Geïntegreerde servomotoren voor mobiele robots

Mobiele robots zijn een steeds evoluerend element van Industry 4.0 en de Internet of the Things. Mobiele robots, die centraal staan in de ontwikkeling van slimme fabrieken, vervoeren materialen van de ene locatie naar de andere. Hierdoor kan fysiek personeel zich concentreren op complexere en waardevollere taken. Centrale softwaresystemen verbinden meerdere mobiele robots met elkaar. Dankzij geavanceerde AI, ondersteund door geavanceerde software en componenten, kunnen de mobiele robots ook onderling communiceren en automatisch de fysieke wereld van mensen en voorwerpen om hen heen waarnemen en erop reageren.

De belangrijkste classificaties van mobiele robots zijn Autonome Mobiele Robots (AMR) en Automatisch Geleide Voertuigen (AGV). Er bestaan veel soorten autonome en semi-autonome mobiele robots op de markt. Ongeacht het specifieke autonomieniveau zijn mobiele robots in wezen bedoeld voor het vervoer van materiaal van de ene locatie naar de andere.

Het hart van de robotbeweging wordt gevormd door elektromotoren die de hoofdaandrijfmotoren aandrijven voor de voor- en achterwaartse beweging en de besturing. Elektromotoren worden ook gebruikt voor de materiaalbehandelingsassen voor het heffen, vastklemmen en vastgrijpen van de lading tijdens het verplaatsen naar verschillende locaties.

Mobiele robots maken vaak gebruik van geborstelde DC- en AC-inductiemotoren, meestal vanwege hun lage kostprijs. Als het gaat om koppel, efficiëntie, snelheidsregeling en lange levensduur, gaat er echter niets boven een borstelloze servomotor. Borstelloze servomotoren bieden van nature een nauwkeurigere snelheidsregeling en positionering dan AC-inductiemotoren. En omdat ze geen borstels hebben die kunnen slijten, werken ze jarenlang onderhoudsvrij.

Geïntegreerde servomotoren maken ruimte vrij in compacte robotbehuizingen

De geïntegreerde servomotor is een variant van een borstelloze servomotor die aan populariteit wint in mobiele robottoepassingen, omdat hij minder ruimte inneemt en de ontwikkelingskosten beperkt blijven. Geïntegreerde servomotoren combineren de servomotor en de elektronische controller van de motor (inclusief aandrijving of versterker) in één enkele behuizing om ruimte te besparen en bekabeling te elimineren.

Integrated Servo Motor
Fig 1: Een typische geïntegreerde servomotor toont de plaats van de controller en de connectoren ten opzichte van de servomotor.

De geïntegreerde servomotor bevat gewoonlijk besturingselektronica aan de achterzijde van de motor, in de buurt van het feedbacksysteem en/of langs één zijde van de motor. Connectoren voor power, communicatie en I/O zijn ook aan de achterkant of zijkant van de motor geplaatst, meestal gegroepeerd op één oppervlak. Er is geen ander extern elektronicapakket nodig om de motor aan te drijven of te besturen. Commandosignalen van de centrale processing unit van de mobiele robot kunnen rechtstreeks worden bedraad naar de geïntegreerde servomotor.

Door een servomotor en een controller in één geïntegreerd pakket te combineren, hoeft er geen externe motorcontroller in de behuizing van de mobiele robot te worden gemonteerd. Dit bespaart kostbare ruimte waardoor de robot kleiner kan worden geproduceerd. Door de motorcontroller in de motorbehuizing te integreren, zijn er ook geen motorvoedings- en feedbackkabels meer nodig die normaal nodig zijn om de afzonderlijke servomotor met zijn externe controller te verbinden.

Integrated Servo Motor
Fig. 2: Door gebruik te maken van een geïntegreerde servomotor in plaats van een traditioneel servosysteem worden de externe motorcontroller en de voedings- en feedbackkabels voor de motor uit het systeem verwijderd.

Afhankelijk van de grootte van de servomotor kunnen kabels behoorlijk omvangrijk zijn. Door het wegwerken van deze kabels komt er extra ruimte vrij in de robot om plaats te bieden aan andere materiaalbehandelingsmechanismen, sensoren of operator-interfacecomponenten. Figuur 2 toont de ruimtebesparing van een geïntegreerde servomotor ten opzichte van een traditioneel servosysteem met afzonderlijke motor- en controller componenten.

Minder onderdelen = lagere kosten

De ontwerpcyclus van een robot vereist dat de verschillende elektromotoren, actuatoren voor materiaaltransportfuncties en andere systeemcomponenten in een krappe ruimte worden geplaatst. Door de externe motorcontroller uit de materiaallijst te halen, bespaart men ruimte en geld, aangezien geïntegreerde regelelektronica doorgaans goedkoper is dan externe motorcontrollers. Doordat men zich geen zorgen hoeft te maken over de plaatsing en bedrading van een externe motorcontroller, kunnen er tijdens het ontwikkelingsproces ook sneller ontwerpiteraties plaatsvinden.

Robotontwerpers hoeven zich minder te concentreren op de motorbesturing en kunnen meer aandacht geven aan niet-motorische systeemcomponenten. Deze logica geldt voor zowel de aandrijf- als de liftassen, aangezien ontwerpers ervoor kunnen kiezen om in de gehele robot geïntegreerde motoren te gebruiken en zo ruimte en geld te besparen op alle motorassen.

Meerdere interface-opties

De elektrische interfaces voor een geïntegreerde servomotor zijn eenvoudig en vereisen slechts drie signaaltypes:

  • 1. Gelijkstroom van de batterij.
  • 2. Commandosignalen van de centrale processing unit.
  • 3. Digitale I/O, indien nodig.
  • Lokale I/O-punten op de geïntegreerde motor zijn beschikbaar als de gebruiker discrete signalen liever rechtstreeks naar de geïntegreerde servomotor stuurt in plaats van naar de centrale processing unit. Voorbeelden hiervan zijn bedrade enable of e-stop circuits. Digitale outputs van de geïntegreerde servomotor kunnen indicatielampjes of andere bedieningsinterface-apparatuur voeden. Digitale I/O op de motoras is niet voor elk robotontwerp vereist, maar is wel beschikbaar als dat nodig is.

    De onboard controllers van geïntegreerde servomotoren hebben dezelfde besturingsinterfaces als externe motorcontrollers, waaronder CANopen-, RS-485-, Modbus- en Ethernet-aansluitingen, alsmede discrete I/O-interfaces zoals “pulse & direction”. Ongeacht de besturingsinterface blijft de vormfactor van de geïntegreerde servomotor ongewijzigd. Figuur 3 geeft een overzicht van de verschillende opties voor besturingssignalen die beschikbaar zijn voor een geïntegreerde servomotor.

    Sizes Integrated Servo Motor
    Fig. 3: De verschillende opties voor besturingssignalen veranderen niets aan de afmetingen of het gewicht van de geïntegreerde servomotor.

    Geïntegreerde motoren bieden de ontwerper van mobiele robots op vele gebieden voordelen:

    • Het aantal componenten in het systeem wordt verminderd,
    • Kabels of kabelbomen worden geëlimineerd,
    • Kostbare ruimte wordt vrijgemaakt,
    • De materiaallijst wordt vereenvoudigd,
    • Ontwerpcycli kunnen sneller worden doorlopen,
    • Er wordt geld bespaard.

    Neem contact met ons op of download de brochure voor meer informatie over de Applied Motion Product-reeks “Geïntegreerde motoren voor mobiele robots”.

    AGV en mobiele robotaandrijving met MDX geïntegreerde servomotor en planetaire tandwielkop met flensmontage.
    Download: Brochure - Geïntegreerde motoren voor mobiele robots
    Menu