất nhiệt

Hoạt động đầy tải trọng

Thời gian chạy pin

Độ tin cậy truyền thông

Hành vi lỗi

Sau khi kết quả đo được đáp ứng mục tiêu thiết kế, kiến ​​trúc tương tự có thể được triển khai trên các phương tiện bổ sung.

Làm thế nào để quản lý nhiệt vượt trội trong DC servo ngăn chặn sự xuống cấp sớm của pin AGV?

Quản lý nhiệt thường bị đánh giá thấp khi so sánh động cơ AGV.

Động cơ liên tục đạt đến giới hạn nhiệt của nó có thể tạo ra tổn thất điện cao hơn và truyền thêm nhiệt vào hệ thống truyền động xung quanh.

Kết quả có thể là một phản ứng dây chuyền:

Tổn thất cao hơn → Nhiều nhiệt hơn → Nhiệt độ cao hơn → Áp lực lớn hơn lên các bộ phận

Nhiệt độ pin cũng có vấn đề.

Sự lão hóa của pin lithium-ion bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, trạng thái sạc, điều kiện sạc và cấu hình vận hành. Nhiệt độ tăng cao có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp trong nhiều điều kiện vận hành.

Điều này có nghĩa là hiệu quả của hệ thống truyền động không chỉ liên quan đến việc tiết kiệm điện.

Nó cũng có thể giúp kiểm soát môi trường nhiệt xung quanh pin và thiết bị điện tử.

Các nguồn nhiệt chính trong hệ thống truyền động AGV

Tải nhiệt tổng thể có thể đến từ:

• Tổn thất đồng

• Tổn thất sắt

• Ma sát ổ trục

• Tổn hao chuyển mạch bộ điều khiển

• Tổn thất hộp số

• Tổn thất do lốp và lăn

Do đó, nên chọn động cơ có kích thước phù hợp theo yêu cầu hoạt động liên tục chứ không chỉ để đạt được hiệu suất cao nhất trong thời gian ngắn.

Thiết kế tản nhiệt nên xem xét toàn bộ hệ thống

Các biến quan trọng bao gồm:

Nhiệt độ môi trường xung quanh

Chu kỳ nhiệm vụ

Tần số tải đỉnh

mô-men xoắn liên tục

Gắn động cơ

Thiết kế bao vây

Luồng khí

Truyền nhiệt tới khung máy

Mục tiêu là nhiệt độ vận hành ổn định trên toàn bộ hệ thống lực kéo.

Mức giảm ROI và TCO có thể đo lường được khi triển khai Động cơ DC điện áp thấp tại các kho hàng ở Hoa Kỳ là gì?

Giá trị tài chính của việc nâng cấp servo phải được đo lường từ dữ liệu thực tế của đội xe.

Giá mua động cơ đơn giản không thể hiện chi phí sở hữu thực sự.

Mô hình AGV TCO thực tế

TCO = Phần cứng + Năng lượng + Bảo trì + Thời gian ngừng hoạt động + Pin + Thay thế + Cơ sở hạ tầng sạc

Hệ thống servo DC điện áp thấp có thể ảnh hưởng đồng thời đến một số biến số này.

Tiêu thụ năng lượng

Đo lường:

kWh mỗi giờ hoạt động

Nhưng một KPI hoạt động thậm chí còn mạnh mẽ hơn là:

Wh trên mỗi chu kỳ vận chuyển đã hoàn thành

Điều này cho phép so sánh các công nghệ truyền động khác nhau trong cùng một tuyến đường và điều kiện tải trọng.

Sử dụng pin

Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn có thể tăng thời gian hoạt động có thể sử dụng giữa các chu kỳ sạc, tùy thuộc vào:

• Hóa học pin

• Chiến lược tính phí

• Tải trọng

• Khoảng cách di chuyển

• Môi trường hoạt động

• Chu kỳ nhiệm vụ

BẢO TRÌ

Ổ đĩa vòng kín có thể cung cấp thêm dữ liệu chẩn đoán.

Tùy thuộc vào hệ thống, đội bảo trì có thể giám sát:

Lỗi mã hóa

Quá dòng

Quá nhiệt độ

Lỗi giao tiếp

Trạng thái động cơ

Lái xe báo động

Chẩn đoán tốt hơn có thể giúp giảm thời gian khắc phục sự cố.

Thời gian ngừng hoạt động

Đối với kho tự động, thời gian ngừng hoạt động có thể có tác động tài chính lớn hơn giá mua động cơ.

Một hệ thống lực kéo dễ chẩn đoán, thay thế và bảo trì hơn có thể mang lại giá trị vượt xa chi phí phần cứng ban đầu của nó.

Năng suất tải trọng

Tải trọng nên được đo cùng với mức tiêu thụ năng lượng.

Thay vì chỉ hỏi:

'AGV có thể chở được bao nhiêu kg?'

Một số liệu hoạt động hữu ích hơn có thể là:

'AGV có thể vận chuyển bao nhiêu kg mỗi lần sạc pin?'

Các KPI hữu ích khác bao gồm:

kg vận chuyển mỗi giờ hoạt động

hoàn thành nhiệm vụ mỗi lần sạc

Wh trên tấn-km

sự kiện tính phí mỗi ca

Những số liệu này cung cấp cho người vận hành đội xe một bức tranh rõ ràng hơn về năng suất thực sự của hệ thống truyền động.

Cách cải thiện tuổi thọ pin AGV và khả năng tải trọng bằng cách sử dụng động cơ servo DC điện áp thấp: Nghiên cứu điển hình về thiết kế lại AMR 1,5 tấn

Dự án thiết kế lại này tập trung vào AGV tiềm ẩn/AMR chìm hạng nặng nặng 1,5 tấn được phát triển bởi một nhà sản xuất tự động hóa nội bộ châu Âu.

Khách hàng phải đối mặt với ba vấn đề thực tế:

Trọng lượng khung gầm nặng đã làm giảm khả năng tải trọng hiệu quả.

Thời gian chạy pin thấp hơn mục tiêu hoạt động 8 giờ mong muốn.

Không gian khung gầm hạn chế và hệ thống dây điện quá mức khiến việc tích hợp điện ngày càng khó khăn.

Giải pháp là thay thế kiến ​​trúc động cơ và truyền động phân chia thông thường bằng kiến ​​trúc kép Động cơ servo DC tích hợp điện áp thấp 48V , kết hợp động cơ và thiết bị điện tử điều khiển thành mô-đun dẫn động bánh xe nhỏ gọn với giao tiếp CANopen/EtherCAT.

Kết quả thiết kế lại

Kết quả chính: AGV được thiết kế lại đã giảm khối lượng hệ thống truyền động xuống 7,3 kg , tăng thời gian vận hành từ 7,5 lên 10,2 giờ và tăng tải trọng hiệu dụng từ 1.000 kg lên 1.250 kg khi sử dụng cùng bộ pin lithium 48V/100Ah.

Thiết kế AGV ban đầu và những hạn chế của nó

Chiếc xe nguyên bản sử dụng kiến ​​trúc điều khiển động cơ phân chia thông thường.

Các động cơ được gắn gần các bánh dẫn động, trong khi các bộ truyền động servo được lắp đặt riêng biệt bên trong ngăn điện chính.

Kiến trúc này đã tạo ra một số thách thức trong một AMR hạng nặng nhỏ gọn.

1. Trọng lượng hệ thống truyền động quá mức

Trọng lượng kết hợp của hai động cơ, bộ truyền động servo bên ngoài, bộ dây cáp, đầu nối, tấm chắn và các bộ phận lắp đặt đạt khoảng 18,5 kg.

Đối với một chiếc xe có giới hạn tổng trọng lượng cố định, khối lượng bổ sung này trực tiếp làm giảm lượng hàng hóa mà AGV có thể chở một cách hợp pháp và cơ học.

2. Dây cáp có dòng điện cao chạy dài

Cấu trúc truyền động riêng biệt yêu cầu cáp động cơ dòng điện cao để di chuyển giữa vỏ điện trung tâm và cụm dẫn động bánh xe.

Trong một AMR nhỏ gọn, các loại cáp này tiêu tốn không gian lắp đặt có giá trị và làm phức tạp việc định tuyến.

Chúng cũng có thể gây thêm tổn thất điện thông qua điện trở của cáp.

3. Không gian bên trong hạn chế

Hai bộ truyền động servo bên ngoài cần có tủ chuyên dụng và không gian lắp đặt thanh ray DIN.

Điều này làm giảm số lượng phòng có sẵn cho:

Linh kiện pin

PLC và I/O

Phần cứng an toàn

Thiết bị truyền thông

Thành phần quản lý nhiệt

Truy cập dịch vụ

4. Thời lượng pin dưới mức mục tiêu

Hệ thống ban đầu đạt được khoảng 7,5 giờ hoạt động khi sử dụng bộ pin lithium 48V/100Ah.

Đối với một phương tiện hạng nặng dự kiến ​​sẽ hỗ trợ mở rộng hoạt động kho bãi, điều này để lại rất ít lợi nhuận hoạt động.

Giải pháp servo DC 48V tích hợp

Để giải quyết đồng thời ba vấn đề, khách hàng đã thay thế hệ thống truyền động phân chia bằng hai Động cơ servo DC tích hợp điện áp thấp 48V.

Kiến trúc mới tích hợp động cơ và thiết bị điện tử truyền động trực tiếp vào mô-đun dẫn động bánh xe.

Cấu trúc hệ thống truyền động mới

Pin 48V

↓

Bộ điều khiển AGV chính/PLC

↓

Xe buýt truyền thông CANopen / EtherCAT

↓

Động cơ servo DC tích hợp 48V kép

↓

Bánh xe dẫn động

Điều này làm giảm đáng kể số lượng thiết bị lắp đặt trong tủ điện trung tâm.

Giải pháp mới cũng hỗ trợ mô-men xoắn quá tải đỉnh cao , điều khiển vòng kín và giao tiếp dựa trên bus.

Hệ thống servo DC tích hợp đã tăng tuổi thọ pin như thế nào

Sự cải thiện về thời gian chạy pin đến từ một số thay đổi về mặt kỹ thuật chứ không phải do việc mở rộng pin.

Giảm tổn thất cáp

Trong hệ thống ban đầu, cáp động cơ dòng điện cao kết nối thiết bị điện tử truyền động trung tâm với động cơ kéo.

Tổn thất điện năng trong dây dẫn có thể được tính gần đúng bằng cách sử dụng:

P = I²R

Ở đâu:

• P = mất điện

• Tôi = hiện tại

• R = điện trở cáp

Bằng cách di chuyển các thiết bị điện tử truyền động trực tiếp lên cụm động cơ, kết nối dòng điện cao sẽ trở nên cực kỳ ngắn.

Trong dự án này, khoảng cách dây pha từ động cơ đến động cơ đã giảm xuống dưới 5 cm.

Kết quả là giảm đáng kể tổn thất liên quan đến cáp và kiến ​​trúc nguồn điện sạch hơn.

Hoạt động 48V Giảm nhu cầu hiện tại

Thiết kế lại cũng đã di chuyển kiến ​​trúc nguồn AGV từ 24V sang 48V DC.

Đối với cùng một công suất đầu ra cơ học:

Tôi = P / U

Việc tăng điện áp hệ thống sẽ làm giảm dòng điện cần thiết cho một mức công suất nhất định.

Dòng điện thấp hơn có thể cho phép:

Mặt cắt cáp nhỏ hơn

Tổn thất điện trở thấp hơn

Giảm nhiệt độ cáp

Hệ thống dây điện nhỏ gọn hơn

Điều này đặc biệt hữu ích trong các thiết bị di động công suất cao, nơi mà đường cáp dài có thể trở thành một phần quan trọng trong thiết kế điện.

Phanh tái sinh

Bộ điều khiển servo tích hợp cũng tối ưu hóa phanh tái tạo.

Trong quá trình giảm tốc hoặc chuyển động xuống dốc, động cơ kéo có thể hoạt động như máy phát điện.

Thay vì tiêu tán tất cả động năng có sẵn dưới dạng nhiệt, hệ thống sẽ chuyển hướng năng lượng có thể phục hồi trở lại hệ thống pin và bus 48V DC , tùy thuộc vào giới hạn chấp nhận pin và bộ điều khiển.

Điều này trở nên đặc biệt có giá trị trong các AGV hạng nặng vì một chiếc xe nặng 1,5 tấn mang động năng đáng kể trong quá trình di chuyển.

Xe tăng tốc và giảm tốc càng thường xuyên thì khả năng phục hồi năng lượng tái tạo càng phù hợp.

Kiểm soát véc tơ FOC

Hệ thống servo tích hợp sử dụng Điều khiển hướng trường (FOC) để điều chỉnh dòng điện và mô-men xoắn của động cơ.

Bằng cách kiểm soát từ trường và dòng điện tạo ra mô-men xoắn của động cơ chính xác hơn, hệ thống có thể hoạt động gần hơn với điểm tải yêu cầu.

Các mục tiêu thực tế là:

Sản xuất mô-men xoắn ổn định

Sử dụng dòng điện hiệu quả

Giảm nhiệt độ sưởi ấm không cần thiết

Tăng tốc và giảm tốc mượt mà

Cải thiện khả năng kiểm soát tốc độ thấp

Đối với AMR hạng nặng hoạt động liên tục qua nhiều ca, những đặc điểm này có thể ảnh hưởng đến cả mức tiêu thụ năng lượng và độ ổn định nhiệt.

Những cải tiến kỹ thuật quan trọng và dữ liệu ROI

Kỹ thuật đào sâu: Cách các động cơ DC tích hợp giải quyết thách thức kép

1. Tăng tuổi thọ pin

• Loại bỏ tổn hao đồng của cáp: Các thiết kế AGV truyền thống định tuyến cáp pha dòng điện cao từ hộp điều khiển trung tâm xuống các bánh xe dẫn động. Động cơ DC servo tích hợp điện áp thấp kết hợp trình điều khiển trực tiếp vào phía sau bộ mã hóa động cơ, rút ​​ngắn khoảng cách dây pha xuống dưới 5 cm.
• Tối ưu hóa hệ thống phanh tái tạo: Bộ điều khiển tích hợp thu lại động năng trong quá trình giảm tốc và chuyển động xuống dốc, cung cấp dòng điện một chiều trực tiếp trở lại bộ pin 48V.
• Điều khiển véc tơ FOC hiệu quả cao: Các thuật toán điều khiển hướng trường được tối ưu hóa giữ cho nhiệt độ vận hành ở mức thấp khi tải liên tục, duy trì mức tiêu thụ dòng điện ở chu kỳ hoạt động tối ưu.

2. Tăng khả năng tải trọng

• Giảm trọng lượng khung gầm: Loại bỏ vỏ bọc bộ điều khiển bên ngoài, cáp che chắn nặng và giá đỡ DIN-rail giúp giải phóng gần 7,3 kg trọng lượng tổng. Mỗi kg tiết kiệm được trên khối lượng khung gầm sẽ chuyển trực tiếp thành mức tải trọng cao hơn.
• Công suất mô-men xoắn quá tải cao: Động cơ servo DC điện áp thấp tích hợp xử lý mô-men xoắn định mức lên tới 3X trong quá trình tăng tốc tải nặng ban đầu và leo dốc (độ dốc lên tới 5°), ngăn ngừa lỗi chết máy mà không cần đến động cơ quá khổ.

3. Các bước thực hiện

1. Di chuyển hệ thống điện: Nâng cấp bus hệ thống từ 24V lên 48V DC. Điện áp cao hơn làm giảm dòng điện hoạt động tổng thể ( I = P/U ), giảm yêu cầu về mặt cắt cáp và tản nhiệt.

2. Mô-đun hóa cơ học của mô-đun truyền động: Gắn trực tiếp các động cơ DC servo tích hợp 48V kép vào các bánh dẫn động vi sai hoặc cụm bánh lái.

3. Cấu trúc liên kết bus truyền thông: Nối một cáp chuỗi CANopen/EtherCAT được bảo vệ duy nhất giữa bộ điều khiển AGV PLC chính và cả hai động cơ tích hợp, thay thế hơn 16 dây điều khiển rời rạc.

Kết quả đo lường trước và sau

Thiết kế lại đã tạo ra những cải tiến có thể đo lường được trên các chỉ số hiệu suất chính của AGV , bao gồm trọng lượng hệ thống truyền động, không gian bên trong, hiệu suất, độ bền của pin và khả năng tải trọng.

Kết quả tổng thể: Bằng cách tích hợp trực tiếp bộ truyền động servo DC vào các mô-đun bánh xe, AGV đã đạt được trọng lượng hệ thống truyền động thấp hơn, giảm yêu cầu về không gian bên trong, hiệu suất hệ thống cao hơn, độ bền của pin lâu hơn và khả năng tải trọng hiệu quả cao hơn.

Những kết quả này cho thấy thiết kế lại đã cải thiện đồng thời hiệu suất của pin và khả năng tải trọng thông qua sự kết hợp giữa tích hợp hệ thống truyền động, giảm tổn thất dây dẫn, cải thiện khả năng điều khiển động cơ và khối lượng xe thấp hơn.

Phản hồi của khách hàng

'Bằng cách chuyển sang sử dụng động cơ servo DC điện áp thấp tích hợp 48V, chúng tôi đã cắt giảm 40% thời gian lắp ráp AGV do định tuyến bộ dây được đơn giản hóa. Quan trọng hơn, khách hàng của chúng tôi đã đạt được phạm vi vận hành đầy đủ 3 ca (24 giờ) chỉ với hai lần sạc cơ hội ngắn mỗi ngày.'

— Trưởng phòng R&D, Giải pháp AMR công nghiệp

Thiết kế lại AMR 1,5 tấn này thể hiện điều gì

Dự án này nêu bật một số bài học quan trọng đối với các nhà sản xuất AGV và AMR hạng nặng.

Tuổi thọ pin là một vấn đề của hệ thống truyền động

Tăng dung lượng pin không phải là cách duy nhất để đạt được thời gian hoạt động lâu hơn.

Giảm tổn thất điện, cải thiện khả năng điều khiển động cơ, phục hồi năng lượng phanh và giảm khối lượng xe đều có thể góp phần nâng cao độ bền sử dụng.

Tải trọng bị ảnh hưởng bởi từng kg khối lượng xe

Động cơ, bộ truyền động, tủ, phần cứng lắp đặt và trọng lượng cáp đều tiêu tốn một phần tổng trọng lượng của xe.

Do đó, kiến ​​trúc lực kéo tích hợp hơn có thể tạo ra khả năng tải bổ sung mà không cần tăng kích thước động cơ.

Kiến trúc 48V ngày càng hấp dẫn khi nguồn điện tăng

Điện áp hệ thống cao hơn có thể giảm dòng điện đối với yêu cầu điện năng nhất định, giúp các nhà sản xuất AGV quản lý kích thước cáp, tổn thất điện trở và tải nhiệt.

Kiến trúc servo tích hợp giúp đơn giản hóa các AMR nhỏ gọn

Việc kết hợp động cơ và bộ truyền động vào một mô-đun có thể loại bỏ các tủ ổ đĩa ngoài và rút ngắn thời gian đi dây dòng điện cao.

Điều này có thể cải thiện cả hiệu quả đóng gói cơ khí và lắp ráp.

Mô-men xoắn cực đại rất quan trọng đối với xe hạng nặng

Một chiếc AGV nặng 1,5 tấn cần đủ mô-men xoắn để di chuyển.

Nó cũng phải tăng tốc từ trạng thái nghỉ, mang tải trọng tối đa, leo dốc và xử lý tình trạng quá tải trong thời gian ngắn.

Điều đó làm cho khả năng mô-men xoắn cực đại và hiệu suất quá tải trở thành tiêu chí lựa chọn quan trọng.

Tóm tắt kết quả cuối cùng

Đối với AGV và AMR hạng nặng, kiến ​​trúc servo DC điện áp thấp tích hợp có thể cung cấp một lộ trình thực tế hướng tới tải trọng cao hơn, thời gian vận hành dài hơn, hệ thống dây điện sạch hơn và tích hợp hệ thống lực kéo nhỏ gọn hơn khi động cơ được khớp chính xác với chu kỳ làm việc thực tế của xe.

Cách chúng tôi tiếp cận Thiết kế động cơ servo DC điện áp thấp cho AGV

Đối với các nhà sản xuất OEM AGV, một động cơ tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng đủ.

Các AGV khác nhau có thể có các yêu cầu hoàn toàn khác nhau về:

Tải trọng

Đường kính bánh xe

Trọng lượng xe

Tốc độ di chuyển

Tăng tốc

Độ dốc

Điện áp pin

Chu kỳ nhiệm vụ

Giao thức điều khiển

Điều kiện môi trường

Do đó, động cơ, hộp số, bộ mã hóa, bộ điều khiển và bánh xe cần được coi là một hệ thống lực kéo tích hợp.

Bài học cuối cùng dành cho các OEM của AGV

Cải thiện tuổi thọ pin AGV và khả năng tải trọng không chỉ đơn giản là vấn đề lắp pin lớn hơn hoặc động cơ có công suất cao hơn.

Phương pháp hiệu quả nhất là tối ưu hóa toàn bộ hệ thống lực kéo.

được thiết kế phù hợp Động cơ servo DC điện áp thấp có thể góp phần thông qua:

Hoạt động hiệu quả cao

Điều khiển tốc độ và mô-men xoắn vòng kín

Phanh tái sinh

Mật độ mô-men xoắn cao

Tích hợp nhỏ gọn

Cải thiện hiệu suất nhiệt

Chẩn đoán tốt hơn

Khi các đặc điểm này được kết hợp chính xác với hộp số, bánh xe, pin, bộ điều khiển và chu kỳ làm việc của AGV, kết quả có thể là những cải tiến có thể đo lường được về:

Thời gian chạy pin + Sử dụng tải trọng + Tiết kiệm năng lượng + Ổn định nhiệt + Năng suất đội xe

Do đó, đối với các OEM và người vận hành kho, câu hỏi có ý nghĩa nhất không chỉ đơn giản là 'Động cơ nào có nhiều công suất hơn?'

Một câu hỏi hay hơn là:

'Hệ thống truyền động nào có thể cung cấp mô-men xoắn bánh xe và hiệu suất chuyển động cần thiết trong khi sử dụng năng lượng, trọng lượng, không gian và bảo trì ít thực tế nhất?'

Cách tiếp cận cấp hệ thống đó cung cấp nền tảng vững chắc hơn để thiết kế các nền tảng lực kéo AGV hiệu quả, đáng tin cậy và có thể mở rộng.