Servomotores para AGVs e AMRs: O que verificar além de 48V

Considere um robô de armazém que sai com uma carga, diminui a velocidade para fazer uma curva, atraca em uma estação e retorna para o próximo trabalho. Algumas versões também levantam uma cremalheira ou giram um módulo de direção separado. Esses movimentos impõem demandas diferentes aos motores, mesmo quando compartilham a mesma bateria.

Para fabricantes de veículos guiados automaticamente (AGVs) e robôs móveis autônomos (AMRs), um servo motor de 48 V pode ser um ponto de partida prático. A questão útil é se o motor, o acionamento e a transmissão podem realizar o trabalho pretendido durante todo o dia de trabalho.^[2]

Identifique primeiro o eixo de movimento

Os motores de tração movem o veículo. Seus requisitos dependem da massa operacional total do robô, do diâmetro da roda, da velocidade de deslocamento, da aceleração, das inclinações e da resistência ao rolamento. A carga útil por si só não é suficiente para selecioná-los.

Em veículos com eixo de direção separado, o motor tem uma tarefa diferente: posicionar o conjunto da roda em vez de impulsionar continuamente o chassi. Um mecanismo de elevação traz outro conjunto de requisitos, incluindo a forma como a carga é suportada quando a energia de acionamento não está disponível.

Não presuma que uma especificação de motor se adapta a cada eixo simplesmente porque todos os três usam um sistema de 48 V. Confirme o trabalho de cada motor antes de comparar tamanhos de carcaça ou preços.^{[1, 3]}

Verifique a faixa operacional da bateria, não apenas a etiqueta

A tensão nominal da bateria não é uma tensão constante nos terminais do inversor. Verifique a tensão totalmente carregada, a tensão operacional mais baixa permitida e qualquer queda durante movimentos exigentes. A combinação motorizada ainda deve fornecer o movimento necessário em toda essa faixa.

O servo motor sem escova não está conectado diretamente à bateria. Um servoconversor compatível converte a alimentação CC em correntes controladas de fase do motor. Tanto os limites de entrada do inversor quanto os requisitos operacionais do motor precisam ser verificados.

A desaceleração também merece atenção. Um motor pode retornar energia ao barramento CC enquanto desacelera uma carga. Se a bateria pode aceitar essa energia depende da bateria, do seu sistema de gerenciamento e do arranjo da unidade. Confirme o que acontece quando o carregamento está restrito ou a bateria já está carregada; não presuma que cada parada irá recarregá-lo.^{[2, 4, 5]}

Avalie um turno de trabalho, não uma execução bem-sucedida

Um teste de bancada curto não reproduz partidas repetidas com carga, longos períodos de deslocamento ou operação dentro de um chassi fechado. Teste o motor proposto em uma instalação representativa e verifique a temperatura e a corrente durante o ciclo de trabalho esperado.

O tempo de execução da bateria também precisa de uma verificação no nível do sistema. A corrente do motor e a corrente da bateria são quantidades diferentes porque o inversor converte energia entre sua entrada e saída.

Por exemplo, a entrada de 400 W na tabela de catálogo 60B da Jiangnan Electric lista a corrente nominal do motor de 12,8 A. Isso não é uma previsão do consumo médio da bateria. Dividir a capacidade da bateria em amperes-hora por esse número não estabeleceria o tempo de execução do robô. Use o consumo medido do lado da bateria em uma rota representativa, incluindo outras cargas elétricas do robô.^{[6, 7]}

Reserve espaço para a montagem completa

O corpo do motor é apenas parte do envelope de instalação. Deixe espaço para a caixa de engrenagens, conexão do eixo, freio, conectores e curvas de cabos. O arranjo do eixo e dos rolamentos também deve ser adequado às cargas mecânicas; um eixo de motor padrão não deve ser tratado automaticamente como um eixo de roda de veículo.

O desenho de montagem do 60B fornece um exemplo útil. Para a configuração de 400 W, a dimensão catalogada do comprimento do motor muda de 124 mm sem freio para 165 mm com freio. Essa diferença pode ser importante sob um chassi de baixo perfil, antes que qualquer tolerância seja feita para a transmissão ou os cabos.

Verifique separadamente a função pretendida do freio. Um freio de retenção serve principalmente para manter um eixo estacionário, e não para frenagens de serviço repetidas, a menos que seja especificamente classificado para isso. A seleção de um motor com freio não estabelece, por si só, o desempenho de segurança do veículo.^{[7, 8]}

Opções de servo de baixa tensão Jiangnan para revisar

O catálogo de servos da Jiangnan Electric identifica a Série B de baixa tensão para aplicações AGV. As configurações de catálogo a seguir fornecem pontos de partida para uma revisão de engenharia, em vez de especificações completas de tração ou veículo.^[7]

Apenas exemplos de catálogo. As classificações elétricas e mecânicas listadas não estabelecem uma capacidade de carga útil AGV ou AMR.

O 60C pertence à faixa de média inércia, que o catálogo posiciona para robôs industriais e de manuseio de materiais. É uma opção separada para revisar onde suas dimensões e características operacionais se adequam ao eixo, e não um substituto direto para um motor da Série B.

Essas velocidades são velocidades do eixo do motor, não velocidades das rodas. A transmissão e o diâmetro da roda ainda determinam a velocidade de deslocamento do veículo e o torque da roda. A adequação para um determinado AMR, unidade de direção ou mecanismo de elevação deve ser confirmada para essa aplicação.

A página do produto Série B 80 no site da Jiangnan fornece uma referência de produto relacionada. Para fazer o pedido, use o desenho de configuração e os dados do motor aprovados, em vez de tratar o nome da família como uma especificação completa.^{[7, 9]}

Mantenha o feedback do motor e o controle do veículo separados

O encoder do motor deverá funcionar com o servoconversor escolhido. A comunicação entre essa unidade e o controlador do veículo é uma interface separada para confirmação.

A seleção de um encoder específico não fornece automaticamente ao motor CANopen, EtherCAT ou uma função de navegação. Da mesma forma, o feedback preciso do eixo não garante por si só um acoplamento preciso. A mecânica, tração, sensores e sistema de controle do veículo também influenciam no resultado.

Confirme qual fornecedor fornece as funções de motor, acionamento, caixa de engrenagens, freio e controle. Limites de fornecimento claros ajudam a evitar o aparecimento de componentes ausentes e interfaces incompatíveis durante a montagem.^{[1, 3, 7]}

Envie o Layout do Veículo com a Consulta do Motor

Para uma primeira revisão, envie à Jiangnan Electric a função do eixo, a faixa de tensão da bateria e o modelo de acionamento, juntamente com o espaço de montagem disponível. Para um eixo de tração, inclua a massa total do veículo com carga útil, o diâmetro da roda, a velocidade alvo, a inclinação máxima e a relação de transmissão, se já estiver selecionada.

Uma descrição do ciclo de trabalho é igualmente útil: com que frequência o robô arranca, que distância percorre sob carga e se também levanta ou dirige. Adicione o requisito de freio e quaisquer restrições ambientais ou de carga do eixo.

Antes de passar das amostras para a produção, chegue a um acordo sobre a configuração exata do motor e um plano de validação no nível do veículo. Uma amostra que se ajusta e gira é apenas o começo; o arranjo selecionado precisa atender aos requisitos operacionais do robô em toda a faixa de bateria e ciclo de trabalho pretendidos.

Notas de origem

[1]maxon - Sistemas de acionamento para robôs logísticos móveis
Contexto geral de aplicação: tarefas de tração, integração, restrições de instalação e validação em nível de veículo. Não há evidência das capacidades de Jiangnan.

[2]Kollmorgen - Servomotores CC de baixa tensão AKM2G e AKM
Exemplo industrial de servoplataformas de baixa tensão para robôs móveis operados por bateria. Nenhuma compatibilidade entre marcas está implícita.

[3]Kollmorgen - Controladores de Motor AC7 e DC7
Separa controle de direção/tração, interfaces de motor e comunicação do veículo.

[4]Novanta Motion - Fonte de alimentação e potência do motor (Capitan XCR)
Limites de alimentação do inversor e margem de tensão para regeneração. Os limites numéricos desta fonte não são aplicados aos produtos Jiangnan.

[5]Novanta Motion - Proteções
Energia regenerativa e condições de aceitação da bateria.

[6]Suporte maxon - EPOS4 / IDX: Verificando o consumo de corrente do motor
A corrente do motor não é a mesma quantidade que a corrente de alimentação do controlador.

[7] Catálogo de servos em inglês fornecido pela empresa
Arquivo fonte: Página promocional do servo motor (inglês) (1).pdf. PDF p.10 (impresso p.01): Declaração de aplicação da Série B. PDF pp.29–30 (impresso pp.20–21): dados elétricos 60B e dimensões de freio/sem freio. PDF p.34 (impresso p.25): dados 80B. PDF pp.36–38 (impresso pp.27–29): aplicações da Série C e dados/dimensões 60C.

[8]Kollmorgen - freio de retenção
Distinção geral entre retenção parada e frenagem operacional repetida; a segurança dos veículos necessita de uma avaliação separada.

[9]Jiangnan Electric - Servomotores de ímã permanente de estrutura série B 80
Referência pública de produto para a Série 48 VB. Utilize a configuração aprovada para pedido final; veja a nota de discrepância em Notas de Publicação.

Isenção de responsabilidade

As informações neste artigo são fornecidas apenas para referência geral. As especificações do produto, o desempenho, as opções de configuração e a adequação devem ser avaliadas detalhadamente para a aplicação pretendida e as condições operacionais reais. Antes de selecionar, comprar ou usar um produto, confirme os detalhes relevantes com a Jiangnan Electric e consulte a documentação técnica aplicável e as especificações acordadas. Este artigo não substitui instruções específicas do produto ou uma avaliação profissional de engenharia.