Четыре требования, отличающие выбор привода для автоматизированных транспортных средств (AGV) от выбора привода для обычных сервоприводов.
Автоматизированные транспортные средства и автономные мобильные роботы используют прецизионные планетарные редукторы в конфигурациях, для которых стандартные руководства по выбору сервоприводов для автоматизации не предусмотрены. Параметры, определяющие выбор привода для AGV — вес транспортного средства, целевая высота шасси, точность навигации, условия эксплуатации — в значительной степени отсутствуют в общей литературе по сервоприводам. Эти четыре различия определяют проблему выбора AGV:
Выходной вал редуктора является осью колеса — или напрямую соединен с ней. Вес транспортного средства оказывает осевую нагрузку на выходной подшипник с каждым килограммом транспортного средства и полезной нагрузки. Автоматизированная транспортная система массой 500 кг на двух ведущих колесах прикладывает осевую силу в 2452 Н на каждый выходной подшипник редуктора, что превышает осевой предел EP-ZDE-80 в 450 Н на 445%. Это наиболее часто нарушаемая спецификация в корейских конструкциях приводов AGV, и она приводит к подтеканию уплотнений и усталости подшипников, описанным в [ссылка на документ]. руководство по причинам неудач.
В низкопрофильных конструкциях AGV высота шасси между полом и грузовой платформой составляет 100–200 мм. Вертикально расположенный над колесной осью двигатель EP-ZDE-80 мощностью 400 Вт добавляет 264 мм высоты — больше, чем у большинства низкопрофильных шасси. Двигатель EP-ZDWF-80 с угловым входом, расположенный горизонтально в кузове шасси, уменьшает эту высоту до 119,5 мм на ведущей оси — экономия в 144,5 мм часто определяет, является ли конструкция шасси жизнеспособной или нет.
Автоматизированные транспортные средства с дифференциальным приводом управляются за счет вращения левого и правого колес с разной скоростью — без отдельной оси рулевого управления. Точность навигации зависит от того, чтобы оба колеса имели одинаковые передаточные числа и, что крайне важно, одинаковый люфт. Разница в люфте в 1 угловую минуту между левым и правым редукторами привода на транспортном средстве с колесной базой 500 мм приводит к боковой погрешности позиционирования в 0,7 мм на каждые 10 м перемещения — в сумме это составляет 7 мм на 100 м, что приводит к сбою при стыковке в узких проходах с допуском ±5 мм.
Области применения автоматизированных транспортных средств (AGV) и автономных мобильных роботов (AMR) варьируются от чистых полупроводниковых заводов (контролируемый воздух, отсутствие жидкостей) до цехов по производству автомобильных кузовов (брызги сварки, охлаждающая вода, мойка полов) и предприятий пищевой промышленности (ежедневная мойка под давлением 2–8 бар в соответствии с требованиями HACCP). Эти три среды требуют совершенно разных уровней защиты IP: IP54 для чистых помещений, IP65 для автомобильной и пищевой промышленности. Использование IP54 в условиях ежедневной мойки сокращает срок службы редуктора с 20 000 часов до 2000–4000 часов из-за загрязнения смазочным материалом.
Осевая сила, возникающая из-за веса транспортного средства — наиболее часто нарушаемая спецификация коробки передач для автоматизированных транспортных средств.
Когда выходной вал коробки передач является ведущим валом — напрямую или через короткую муфту — общая масса автомобиля (кузов плюс максимальная полезная нагрузка) распределяется между ведущими колесами. Каждый подшипник выходного вала коробки передач ведущего колеса несет статическую массу своей части автомобиля в виде постоянной осевой нагрузки. Это происходит в дополнение к любым динамическим осевым силам, возникающим при ускорении и замедлении, подъеме в гору или ударах колес о неровности пола.
Статический расчет выглядит следующим образом: F_axial_per_wheel = (m_vehicle + m_payload) × g / n_drive_wheels. Перед сравнением с пределом осевой силы, рассчитанным для редуктора, добавьте динамический коэффициент 1,3–1,5 для учета неровностей пола и переходных процессов ускорения.
| Класс транспортного средства | Полная масса (транспортное средство + полезная нагрузка) |
Водить машину Колеса |
Статическая осевая Сила / Колесо |
С динамическим Коэффициент ×1,4 |
Предел EP-ZDE | Правильная серия |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Легкий AMR / кобот | 80–120 кг | 2 | 390–590 С | 546–826 N | ЗДЕ-80: 450 Н ⚠ пограничный |
EP-ZDE-120 (Предел 1050 Н) |
| Платформенные автоматизированные транспортные средства (среднего размера) | 400–600 кг | 2 | 1960–2940 с. | 2744–4116 N | ZDE-160: 3000 Н ❌ Превышено 600 кг |
EP-ZDS-115 (Предел 12 000 Н) |
| Платформа AGV (тяжелая) | 800–1500 кг | 2–4 | 1960–7350 с.ш. | 2744–10290 с.ш. | Все показатели ZDE превзошли ожидания. | EP-ZDS-115 (Предел 12 000 Н) |
| Вилочный погрузчик AGV | 2000–3500 кг | 4 | 4900–8580 с.ш. | 6860–12012 с.ш. | Все показатели ZDE превзошли ожидания. | EP-ZDS-115/142 (12 000–19 000 Н) |
| Тяжелые буксировочные автоматизированные транспортные средства (AGV) | >3500 кг | 4 | >8,575 N | >12 005 N | Превосходит требования ZDS-115 | EP-ZDS-190 (Предел 28 000 Н) |
Динамический коэффициент 1,4 учитывает неровности пола (выбоины, пороги), резкие остановки и экстренное торможение. Для уличных автоматизированных транспортных средств (AGV) на неровных поверхностях используйте динамический коэффициент 1,5–2,0. Предельные значения осевой силы для EP-ZDE: 80 Н (40-рамная система), 225 Н (60-рамная система), 450 Н (80-рамная система), 1050 Н (120-рамная система), 3000 Н (160-рамная система). EP-ZDS: 12000 Н (115-рамная система), 19000 Н (142-рамная система), 28000 Н (190-рамная система).
Модель EP-ZDE-80 правильно подобрана для крутящего момента привода 200-килограммового бортового автоматизированного транспортного средства (AGV) с передаточным отношением 8:1. Выходной крутящий момент 120 Н·м находится в пределах номинального значения 50 Н·м × 8 × 0,96 = 384 Н·м. Инженер выбирает EP-ZDE-80 — и нарушение осевой нагрузки полностью игнорируется. Статическая осевая нагрузка на колесо 200-килограммового транспортного средства составляет 981 Н — более чем вдвое превышает осевой предел EP-ZDE-80 в 450 Н. В течение 2000 часов подшипниковое кольцо выходного вала изнашивается, и уплотнение выходного вала начинает подтекать смазкой. Правильным вариантом является EP-ZDE-120 (осевой предел 1050 Н) или EP-ZDS-115 (12000 Н), если транспортное средство находится в условиях мойки.
Анализ высоты шасси — почему входной разъем EP-ZDWF с квадратным фланцем и прямым углом является предпочтительным выбором для конструктора автоматизированных транспортных средств.
Высота шасси автоматизированной транспортной системы (AGV) определяет, как она взаимодействует с погрузочной инфраструктурой — высотой поддонов, уровнем конвейера и зазором под ними. Корейские логистические центры, работающие с европейскими поддонами (высота 150 мм), требуют высоты шасси AGV 80–120 мм для работы под поддонами. На корейских автомобильных заводах высота шасси AGV, расположенных вдоль производственной линии, составляет 200–300 мм для обеспечения эргономики сборки. Каждый миллиметр уменьшения высоты шасси обычно означает часы итераций проектирования конструктивных элементов, которые должны не задевать приводной механизм.
Моторный блок располагается вертикально над коробкой передач. Пол шасси должен находиться на высоте ≥264 мм над осевой линией оси.
Двигатель расположен горизонтально внутри шасси. Высота днища шасси над осью: всего 119,5 мм.
Пол грузового отсека AGV может быть опущен на 144,5 мм ниже.
Обеспечивает работу под поддоном для большинства стандартных высот поддонов.
EP-ZDWF-80: L1 = 184,5 мм (осевая глубина), L12 = 119,5 мм (высота перпендикулярно выходному валу). Двигатель выходит под углом 90° к выходной оси в горизонтальную плоскость шасси. Значения L12: ZDWF-60 = 93 мм, ZDWF-80 = 119,5 мм, ZDWF-120 = 167,5 мм, ZDWF-160 = 229 мм.
Пластины шасси AGV обычно изготавливаются методом лазерной резки из стального или алюминиевого листа. Лазерная резка позволяет получать плоские пластины с точными отверстиями для болтов, но не может обеспечить получение прецизионных круглых отверстий для крепления фланцев без дополнительной механической обработки. Квадратный фланец EP-ZDWF крепится непосредственно к плоской пластине четырьмя болтами, что исключает этап механической обработки отверстий. В серийном производстве AGV, где одна и та же конструкция шасси выпускается в количестве 50–500 единиц в год, исключение одной операции механической обработки на единицу продукции обеспечивает значительное снижение затрат.
Если конструкция шасси AGV позволяет вертикальное размещение двигателей (достаточный зазор по высоте), то встроенный EP-ZDE обеспечивает более высокую эффективность (96% против 94% для ZDWF), меньший люфт (<8 против <25–30 угловых минут) и более простую механическую компоновку. Для AGV, работающих на открытом воздухе, крупных AGV для тяжелых условий эксплуатации и любых применений, где высота шасси не является ограничивающим фактором при проектировании, предпочтительным и более экономичным вариантом является встроенный EP-ZDE-120 или EP-ZDS-115 (с классом защиты IP65).
Коэффициенты инерции автоматизированных транспортных средств — почему стандартный целевой показатель 3:1 недостижим и что делать вместо этого.
В большинстве случаев применения сервоприводов в системах автоматизации цель расчета согласования инерции состоит в выборе передаточного отношения, при котором коэффициент отраженной инерции будет ниже 3:1. Для приводных колес автоматизированных транспортных средств (AGV) и мобильных мобильных роботов (AMR) эта цель структурно недостижима для любого транспортного средства тяжелее примерно 30–40 кг, независимо от выбранного передаточного отношения. Масса транспортного средства доминирует в общем коэффициенте отраженной инерции в соотношении от 50:1 до 300:1 и более.
Поскольку целевое значение коэффициента инерции не может быть достигнуто только за счет выбора этого коэффициента, трансмиссия AGV должна быть настроена таким образом, чтобы корректно функционировать при высоких значениях коэффициента инерции. Четыре инженерных решения позволяют это осуществить:
В контроллере движения AGV замените линейные ускорения плавными S-образными профилями (с ограничением рывка). S-образное ускорение снижает пиковую потребность в крутящем моменте во время переходов скорости на 30–501 ТТ3Т, эффективно уменьшая динамическую инерционную нагрузку на подшипник редуктора во время переходных процессов ускорения.
Установите коэффициент усиления контура управления скоростью сервопривода (Kv) примерно в 0,5–0,7 раза больше значения, которое использовалось бы при инерционном соотношении 3:1. Это уменьшит полосу пропускания сервопривода и замедлит отклик, но предотвратит возбуждение низкой резонансной частоты, возникающей из-за большого несоответствия инерции. В приложениях AGV полоса пропускания осей сервоприводов ЧПУ не требуется.
При одинаковом коэффициенте инерции и нагрузке редуктор с более высоким значением Ct имеет более высокую механическую резонансную частоту. EP-ZDS-190 (Ct = 130 Н·м/угл.мин) повышает резонансную частоту в 1,8 раза по сравнению с EP-ZDE-160 (Ct = 38) при той же нагрузке. Это позволяет достичь более высокого значения Kv до возбуждения резонанса, частично компенсируя высокий коэффициент инерции.
Обычно скорость ускорения автоматизированных транспортных средств (AGV) составляет 0,3–0,8 м/с² — значительно ниже требований к ускорению промышленных роботов или станков. При таких умеренных скоростях ускорения динамический крутящий момент, возникающий из-за высокой инерции, управляем в пределах коэффициента запаса прочности редуктора без необходимости оптимизации передаточного отношения. Однако коэффициент запаса прочности (SF=2,0) все равно должен учитывать эти динамические нагрузки.
Точность навигации при дифференциальном рулевом управлении — почему люфт влево и вправо должен совпадать.
Автоматизированные транспортные средства с дифференциальным приводом — доминирующая архитектура на корейских логистических объектах — не имеют отдельного рулевого колеса. Управление осуществляется путем подачи разных скоростей на левый и правый приводные двигатели. Навигационная система предполагает одинаковые передаточные числа и характеристики люфта для обоих приводов. Любая разница в люфте между двумя устройствами создает систематическую ошибку в направлении движения при изменении направления — классическим симптомом является постепенное смещение AGV влево или вправо при подаче команды двигаться прямо после изменения направления.
| Спецификация люфта | Типичный левый-правый Разница BL |
Ошибка заголовка (Колесная база 500 мм) |
Боковое положение Ошибка / 10м |
Боковое положение Ошибка / 100 м |
Узкий проход Стыковка ±5 мм |
|---|---|---|---|---|---|
| <8 угловых минут (EP-ZDE/ZDS) | 0,8 угловых минут | 0.16′ | 0,5 мм | 5 мм | ✅ Соответствует техническим требованиям |
| <12 угловых минут (ZDE-40 2-ступенчатый) | 1,2 угловых минуты | 0.24′ | 0,7 мм | 7 мм | ⚠ Незначительный |
| <25 угловых минут (ZDWE/ZDWF) | 2,5 угловых минуты | 0.50′ | 1,5 мм | 15 мм | ❌ Неудачи |
| <30 угловых минут (ZDWE-60) | 3,0 угловых минут | 0.60′ | 1,8 мм | 18 мм | ❌ Проваливается с треском |
Предполагается, что разница BL составляет 10% от заданного максимума — типичное отклонение производственных допусков в пределах партии. Колесная база = 500 мм. Ошибка позиционирования — это суммарный дрейф, вызванный разницей люфта при каждом изменении направления. Спецификация для стыковки в узком проходе ±5 мм, типичная для автоматизированных систем хранения на стеллажах.
Серии EP-ZDWE и ZDWF имеют люфт <25–30 угловых минут из-за входного каскада конической зубчатой передачи. При таком уровне люфта даже разница между блоками 10% приводит к боковому смещению на 15 мм на 100 м, что не соответствует требованиям для стыковки в узких проходах. EP-ZDWF подходит в качестве решения для экономии высоты шасси только в том случае, если навигация обеспечивается внешней локализацией (LIDAR, QR-коды, магнитная лента), которая корректирует курс независимо от люфта трансмиссии, и AGV работает в широких проходах, где допустимый допуск навигации составляет ±15–20 мм. Для любого применения, требующего точности стыковки ±10 мм или лучше при дифференциальном рулевом управлении, следует выбирать линейные серии EP-ZDE или EP-ZDS с люфтом <8 угловых минут.
Среда развертывания автоматизированных транспортных средств (AGV) и рейтинг IP — решено семь сценариев.
Класс защиты IP для редуктора привода автоматизированной транспортной системы (AGV) определяется наихудшим вариантом воздействия окружающей среды, которому редуктор будет подвергаться в течение срока службы, а не типичными условиями ежедневной эксплуатации. AGV, работающая на складе и проводящая 991 TP3T времени в чистых проходах, но подвергающаяся ежемесячной мойке полов с помощью моек высокого давления, нуждается в степени защиты IP65, а не IP54.
Полная матрица выбора AGV и AMR серии EP
| Класс транспортного средства | Общий Масса |
Водить машину Конфигурация |
Соотношение я |
IP | Осевой Проверять |
Рекомендуется Серия EP |
Основные характеристики драйвера |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Легкий кобот AMR | <80 кг | 2WD дифференциал | 16:1 | IP54 | ZDE-80 ✅ | EP-ZDE-80 | Масса и точность |
| AMR 80–200 кг, чистый | 80–200 кг | 2WD дифференциал | 16:1 | IP54 | ZDE-120 ✅ | EP-ZDE-120 | модернизация осевого ограничения |
| Низкопрофильная плоская автоматизированная транспортная система, чистая. | 200–600 кг | 2WD, плоский | 16:1 | IP54 | ЗДС-115 ✅ | EP-ZDWF-80 + ЗДС-115 | Высота + осевая |
| Стандартная бортовая автоматизированная транспортная система (AGV), чистая. | 400–800 кг | 2WD дифференциал | 20:1 | IP54 | ЗДС-115 ✅ | EP-ZDS-115 | Основная осевая сила |
| Автоматизированные транспортные средства, автомобили/продукты питания (системы мойки) | Любой | 2WD дифференциал | 16–20:1 | IP65 | ЗДС ✅ | EP-ZDS-115/142 | Степень защиты IP65 имеет приоритет над всеми остальными. |
| Вилочный погрузчик AGV | 1500–3000 кг | 4WD | 25:1 | IP65 | ЗДС-142 ✅ | EP-ZDS-142 | Высокий осевой крутящий момент |
| Тяжелые буксировочные автоматизированные транспортные средства (AGV) | >3000 кг | 4WD | 25–40:1 | IP65 | ЗДС-190 ✅ | EP-ZDS-190 | 28 000 Н осевая нагрузка |
Контрольный список технических характеристик редуктора привода AGV — шесть параметров, которые необходимо проверить перед заказом.
Рассчитайте F_axial = (m_vehicle + m_payload) × g / n_drive_wheels × 1,4 (динамический коэффициент). Сравните с пределом осевой нагрузки серии EP. Если F_axial > предела EP-ZDE-160 (3000 Н), укажите серию EP-ZDS.
Сравните целевую высоту шасси для рядной компоновки (ZDE L1 + двигатель) и угловой компоновки (ZDWF L12). Если целевая высота < 150 мм и диаметр колеса ≤ 200 мм: для расчета необходимой высоты обязательно использование EP-ZDWF. Если целевая высота ≥ 200 мм: предпочтительнее использовать рядную компоновку EP-ZDE (лучший коэффициент аэродинамического сопротивления и эффективность).
Для стыковки в узких проходах с допуском ≤ ±10 мм: для основных колес дифференциального привода следует указывать EP-ZDE/ZDS (<8 угловых минут). EP-ZDWF (<25–30 угловых минут) допустимо только для широких проходов с внешней коррекцией локализации.
Определите наихудший сценарий воздействия жидкости во всей рабочей среде, включая сценарии технического обслуживания. Для мойки под давлением требуется степень защиты IP65 (EP-ZDS). Для чистки только внутри помещений допускается степень защиты IP54 (EP-ZDE/ZDF/ZDWF). В случае сомнений указывайте степень защиты IP65.
T_required = (F_drive + F_grade + F_accel) × r_wheel × SF. Используйте SF=2.0 для стандартного режима работы AGV. Убедитесь, что T_available = T_motor × i × η ≥ T_required. Сопоставьте с номинальным крутящим моментом серии EP при выбранном передаточном отношении.
Для автоматизированных транспортных средств с дифференциальным приводом, требующих точности навигации ≤ ±10 мм: укажите «согласованную пару» — компания Korea Ever-Power выбирает левый и правый приводные узлы из одной производственной партии с измеренным люфтом, отличающимся не более чем на 0,5 угловых минут. Четко укажите это требование в спецификации заказа.
Укажите массу вашего автоматизированного транспортного средства (AGV), полезную нагрузку, диаметр колес, целевую высоту шасси, максимальную скорость, условия эксплуатации и требования к точности навигации. Инженер-технолог компании Korea Ever-Power бесплатно предоставит полную спецификацию серии EP на корейском и английском языках для квалифицированных OEM-запросов.
Редактор: Cxm
