Планетарный редуктор для автоматизированных транспортных средств и мобильных мобильных роботов.
Выбор приводных колес для мобильного робота

Применение планетарного редуктора в приводах AGV отличается от приводов промышленных роботов пятью критически важными особенностями, которые корейские инженеры часто упускают из виду при первоначальном выборе приводов для мобильных роботов. Инженеры, опираясь на свой опыт работы с редукторами приводов промышленных роботов, приходят к неверным техническим характеристикам. Внешнее сходство (оба являются компактными, прецизионными редукторами с сервоприводом) скрывает пять фундаментальных различий в технических характеристиках, которые приводят к неправильному выбору, если критерии приводов роботов применяются непосредственно к приводам AGV.

Самый важный вывод из этого сравнения: степень люфта нет Это основная техническая характеристика редукторов ведущих колес AGV. Редуктор ведущего колеса AGV с люфтом P0 ≤1 угловой минуты все равно приведет к сходу AGV с рельсов, если два ведущих колеса имеют разные передаточные числа — даже разница в передаточных числах в 0,01% приводит к видимому смещению траектории на участке движения длиной 10 метров. Точность согласования передаточных чисел между двумя редукторами ведущего колеса имеет гораздо большее значение для управления траекторией AGV, чем индивидуальный люфт.

Выходной крутящий момент редуктора ведущего колеса автоматизированной транспортной системы (AGV) состоит из трех компонентов: момента сопротивления качению, момента наклона и момента ускорения. В отличие от шарниров промышленных роботов, где преобладают вес манипулятора и силы резания, крутящий момент привода AGV в основном определяется общей массой транспортного средства (шасси AGV + полезная нагрузка) и состоянием поверхности пола.

Обратите внимание, что в этом примере момент ускорения (17,5 Н·м) преобладает над сопротивлением качению (5,15 Н·м) — потому что автоматизированные мобильные роботы (AMR) в электронной коммерции разгоняются агрессивно (0,5 м/с²) для поддержания производительности. Для автоматизированных транспортных средств (AGV) в автомобильной промышленности, которые разгоняются плавно (0,1 м/с²), но перевозят более тяжелые грузы, преобладают сопротивление качению и наклон. Всегда рассчитывайте все три компонента; никогда не оценивайте по одному параметру.

Тип AGV → Выбор крутящего момента привода и серии

Для любой автоматизированной транспортной системы с планетарным редуктором и дифференциальным приводом — наиболее распространенной конфигурации навигации в Корее — основным навигационным фактором является наличие двух независимо приводимых в движение колес по обе стороны от центральной оси транспортного средства, причем разница скоростей вращения этих колес обеспечивает поворот. Для прямолинейного движения оба колеса должны вращаться с определенной скоростью. точно та же скорость. Любая постоянная разница в скорости между двумя ведущими колесами, вызванная несоответствием передаточных чисел двух редукторов, приводит к систематической кривой траектории, которую навигационная система должна постоянно корректировать.

Количественная зависимость между несоответствием передаточных чисел редуктора и дрейфом траектории выводится геометрически. Если левое колесо движется со скоростью v_L, а правое — со скоростью v_R, то автоматизированная транспортная система (AGV) описывает дугу радиусом R = W × v_mean / (v_L – v_R), где W — ширина колеи. На участке D прямолинейного движения боковое отклонение Δy от заданной прямой траектории составляет:

Этот расчет показывает, почему компания Korea Ever-Power рекомендует заказывать пары редукторов привода AGV из одной производственной партии. У агрегатов из одной производственной партии наблюдается равномерное шлифование шестерен, что приводит к изменению передаточного отношения на ±0,005% или меньше — на порядки лучше, чем наихудший каталожный допуск ±0,1–0,5%. Когда два редуктора привода поступают из разных партий, изменение передаточного отношения между партиями может достигать 0,05–0,1%, вызывая смещение на 50–100 мм на 10 метров — этого достаточно, чтобы вызвать многократные корректировки навигации и в конечном итоге выезд за пределы полосы движения на больших расстояниях.

В отличие от традиционных промышленных роботов, работающих за защитными ограждениями, корейские автоматизированные транспортные средства (AGV) и автономные мобильные роботы (AMR) делят рабочее пространство с операторами-людьми — это определяющее архитектурное различие, благодаря которому шум становится вопросом безопасности, а не комфорта. Когда AGV приближается к оператору сзади, предупреждающим сигналом является звук его работы. Тихий AGV дает оператору больше времени, чтобы заметить приближающегося робота и отойти в сторону; шумный сигнал приближения AGV заглушается окружающим шумом оборудования.

Корейские правила охраны труда требуют, чтобы коллаборативные мобильные роботы издавали звуковой предупреждающий сигнал при приближении к людям, но при этом устанавливают предельный уровень шума на рабочем месте на уровне 85 дБ(А). Эффективный предупреждающий звук от системы привода AGV должен быть слышен на фоне окружающего шума, но сам по себе не должен способствовать совокупному воздействию шума на рабочем месте, приближающемуся к нормативному пределу. Это создает расчетный диапазон: шум редуктора привода AGV должен быть достаточно низким, чтобы не способствовать накоплению окружающего шума, в то время как отдельная звуковая система предупреждения AGV обеспечивает слышимый сигнал приближения.

Для корейских больничных автоматизированных мобильных роботов (AMR), роботизированных транспортных средств (AGV) для чистых помещений фармацевтической промышленности и AMR для сборки электроники шум от привода напрямую влияет на качество рабочей среды оператора при длительной работе. Гипоидные редукторы серии EP-KF/KH EP-KF обеспечивает заметно более низкий уровень шума при работе, чем стандартный планетарный редуктор при эквивалентном крутящем моменте — изогнутая спиральная геометрия контакта распределяет нагрузку зацепления зубьев по большей площади поверхности, уменьшая пиковое воздействие зацепления и, как следствие, акустическое излучение. При измерении на расстоянии 1 м уровень шума EP-KF при эквивалентном крутящем моменте и скорости обычно на 6–8 дБ(А) ниже, чем у стандартного планетарного редуктора EP-AB.

Доступ к шарнирам промышленных роботов и редукторам станков с ЧПУ можно получить для ежегодного осмотра во время плановых остановок на техническое обслуживание. Автоматизированные транспортные средства (AGV) и автономные мобильные роботы (AMR) в корейских компаниях обычно работают 24 часа в сутки, 365 дней в году, при этом единственными запланированными остановками являются циклы зарядки аккумуляторов (для AGV с аккумуляторным питанием) или паузы зарядки, управляемые проводами. Эти паузы зарядки (обычно 15–30 минут каждые 4–8 часов) являются единственными доступными окнами для технического обслуживания — и они недостаточно продолжительны, а также не оборудованы должным образом для обслуживания редукторов.

Эта операционная реальность превращает конструкцию редуктора с герметичной смазкой из удобства в функциональное требование. Редуктор, требующий периодической повторной смазки, проверки уровня масла или осмотра уплотнений, просто несовместим с круглосуточной работой автоматизированных транспортных средств (AGV), если только весь парк не запланирован на плановое техническое обслуживание, что сводит на нет экономическую целесообразность автоматизации AGV.

Во всех планетарных редукторах Korea Ever-Power EP используется герметичная смазка, не требующая периодической замены — заводская заправка рассчитана на весь срок службы редуктора (20 000 часов работы) в нормальных условиях. При 8760 часах работы в год для круглосуточной автоматизированной транспортной системы это обеспечивает приблизительно 2,3 года бесперебойной работы без технического обслуживания на один редуктор. При 6000 часах работы в год (с учетом зарядки и простоев) срок службы редуктора увеличивается до 3,3 лет до необходимости замены.

Всенаправленные автоматизированные транспортные средства (AGV) и мобильные мобильные роботы с колесами Mecanum используют специальную ось рулевого управления, которая вращает весь приводной модуль (двигатель + редуктор + колесо) вокруг вертикальной оси, позволяя AGV двигаться в любом направлении без поворота кузова. Этот привод поворотного стола имеет иные требования, чем редуктор ведущего колеса: очень низкая скорость вращения (полный оборот за 2–5 секунд, или 0,2–0,5 об/мин), высокий крутящий момент для преодоления трения нагруженного ведущего колеса о пол и компактная осевая глубина для минимизации высоты поворотного стола внутри шасси AGV.

Планетарный редуктор с прямым углом является стандартным решением для всенаправленного управления автоматизированными транспортными средствами (AGV): двигатель устанавливается горизонтально внутри шасси AGV, а выходной вал с прямым углом приводит в движение поворотную платформу вертикально. Это устраняет необходимость в вертикальной высоте двигателя, которая потребовалась бы при использовании линейного редуктора — критически важное уменьшение габаритов для плоских AGV, предназначенных для перемещения под стеллажами.

Он Серия угловых элементов EP-ABR При i=80–100 удовлетворяет типичным требованиям поворотного стола: выходная мощность 0,3–0,8 об/мин от серводвигателя с частотой вращения 3000 об/мин при данном передаточном отношении. Люфт P1 достаточен для управления — угловое позиционирование модуля привода требует повторяемости ±2–5 угловых минут для достижения целевого курса, что вполне укладывается в возможности P1. Выходной сигнал с прямым углом размещает двигатель за пределами зоны поворотного стола, поддерживая минимальную высоту корпуса AGV.

Корейские автоматизированные транспортные средства (AGV) для производства полупроводниковых пластин, работающие в чистых помещениях класса ISO 4–6, предъявляют самые строгие требования к условиям эксплуатации редукторов в корейской промышленности. Редуктор AGV для чистых помещений должен быть спроектирован и задокументирован таким образом, чтобы демонстрировать три свойства, выходящие за рамки обычных промышленных спецификаций: низкое образование частиц, низкое газовыделение и немагнитная конструкция, если это необходимо для производства MRAM или слоев магнитной памяти.

Генерация частиц: В стандартных планетарных редукторах используются смазки, содержащие соединения, которые могут мигрировать в виде аэрозольных частиц при изменении температуры редуктора. В редукторах для чистых помещений используются перфторполиэфиры (PFPE) или эквивалентные смазочные материалы, сертифицированные для чистых помещений, со сверхнизкой скоростью образования частиц, в сочетании с герметичными корпусами, предотвращающими миграцию смазки на внешние поверхности. Компания Korea Ever-Power может предложить смазку, совместимую с чистыми помещениями, вместо стандартной противоизносной смазки для заказов AGV для полупроводниковых заводов — укажите «смазку для чистых помещений для полупроводников» при оформлении заказа.

Выделение газов: Стандартные пластмассы, используемые в уплотнениях и покрытиях редукторов, могут выделять летучие органические соединения (ЛОС) в чистых помещениях, загрязняя контролируемую атмосферу. В редукторах с противоизносными свойствами, предназначенных для чистых помещений, используются уплотнительные материалы с низким уровнем газовыделения (фторэластомер FFKM) и системы покрытий с измеренными показателями газовыделения, соответствующими спецификациям производственного цеха.

Немагнитные материалы: Для производства современных MRAM (магнитной оперативной памяти) и устройств с вращающимся моментом требуется отсутствие магнитного поля в зоне транспортировки пластин. Стандартные стальные зубчатые передачи являются ферромагнитными — в чувствительных зонах производства могут потребоваться немагнитные варианты из нержавеющей стали или алюминиевые корпуса. Обсудите это требование с компанией Korea Ever-Power при любом заказе на производство полупроводниковых автоматизированных транспортных средств (AGV), где магнитное загрязнение является проблемой для технологического процесса.

В
Наша автоматизированная транспортная система (AGV) следует указаниям магнитной ленты, но на длинных прямых участках постепенно смещается в сторону. Навигационная система постоянно корректирует траекторию, но это снижает скорость. В чем вероятная причина неисправности редуктора?

Прогрессивное смещение в одну сторону при прямолинейном движении с непрерывной коррекцией сервоприводом является классическим признаком несоответствия передаточных чисел между двумя редукторами ведущих колес. Направление смещения (всегда в одну и ту же сторону) подтверждает его систематический, а не случайный характер, что исключает неровности пола или износ колес в качестве основной причины. Измерьте фактическую выходную скорость обоих редукторов при одном и том же входном сигнале: даже разница в скорости 0,05% приводит к смещению на 5 мм на каждые 10 метров. Как рассчитано в модуле 3, это суммируется до 50 мм смещения на 100 метров — этого достаточно, чтобы вызвать частые корректировки следования по ленте, которые ограничивают достижимую скорость AGV. Решение состоит в замене обоих редукторов на подобранную пару из той же производственной партии Korea Ever-Power, с сертификатом, подтверждающим отклонение передаточного числа ≤0,01%.

В
Нужен ли редукторам привода AGV люфт P0, как шарнирам промышленных роботов?

Нет — для прямолинейного движения и навигации по плавным поворотам величина люфта не является основным параметром точности AGV. Навигационная система AGV использует одометрию от энкодеров колес и независимых датчиков положения (магнитная лента, отражатели LIDAR или QR-коды) для коррекции абсолютного положения в каждой точке опоры — люфт в редукторе привода представляет собой кратковременную ошибку реверса, которую контур навигации исправляет при следующем обновлении датчика. Люфт P1 или даже P2 достаточен для большинства применений приводных колес AGV. Люфт P0 становится актуальным только для высокоточных применений AGV, таких как загрузка/разгрузка полупроводниковых FOUP, где AGV должен позиционировать свой стыковочный порт с точностью до ±0,5 мм от фиксированной станции — в этом случае точность позиционирования на конечном этапе приближения требует люфта P0 на оси привода, используемой для точного позиционирования.

В
Можно ли использовать одну и ту же модель редуктора EP-AB как для ведущего колеса AGV, так и для оси поворотного стола?

Для варианта с прямым расположением двигателя (EP-AB) для обеих осей можно использовать кузов одного и того же размера, если требования к крутящему моменту совпадают, но требуются разные передаточные числа. Для оси ведущего колеса обычно используется передаточное число i=10–25 для достижения скорости вращения колеса 1–3 м/с от двигателя с частотой вращения 3000 об/мин при радиусе колеса 0,1–0,15 м. Для оси рулевого управления обычно используется передаточное число i=80–100 для достижения скорости вращения поворотного стола 0,3–0,5 об/мин от того же двигателя. Оба передаточных числа доступны в серии EP-AB. Для оси рулевого управления, если высота шасси ограничена, предпочтительнее использовать угловой вариант EP-ABR того же размера рамы — горизонтальное размещение двигателя уменьшает общую высоту сборки, как описано в Модуле 6. Размеры переходной пластины двигателя и размеры фланца должны быть одинаковыми для обеих осей, используя один и тот же масштаб рамы Korea Ever-Power, чтобы обеспечить стандартизацию двигателей в трансмиссии AGV.

В
Какие технические характеристики редукторов применяются к паркам автоматизированных транспортных средств (AGV), используемым на корейских предприятиях по послеуборочной переработке сельскохозяйственной продукции?

На корейских предприятиях послеуборочной обработки (сушка зерна, сортировка овощей, упаковка фруктов) часто используются автоматизированные транспортные средства (AGV) для транспортировки зерна в бункеры и подачи сырья на сортировочные линии. Как правило, на этих предприятиях поддерживается температура в зоне обработки от 5 до 25 °C — в пределах 0 °C, установленных стандартом EP-KF/KH для работы в помещении. Однако AGV могут также перемещаться по открытым площадкам между складскими зданиями и линиями обработки, где зимние температуры в Корее достигают от −5 до −10 °C. Для многозонных AGV, пересекающих открытые участки, правильными характеристиками редукторов приводных колес являются редукторы серии EP-AB (−10 °C). Для многоканального распределения электроэнергии от центральной системы привода внутри предприятия к нескольким приводам обрабатывающих головок, сельскохозяйственные конические редукторы Распределение продукции планетарного электропривода по отдельным сортировочным или конвейерным головкам — распространенная архитектура корейских предприятий по послеуборочной обработке урожая.