Forord

Utførelsen av enAutomatisert veiledet kjøretøy (AGV)eller enAutonome mobilroboter (AMR)bestemmes i stor grad av utformingen av drivsystemet. Et integrert drivsystem består av fire nøkkelkomponenter:AGV drivhjul, lavspent servomotor, girredusering, ogservodrift. Sammen bestemmer de kjøretøyets trekkraft, akselerasjon, klatreevne, posisjoneringsnøyaktighet, bevegelsesstabilitet og langsiktig driftssikkerhet.

I praktisk prosjektering er mange drivsystemproblemer ikke forårsaket av utilstrekkelig motorkraft, men av ufullstendige kjøretøydynamikkberegninger. Å velge en motor utelukkende basert på nyttelast mens man overser rullemotstand, skråningsmotstand, akselerasjonstreghet og hjul-underlag fører ofte til dårlig startytelse, motoroverbelastning, hjulglidning og redusert driftseffektivitet.

Plutools er en av Kinas ledende produsenter av mobile robotdrivsystemer, som spesialiserer seg på utvikling og produksjon avAGV-drivhjul, styrehjul, differensialdrivhjul, lavspenningsservomotorer, servodrev og integrerte drivløsninger for AGV-er og AMR-er. Ut fra omfattende ingeniørerfaring og prinsippene presentert iMekanisk designhåndbok, forklarer denne veiledningen den komplette dynamiske beregningsprosessen for valg av AGV-drivsystem, og gir praktiske referanser for ingeniører som designer-mobile robotdrivsystemer med høy ytelse.

1. AGV-kjøremotstandsanalyse

For industrielle AGV-er som opererer med hastigheter under1 m/s, kan aerodynamisk luftmotstand generelt ignoreres. Drivsystemet må først og fremst overvinne tre typer motstand:

Rullemotstand

Bakkemotstand

Akselerasjonsmotstand

Drivkraften må tilfredsstille:

Fdrive Større enn eller lik Ff + Fθ + Fa

Hvor:

Bare når den tilgjengelige trekkraften overstiger den totale kjøremotstanden, kan en AGV starte jevnt, opprettholde stabil drift og klatre sikkert i bakker.

2. Beregning av rullemotstand

Rullemotstanden genereres av den elastiske deformasjonen mellom hjulet og gulvoverflaten, noe som gjør den til den mest grunnleggende motstanden man møter under AGV-drift.

Formel

Ff=(f × G) / r

Hvor:

Typiske tekniske verdier

Teknisk tips

Noen tekniske referanser uttrykker rullemotstandskoeffisienten icentimeter (cm)istedenformeter (m). Konverter alltid enheten før beregning for å unngå feil som kan overstige 100 ganger.

3. Beregning av helningsmotstand

Industrielle AGV-er er typisk designet med en klatreevne på ca2%.

For små bakker:

sinθ ≈ tanθ ≈ helningsforhold

Derfor:

Fθ = 0.02 × G

Eksempel

For en 500 kg AGV:

Vekt av kjøretøy:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

Skråningsmotstand:

Fθ = 98.1 N

For brattere bakker bør de faktiske trigonometriske funksjonene brukes for mer nøyaktige beregninger.

4. Akselerasjonsmotstandsberegning

Hyppig akselerasjon og retardasjon genererer treghetsbelastninger som må tas i betraktning under design av drivsystem.

I følge Newtons andre lov:

Fa=M × a

Hvor:

Anbefalte verdier

Lavere akselerasjon reduserer toppbelastninger og forbedrer-driftssystemets pålitelighet på lang sikt.

5. Eksempel på beregning av kjøretøymotstand

Designparametere

Beregningsresultater

Designanbefaling

Drivsystemet skal gi en minimum trekkraft på ca499 N. I ingeniørpraksis, a20–50 % sikkerhetsmarginanbefales for å kompensere for oppstartspåvirkning, ujevne gulvforhold og-langvarig mekanisk slitasje.

6. Beregning av dreiemoment for drivhjul

Utgangsmomentet til et AGV-drivhjul oppnås etter at det nominelle motormomentet er forsterket av girkassen.

Formel

Thjul=Tmotor × i × η

Hvor:

Typisk girkasseeffektivitet

Ulike girkassetyper har betydelig forskjellig transmisjonseffektivitet. Bruk av feil effektivitetsverdi kan føre til unøyaktige dreiemomentberegninger og feil motorvalg.

7. Trekkkraftberegning av drivhjulet

Dreiemomentet fra drivhjulet kan konverteres til trekkraft ved å bruke følgende forhold:

F = T / r

Hvor:

F=trekkraft (N)

T=utgangsmoment for drivhjul (Nm)

r=hjulradius (m)

For AGV-systemer med to-drev:

Ftotal=2 × F

For multi-drivkonfigurasjoner er den totale trekkraften summen av alle drivende hjul.

Eksempel

Gitt:

Motorens nominelle dreiemoment: 0,4 Nm

Girforhold: 30

Girkassevirkningsgrad: 0,85

Hjulradius: 65 mm (0,065 m)

Da:

Utgangsmoment:

Hjul=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm

Enkelthjuls trekkraft:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

Denne parameteren bestemmer direkte om AGV kan overvinne den totale systemmotstanden.

8. Beregning av maksimal driftshastighet

Den teoretiske maksimale hastigheten til en AGV bestemmes av motorhastighet og girforhold:

V = (2 × π × r × n) / i

Hvor:

V=lineær hastighet (m/min)

r=hjulradius (m)

n=motorhastighet (rpm)

i=girforhold

Eksempel

Motorhastighet: 2500 rpm

Girforhold: 30

Hjulradius: 65 mm

V ≈ 34 m/min (≈ 0,57 m/s)

Hvis ønsket hastighet ikke oppnås, kan motorhastigheten økes eller girforholdet reduseres. Dreiemoment og trekkraft må imidlertid -verifiseres på nytt.

9. Motorkraftverifisering

Etter momentberegning skal også motoreffekt verifiseres.

Formel

P = (T × n) / 9550

Hvor:

P=effekt (kW)

T=dreiemoment (Nm)

n=hastighet (rpm)

Eksempel

Dreiemoment: 0,4 Nm

Hastighet: 2500 rpm

P ≈ 0,105 kW

Teknisk anbefaling

Momentsikkerhetsfaktor:1.2–1.5×

Strømsikkerhetsmargin:20–50%

Dette sikrer pålitelig drift under kontinuerlige-belastningsforhold.

10. Hjulvedheft og forbelastningskraftberegning

For å unngå hjulglidning må følgende betingelser være oppfylt:

μ × FN Større enn eller lik F

Slik:

FN Større enn eller lik F / μ

Hvor:

μ=friksjonskoeffisient mellom hjul og gulv

FN=normal forspenningskraft

Eksempel

Enkelthjuls trekkraft: 157 N

Friksjonskoeffisient: 0,54

Da:

FN ≈ 291 N

I praktisk design, a10 % sikkerhetsmarginanbefales, så en fjærforspenning på ca320 Nvelges for å kompensere for tretthet over tid.

Typiske friksjonskoeffisienter

11. Prosedyre for valg av AGV-drivsystem

En komplett AGV-drivsystemdesign følger vanligvis disse trinnene:

Definer kjøretøyparametere: vekt, hastighet, akselerasjon, helning, hjuldiameter

Beregn rulle-, helnings- og akselerasjonsmotstand

Oppnå total kjøremotstand

Bestem enkelthjuls trekkraft

Beregn nødvendig utgangsmoment

Velg girkasseforhold

Match lavspent servomotor

Bekreft servodrivkapasiteten

Sjekk hastighetsytelsen

Valider hjulvedheft og forspenningskraft

12. Tekniske designhensyn

I AGV-systemutvikling påvirkes drivytelsen av flere faktorer i stedet for motorkraft alene.

Viktige hensyn inkluderer:

Rullemotstandskoeffisient og friksjonskoeffisient må ikke forveksles, da de representerer forskjellige fysiske betydninger.

Girkasseeffektiviteten varierer betydelig mellom planet- og snekkegirsystemer og må ikke behandles som en konstant verdi.

Valg av motor og servodrift må ta hensyn til kontinuerlige driftssykluser, hyppige start-stoppforhold og toppbelastning.

Multi-hjulsystemer må sikre tilstrekkelig bakkekontaktkraft for å forhindre hjulslipp og posisjoneringsavvik.

Konklusjon

Utformingen av et AGV-drivsystem er ikke bare motorvalg, men en omfattende ingeniørprosess som involverer kjøretøydynamikk, mekanisk girkasse, elektrisk kontroll og systemintegrasjon.

Fra motstandsmodellering og trekkraftberegning til valg av servomotor, girkassekonfigurasjon, servodrivtilpasning og drivhjuldesign, påvirker hver parameter systemytelsen og driftssikkerheten direkte.