面向 AGV 的模块化驱动系统

Posted 2021-04-27 智造商

AGV 自行小车需要一套完整的驱动方案，来提升其系统的功率密度、安全性和易用性。

本期我们来看一款来自 WITTENSTEIN，名为 iTAS 的模块化 AGV 驱动产品。

整体上看，iTAS 模块化驱动系统包含：电气驱动装置和一体化动力执行机构。 

一体化的执行机构

iTAS 的伺服执行机构是由伺服电机、螺旋式低背隙行星减速机共同组成的一个无联轴器的机电一体化驱动装置。

采用 24/48VDC 输入电压，包含 TAS 004/010/025/050 ... 等多个尺寸级别的型号；承重能力从 280 ~ 2000 kg；推力可达：连续 100～2000N / 最大380～5200N；最大速度：2.6m/s；还可以根据需要选装速度编码器，用于安全速度监控。

为了适应不同类型的应用需求，iTAS 提供了多个级别的产品套装，包括：

• “紧凑”型套装：集成安装了动态制动器，是所有套装的标准配置；

• “高级”型套装：配置了用于控制速度的编码器，或滚轮（VULKOLLAN 93° Shore A）及安装硬件，在负载较高的情况下可优化驱动轴承的负载； 

• “高性能”套装：包含了上述所有的可选配件。

simco 伺服驱动器

• 功率范围： 500 ~ 2500 W；

• 电压等级：12 ~ 60 VDC；

• 通讯接口可选：CANopen、EtherCAT with CoE、PROFINET RT/ IRT、TCP/IP、RS232；

• I/O 输入输出：4 输入 / 2 输出，可自由定义 I/O 功能；

• 可以根据接口类型使用相应的运控设备控制器，如：带 ProfiNet 端口的 PLC 或带 EtherCAT 接口嵌入式控制器；

• 防护等级：IP20 或 IP65；

• 可实现包括定位控制、回零控制、速度控制、力矩控制、同步定位控制、同步速度控制等运动控制功能；

• 集成 SIL3 等级的安全扭矩关断（STO）功能。

此外，semco 驱动器还可以针对不同的行业应用场景，增加制动控制、能量回馈、加速度传感等特殊功能，或根据需要添加产品特性，如：外部限位开关、软启动或者升降压电路来启动刹车。

图形化配置软件

软件也是 AGV 驱动系统中非常重要的组成部分。

iTAS 系统的编程采用图形化和参数化方式，无论是单轴运动、还是多轴同步动作，都只需通过 MotionGUI 软件从驱动器数据参数库中选择所需的动作类型，即可实现对 AGV 运动的编程和组态。

通过 MotionGUI 软件和 WebServer，能够实时监控车辆系统的运行状况，及时获得故障和报警提示以及数据分析结果，如：温度、扭矩、速度、故障、负载状况…等，帮助进行预防性维护和故障诊断。

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不难看出，iTAS 其实是为 AGV 制造商和设备用户提供了一种模块化的一站式 AGV 驱动系统。用户直接根据需要选用相应的 iTAS 模块，就能够完成 AGV 驱动系统的设计和集成，而无需因此花费额外的工作量。

更重要的是，由于系统结构的简化和安全性能的增加，iTAS 将有可能给 AGV 的整体性能和应用体验带来极大提升。

较高的功率密度

由于机械传动结构被简化了，减少了在中间环节上的传动损耗，这一方面提升了系统的传动效率，另一方面帮助设备减轻了的重量、缩小了体积，这些都将有助于 AGV 功率密度、承载能力的大幅提升。

例如：一套尺寸仅为 250 x 408 mm 的 iTAS 驱动单元，能够帮助 AGV 车辆达到 2.6 m/s 的额定运行速度，和高达 2 吨的承载能力。

易用性

由于所有机电传动组件，包括电机、减速机、以及量身定制的抱闸、选装速度传感器、一体化车轮...等已经被整合成在一起成为一个独立的产品，硬件元件和部件的连接环节更少，这让 AGV 系统的硬件设计和集成工作变得十分简单。

同时，图形化和参数化的编程和诊断方式将有助于降低系统配置组态的难度和软件的学习门槛。

安全性

semco 驱动器不仅具备 SIL3 等级的安全扭矩关断（STO）功能，同时还集成了加速度传感器，能够帮助在运行时动态的监控和评估车辆的负载，如：

• 分析 x、y、z 方向上的加速度值；

• 当检测到加速度值超出上限（最大值）时，系统会发出故障报警提示；

• 帮助分析车辆系统是否有碰撞或者打滑的状况；

用户能够通过 MotionGUI 软件和 WebServer，实时监控车辆系统的运行状况，及时获得故障和报警提示以及数据分析结果，如：温度、扭矩、速度、故障、负载状况…等，帮助进行预防性维护和故障诊断。

通过加装编码器选件，还能够实现对 AGV 车辆速度的监控。

成本的优化

系统结构的简化和元件数量的减少，让 AGV 的开发、集成和运行效率有机会得以提升，包括硬件、人工和时间...等在内的总体成本都可能得到优化。

图形化、参数化的参数配置界面，让 AGV 制造商将能够在较短的时间内完成运动控制任务的编程和配置，软硬件的易用性将帮助减少设备的调试时间和出错风险损失。

基于 Web 的实时报警事件及故障诊断信息提示和历史记录，能帮助实现预防性维护并缩短设备停机时间。

由于系统传动结构被简化了，因此中间环节的传动损耗也就减少了，这就提升了功率密度、传动效率，并降低了能耗成本，同时也有助于延长设备使用寿命（提升企业资产效率）。

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最后来看两个官方公布的 iTAS 应用案例：

STEERON 为医院提供的医疗用 AGV

用作医院内的物料搬运。使用了 2 台 TAS025 的 iTAS 驱动模块，不仅帮助简化了车辆结构，还实现了安全性和低功耗。

医院和护理设施对内部物流的要求是非常高的，因为车辆必须在建筑物内外的道路或通道上行驶，应对行进过程中的上、下坡度，协调电梯和自动门的动作，并与医院内人员“和平相处”。

STEERON 基于 iTAS 技术设计了一套差速驱动装置，车辆可以通过两个驱动模块之间的速度差完成对各种行驶动作的操控，如果需要的话，甚至可以在原地转身/调头。这台 AGV 最大运行速度可达 2 m/s，具备 7° 的爬坡能力，能源效率为 93％，并且可以达到超过 20 小时无需重新充电的运行周期。

对于这款 AGV 小车来说，还有一个极具挑战性的要求，就是为了能够运输四轮货箱，需要能够在货箱下面灵活移动。而最终定型的产品尺寸长 170 cm，宽近 60 cm，车高仅为 33 cm，但却能够承载重达 600 kg 的剪式升降台；除此以外，在紧凑的车体中还集成了微型激光扫描仪，超声波传感器和地面探测器等设备，用以实现车辆的路径导航和安全控制。

BeeWaTec 的小型仓储物流 AGV

用于仓储运输和货箱堆叠。使用了 iTAS 的 TAS 004 和 simco 驱动单元 （IP20）。

BeeWaTec 没有为 AGV 设计单独的驱动系统，而是完全依靠来自 iTAS 的 TAS 004 和 simco 驱动单元。电机/减速机机构直接连接到 VULKOLLAN 车轮，以确保最佳的容量利用率。每个车轮使用一个 iTAS，车辆通过两个驱动器之间的速度差进行操纵。这将为每个驱动器减少一半的负载，同时极大优化了车辆系统的尺寸。

另外，新的 Bee-Mini 紧凑型车辆的最大重量承载可达 150 公斤，这使得在车辆上使用各种物流用夹具成为可能。夹具动作可以通过分布式的 semco 伺服驱动器进行控制，借助驱动器上的数字输入和输出连接到车辆控制器，这样就省去了复杂的现场总线接口。

当然，从上面所提到的这些应用特点看，这种紧凑型、模块化 AGV 驱动系统应该还可以适用于很多其他行业，如：食品饮料、卫生制药、设备组装、邮政快递、电商...等等，篇幅关系，就不在这里一一叙述了。

以上内容纯属作者本人观点，如有吻合，纯属巧合。

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