Conception d'un servomoteur linéaire pour AGV (véhicules à guidage automatique) ou AMR (Robots mobiles autonomes) implique des considérations telles que la précision, la compacité, l’efficacité et le contrôle dynamique. Vous trouverez ci-dessous une approche structurée pour concevoir un tel actionneur.
1. Exigences clés pour les actionneurs linéaires AGV/AMR
Besoins fonctionnels
• Capacité de charge (par exemple, 50 à 500 kg pour les mécanismes de levage/inclinaison).
• Longueur de course (généralement 100 à 500 mm pour les applications AGV).
• Vitesse et accélération (par exemple, 30 à 200 mm/s pour un fonctionnement fluide).
• Précision (±0,1 mm ou mieux pour les tâches d'alignement).
• Cycle de service (fonctionnement continu ou intermittent).
• Contraintes environnementales et opérationnelles
• Compact et léger (pour s'adapter à l'empreinte AGV/AMR).
• Faible consommation d'énergie (efficacité alimentée par batterie).
• Résistance à la poussière et à l'eau (IP54 ou supérieur pour les environnements industriels).
• Faible bruit et vibrations (pour les applications robotiques collaboratives).
2. Sélection du servomoteur linéaire
Types d'actionneurs
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Tapez |
Avantages |
Inconvénients |
Idéal pour |
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Vis à billes |
Haute précision, charge élevée |
Vitesse plus lente, coût plus élevé |
Levage, positionnement précis |
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Vis mère |
Moins cher, autobloquant |
Efficacité moindre, usure avec le temps |
Applications légères |
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Entraînement par courroie |
Haute vitesse, faible maintenance |
Force inférieure, moins précise |
Ajustements du convoyeur |
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Moteur linéaire |
Entraînement direct ultra-rapide |
Contrôle coûteux et complexe |
Tri à grande vitesse |
Pour les applications AGV/AMR, une vis à billes ou actionneur linéaire servo compact est le plus courant.
3. Sélection du moteur (servo ou pas à pas)
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Paramètre |
Servomoteur |
Moteur pas à pas |
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Précision |
Très élevé (en boucle fermée) |
Bon (boucle ouverte, peut perdre des pas) |
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Vitesse |
Élevé (3 000+ tr/min) |
Modéré (1 000 tr/min typique) |
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Couple |
Élevé à grande vitesse |
Descente à des vitesses plus élevées |
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Contrôle |
Complexe (nécessite un encodeur) |
Simple (impulsion/direction) |
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Coût |
Plus haut |
Inférieur |
Recommandation :
Servomoteur (pour haute précision, contrôle dynamique).
Moteur pas à pas (pour les applications à faible vitesse et sensibles aux coûts).
4. Considérations de conception mécanique
A. Cadre et montage
Profilé aluminium (léger, rigide).
Guides linéaires (pour un mouvement fluide, par exemple, rails THK/HIWIN).
Boîtier compact (pour s'adapter à la structure AGV).
B. Calcul de la force et du couple
Force (N)=2π×Couple (Nm)×Efficacité/Plomb (m/tour)
Exemple :
Couple moteur = 5 Nm
Pas de vis à billes = 10 mm (0,01 m)
Efficacité = 90%
Force = 2π×5×0,9/0,01≈2827N (~288 kg)
C. Vitesse et régime
Vitesse linéaire (mm/s) = tr/min × avance (mm/tour)/60
Exemple :
Moteur 1500 tr/min, avance de 10 mm → 250 mm/s
5. Système de contrôle et de rétroaction
A. Contrôleur de mouvement
PLC (pour les AGV industriels).
Contrôleur intégré (AMR basés sur ROS).
Servo Drive (pour un positionnement précis).
B. Capteurs
Encodeur (pour retour de servomoteur).
Fins de course (pour la détection de fin de course).
Capteur de force (si un contrôle précis de la force est nécessaire).
C. Protocole de communication
CANopen (courant dans les AGV industriels).
EtherCAT (pour le contrôle à grande vitesse).
Modbus RTU/TCP (pour des configurations plus simples).
6. Intégration avec AGV/AMR
Applications typiques
Mécanisme de levage (pour la manutention des palettes).
Plateforme basculante (pour déverser des charges).
Réglage du convoyeur (pour le chargement/déchargement).
Alignement de précision (pour l'amarrage).
Alimentation
24 V/48 V DC (standard pour les AGV).
Gestion de la batterie (modes basse consommation pour les économies d'énergie).
7. Exemple de conception
Spécifications
Charge : 200 kg
Course : 300 mm
Vitesse : 50 mm/s
Précision : ±0,05 mm
Composants
Actionneur : Vis à billes (pas de 10 mm).
Moteur : Servomoteur 400W (3 Nm, 3 000 tr/min).
Contrôleur : servomoteur EtherCAT + PLC.
Capteurs : Codeur absolu + fins de course.
8. Avantages des servomoteurs linéaires dans les AGV/AMR
✔ Haute précision (pour un amarrage précis).
✔ Économe en énergie (par rapport à la pneumatique/hydraulique).
✔ Programmable (profils adaptatifs vitesse/force).
✔ Faible entretien (aucune lubrification nécessaire).
9. Défis et solutions
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Défi |
Solution |
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Coût élevé |
Utilisez des moteurs pas à pas pour des tâches plus simples |
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Accumulation de chaleur |
Sélectionnez des vis à billes à haut rendement |
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Décharge de la batterie |
Mettre en œuvre un freinage récupératif |
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Vibrations |
Utiliser des amortisseurs ou des accouplements à faible jeu |
Conclusion
Pour les applications AGV/AMR, un servomoteur actionneur linéaire à vis à billes est idéal pour la précision, l’efficacité et la fiabilité. Les étapes clés comprennent :
• Définir les exigences en matière de charge, de vitesse et de course.
• Sélectionnez le type de moteur (servo/pas à pas) et le mécanisme d'entraînement.
• Intégration aux systèmes de contrôle de mouvement et de rétroaction.
• Assurer une construction compacte, légère et robuste.
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