伺服電機(jī)在自動(dòng)導(dǎo)引車中的優(yōu)勢(shì)
早在20世紀(jì)50年代，自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）就已應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化并提升其運(yùn)作效率的項(xiàng)目中。起初，AGV依賴地板上的電線或膠帶的引導(dǎo)來(lái)執(zhí)行任務(wù)，盡管這項(xiàng)技術(shù)至今仍在使用，但現(xiàn)在AGV已取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。如今的自動(dòng)導(dǎo)引車輛不僅更為復(fù)雜，而且功能更加強(qiáng)大。今日的機(jī)器人能夠感知環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，并通過(guò)相互通信來(lái)協(xié)同完成特定任務(wù)，甚至能夠在人群中安全作業(yè)。 AGV的外形尺寸也呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。根據(jù)工作項(xiàng)目的不同，自主機(jī)器人和車輛可以擁有各種形狀和尺寸：從用于移動(dòng)輕型物體的滑板大小的小型機(jī)器人，到能夠移動(dòng)或牽引重型機(jī)械的大型叉車式機(jī)器人。盡管這些機(jī)器人的外觀可能看似簡(jiǎn)單，但其內(nèi)部卻裝配了復(fù)雜的傳感器和電子設(shè)備，當(dāng)然還有用于提供所需運(yùn)動(dòng)的各種各樣的直流電機(jī)。 直流電機(jī)在AGV中主要的應(yīng)用是執(zhí)行驅(qū)動(dòng)和機(jī)器人轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，讓我們深入探討電機(jī)如何完成這些工作，以及哪些類型的電機(jī)能夠勝任這一角色。 
自動(dòng)駕駛汽車或機(jī)器人的一大顯著優(yōu)勢(shì)在于其自主移動(dòng)能力，這使得它們能夠依據(jù)復(fù)雜的指令將貨物從一個(gè)地點(diǎn)精準(zhǔn)的運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)。在這一過(guò)程中，精確位置控制顯得尤為重要。工程師們常選用直流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)AGV，這是因?yàn)?a href="http://www.zjhhongshangm.cn/c/servo-motors-cn03" target="_blank">伺服電機(jī)能夠提供應(yīng)用所需的精確速度和位置控制。 那么，究竟什么是伺服電機(jī)呢？“伺服”一詞用于描述一種閉環(huán)電機(jī)系統(tǒng)：該系統(tǒng)由電機(jī)、位置反饋設(shè)備（如編碼器）以及能夠處理來(lái)自電機(jī)反饋的驅(qū)動(dòng)器或控制器組成。伺服系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)反饋調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而確保AGV在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制（見(jiàn)圖1）。這種閉環(huán)控制機(jī)制確保了AGV的高效和可靠運(yùn)行，使其在物流、倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 
圖1 AGV運(yùn)動(dòng)流程 伺服電機(jī)具有多樣化的類型、形狀和尺寸。舉例來(lái)說(shuō)，配備相應(yīng)反饋裝置和控制器或驅(qū)動(dòng)器的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC電機(jī)）即可視為伺服電機(jī)的一種，而配備類似設(shè)置的混合步進(jìn)電機(jī)同樣也可歸入伺服電機(jī)的范疇。盡管這兩種電機(jī)類型在外觀和特性上似乎截然不同，但它們均符合伺服電機(jī)的定義。因此，“伺服”這一術(shù)語(yǔ)并非特指某種特定的電機(jī)類型，而是用于描述一種具備特定功能的系統(tǒng)類型。這種系統(tǒng)類型通過(guò)實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制。
在電機(jī)類型的選擇上，雖然多樣化的電機(jī)為工程師提供了更多的工程靈活性，但如何在眾多類型中挑選出適合特定應(yīng)用的電機(jī)卻是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。工程師在挑選電機(jī)時(shí)，必須仔細(xì)考慮AGV設(shè)備的各項(xiàng)具體限制。這些限制包括AGV需承受的負(fù)載、運(yùn)行速度、加速和減速要求、電源類型（是有線系統(tǒng)還是電池供電系統(tǒng)）、系統(tǒng)中的可用電壓和電流強(qiáng)度、以及運(yùn)行條件如溫度、環(huán)境等因素。此外，系統(tǒng)的形狀和尺寸等也是不容忽視的因素。同時(shí)，預(yù)算需求等非機(jī)械性限制條件亦需納入考量。 盡管設(shè)計(jì)具備高精度變速箱、機(jī)械制動(dòng)器、高分辨率編碼器以及支持新通信協(xié)議的高比特率控制器的高性能電機(jī)更具吸引力，但對(duì)于某些應(yīng)用而言，這樣的解決方案可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本超出市場(chǎng)承受能力。在這些情況下，工程師需要發(fā)揮創(chuàng)造力，尋求在滿足性能要求的同時(shí)控制成本的解決方案。這可能需要權(quán)衡不同因素，如精度、成本、尺寸和功耗等，以找到符合特定應(yīng)用需求的電機(jī)類型。
AGV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中明顯的限制是推動(dòng)AGV前進(jìn)所需速度下的最小扭矩。在這種情況下，輕型機(jī)器人可能比重型機(jī)器人有更多的選擇。例如，輕型AGV可以使用簡(jiǎn)單的混合步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這種情況下，甚至可能不需要完全閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的位置可以在沒(méi)有位置反饋裝置的情況下精確控制，使得此類系統(tǒng)極其經(jīng)濟(jì)。 在AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大的限制通常是在特定速度下推動(dòng)AGV前進(jìn)所需的最小扭矩。因此，輕型機(jī)器人相較于重型機(jī)器人，在電機(jī)類型的選擇上擁有更多的靈活性。例如，對(duì)于輕型AGV，簡(jiǎn)單的混合步進(jìn)電機(jī)便足以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這種情況下，甚至可能無(wú)需采用完全閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的位置即便沒(méi)有位置反饋裝置也能實(shí)現(xiàn)精確控制，這使得此類系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)性。 然而，對(duì)于大型機(jī)器人而言，工程師們可能會(huì)傾向于選擇更為傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC電機(jī)）作為驅(qū)動(dòng)裝置。與混合步進(jìn)電機(jī)相比，BLDC電機(jī)通常能提供更大的扭矩，特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。此外，BLDC電機(jī)還能實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)、更安靜的運(yùn)動(dòng)。但要實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，則需配備位置反饋裝置。因此，那些采用BLDC電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的AGV，幾乎都會(huì)采用伺服系統(tǒng)，以確保精確而可靠的運(yùn)動(dòng)控制。
直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即無(wú)需變速箱或驅(qū)動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，雖然簡(jiǎn)單且成本效益高，但并非在所有情況下都可行或?qū)嵱谩１热纾姍C(jī)可能因其體積或重量而無(wú)法適應(yīng)特定的應(yīng)用場(chǎng)景。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常致力于減小設(shè)備的整體尺寸，因此電機(jī)的尺寸也應(yīng)與車輛相協(xié)調(diào)。在某些情況下，由于應(yīng)用環(huán)境的尺寸限制，即使電機(jī)的包絡(luò)線數(shù)量符合要求，也可能無(wú)法提供所需的扭矩量。
為解決這種情況，一種有效的解決方法是在電機(jī)上配備變速箱，以倍增其扭矩輸出。電機(jī)可以與具有不同傳動(dòng)比的變速箱相匹配，從而實(shí)現(xiàn)扭矩的顯著增長(zhǎng)，如10倍、20倍甚至50倍或更多。然而，需要注意的是，扭矩的增加通常會(huì)以相同倍數(shù)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速。盡管如此，工程師通常能夠通過(guò)選擇合適的變速箱與電機(jī)組合，在特定速度下達(dá)到所需的扭矩平衡，同時(shí)相較于直接驅(qū)動(dòng)配置，能夠減小系統(tǒng)的整體尺寸和重量。 然而，在特定速度下達(dá)到所需的扭矩僅僅是挑戰(zhàn)的一部分。在實(shí)際應(yīng)用中，還需綜合考慮其他因素，如電機(jī)的效率、可靠性、維護(hù)成本等，以確保整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到優(yōu)秀。
移動(dòng)性是AGV的核心特征。盡管部分AGV采用外部供電方式，但通常情況下不能選擇連接電源，所以多數(shù)AGV系統(tǒng)均依賴電池供電。然而，對(duì)電池電源的依賴可能為工程師帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。首先，整個(gè)系統(tǒng)的功率通常受到限制，即用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓或電流強(qiáng)度存在上限；其次，系統(tǒng)需進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的電池效率，從而減少電機(jī)消耗的功率。閉環(huán)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具備高效性，因其能夠調(diào)節(jié)功率輸入，僅提供執(zhí)行任務(wù)所需的功率，但是，閉環(huán)系統(tǒng)通常僅是解決方案的一部分，另一部分則需要電機(jī)的全面優(yōu)化。 現(xiàn)成的電機(jī)往往具備寬泛的性能設(shè)計(jì)，適用于多種通用應(yīng)用或原型設(shè)計(jì)場(chǎng)景。然而，這并不意味著它們能在所有特定應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異效率。多數(shù)應(yīng)用都有其特定的速度和扭矩運(yùn)行范圍。當(dāng)這些目標(biāo)范圍明確時(shí)，工程師可以通過(guò)多種方法優(yōu)化電機(jī)的繞組設(shè)計(jì)，以確保在特定的運(yùn)行條件和功率輸入限制下實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能。
在繞制定子的過(guò)程中，諸多變量共同影響著電機(jī)的性能特性。這些變量包括電線規(guī)格、絕緣層厚度、每個(gè)線圈的匝數(shù)、漆包線的張力等，這些因素均對(duì)電機(jī)的性能特征產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。精確的繞組配方將決定電機(jī)所能承受的電流強(qiáng)度、每極的充放電速率以及磁通量的強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，這也是為什么我們可以擁有眾多堆疊長(zhǎng)度相同、采用相同定子和轉(zhuǎn)子組件的電機(jī)，但其性能卻可能存在顯著差異。繞組設(shè)計(jì)是決定電機(jī)所能達(dá)到扭矩和速度的關(guān)鍵所在。 電池供電設(shè)備所使用的完全優(yōu)化電機(jī)，其優(yōu)勢(shì)是在針對(duì)特定速度/扭矩目標(biāo)下，其功率消耗相比現(xiàn)成的電機(jī)更低，功耗的減少不僅意味著單次充電能夠延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，也是在保持性能的同時(shí)，減小電池組尺寸（進(jìn)而減小整體系統(tǒng)尺寸和降低成本）的可能性。 無(wú)論您是制造自動(dòng)導(dǎo)引車還是自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，鳴志可以為您提供一站式電機(jī)購(gòu)買的平臺(tái)。我們生產(chǎn)定制AGV產(chǎn)品和混合步進(jìn)電機(jī)、BLDC等。我們的工程師團(tuán)隊(duì)將幫助您找到適合您的應(yīng)用適合的電機(jī)。
自動(dòng)駕駛汽車或機(jī)器人的一大顯著優(yōu)勢(shì)在于其自主移動(dòng)能力，這使得它們能夠依據(jù)復(fù)雜的指令將貨物從一個(gè)地點(diǎn)精準(zhǔn)的運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)。在這一過(guò)程中，精確位置控制顯得尤為重要。工程師們常選用直流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)AGV，這是因?yàn)?a href="http://www.zjhhongshangm.cn/c/servo-motors-cn03" target="_blank">伺服電機(jī)能夠提供應(yīng)用所需的精確速度和位置控制。 那么，究竟什么是伺服電機(jī)呢？“伺服”一詞用于描述一種閉環(huán)電機(jī)系統(tǒng)：該系統(tǒng)由電機(jī)、位置反饋設(shè)備（如編碼器）以及能夠處理來(lái)自電機(jī)反饋的驅(qū)動(dòng)器或控制器組成。伺服系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)反饋調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而確保AGV在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制（見(jiàn)圖1）。這種閉環(huán)控制機(jī)制確保了AGV的高效和可靠運(yùn)行，使其在物流、倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 圖1 AGV運(yùn)動(dòng)流程 伺服電機(jī)具有多樣化的類型、形狀和尺寸。舉例來(lái)說(shuō)，配備相應(yīng)反饋裝置和控制器或驅(qū)動(dòng)器的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC電機(jī)）即可視為伺服電機(jī)的一種，而配備類似設(shè)置的混合步進(jìn)電機(jī)同樣也可歸入伺服電機(jī)的范疇。盡管這兩種電機(jī)類型在外觀和特性上似乎截然不同，但它們均符合伺服電機(jī)的定義。因此，“伺服”這一術(shù)語(yǔ)并非特指某種特定的電機(jī)類型，而是用于描述一種具備特定功能的系統(tǒng)類型。這種系統(tǒng)類型通過(guò)實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制。在電機(jī)類型的選擇上，雖然多樣化的電機(jī)為工程師提供了更多的工程靈活性，但如何在眾多類型中挑選出適合特定應(yīng)用的電機(jī)卻是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。工程師在挑選電機(jī)時(shí)，必須仔細(xì)考慮AGV設(shè)備的各項(xiàng)具體限制。這些限制包括AGV需承受的負(fù)載、運(yùn)行速度、加速和減速要求、電源類型（是有線系統(tǒng)還是電池供電系統(tǒng)）、系統(tǒng)中的可用電壓和電流強(qiáng)度、以及運(yùn)行條件如溫度、環(huán)境等因素。此外，系統(tǒng)的形狀和尺寸等也是不容忽視的因素。同時(shí)，預(yù)算需求等非機(jī)械性限制條件亦需納入考量。 盡管設(shè)計(jì)具備高精度變速箱、機(jī)械制動(dòng)器、高分辨率編碼器以及支持新通信協(xié)議的高比特率控制器的高性能電機(jī)更具吸引力，但對(duì)于某些應(yīng)用而言，這樣的解決方案可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本超出市場(chǎng)承受能力。在這些情況下，工程師需要發(fā)揮創(chuàng)造力，尋求在滿足性能要求的同時(shí)控制成本的解決方案。這可能需要權(quán)衡不同因素，如精度、成本、尺寸和功耗等，以找到符合特定應(yīng)用需求的電機(jī)類型。
AGV 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中明顯的限制是推動(dòng)AGV前進(jìn)所需速度下的最小扭矩。在這種情況下，輕型機(jī)器人可能比重型機(jī)器人有更多的選擇。例如，輕型AGV可以使用簡(jiǎn)單的混合步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這種情況下，甚至可能不需要完全閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的位置可以在沒(méi)有位置反饋裝置的情況下精確控制，使得此類系統(tǒng)極其經(jīng)濟(jì)。 在AGV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大的限制通常是在特定速度下推動(dòng)AGV前進(jìn)所需的最小扭矩。因此，輕型機(jī)器人相較于重型機(jī)器人，在電機(jī)類型的選擇上擁有更多的靈活性。例如，對(duì)于輕型AGV，簡(jiǎn)單的混合步進(jìn)電機(jī)便足以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這種情況下，甚至可能無(wú)需采用完全閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的位置即便沒(méi)有位置反饋裝置也能實(shí)現(xiàn)精確控制，這使得此類系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)性。 然而，對(duì)于大型機(jī)器人而言，工程師們可能會(huì)傾向于選擇更為傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC電機(jī)）作為驅(qū)動(dòng)裝置。與混合步進(jìn)電機(jī)相比，BLDC電機(jī)通常能提供更大的扭矩，特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。此外，BLDC電機(jī)還能實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)、更安靜的運(yùn)動(dòng)。但要實(shí)現(xiàn)精確的位置控制，則需配備位置反饋裝置。因此，那些采用BLDC電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的AGV，幾乎都會(huì)采用伺服系統(tǒng)，以確保精確而可靠的運(yùn)動(dòng)控制。
直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即無(wú)需變速箱或驅(qū)動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，雖然簡(jiǎn)單且成本效益高，但并非在所有情況下都可行或?qū)嵱谩１热纾姍C(jī)可能因其體積或重量而無(wú)法適應(yīng)特定的應(yīng)用場(chǎng)景。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常致力于減小設(shè)備的整體尺寸，因此電機(jī)的尺寸也應(yīng)與車輛相協(xié)調(diào)。在某些情況下，由于應(yīng)用環(huán)境的尺寸限制，即使電機(jī)的包絡(luò)線數(shù)量符合要求，也可能無(wú)法提供所需的扭矩量。
為解決這種情況，一種有效的解決方法是在電機(jī)上配備變速箱，以倍增其扭矩輸出。電機(jī)可以與具有不同傳動(dòng)比的變速箱相匹配，從而實(shí)現(xiàn)扭矩的顯著增長(zhǎng)，如10倍、20倍甚至50倍或更多。然而，需要注意的是，扭矩的增加通常會(huì)以相同倍數(shù)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速。盡管如此，工程師通常能夠通過(guò)選擇合適的變速箱與電機(jī)組合，在特定速度下達(dá)到所需的扭矩平衡，同時(shí)相較于直接驅(qū)動(dòng)配置，能夠減小系統(tǒng)的整體尺寸和重量。 然而，在特定速度下達(dá)到所需的扭矩僅僅是挑戰(zhàn)的一部分。在實(shí)際應(yīng)用中，還需綜合考慮其他因素，如電機(jī)的效率、可靠性、維護(hù)成本等，以確保整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到優(yōu)秀。
移動(dòng)性是AGV的核心特征。盡管部分AGV采用外部供電方式，但通常情況下不能選擇連接電源，所以多數(shù)AGV系統(tǒng)均依賴電池供電。然而，對(duì)電池電源的依賴可能為工程師帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。首先，整個(gè)系統(tǒng)的功率通常受到限制，即用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓或電流強(qiáng)度存在上限；其次，系統(tǒng)需進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的電池效率，從而減少電機(jī)消耗的功率。閉環(huán)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具備高效性，因其能夠調(diào)節(jié)功率輸入，僅提供執(zhí)行任務(wù)所需的功率，但是，閉環(huán)系統(tǒng)通常僅是解決方案的一部分，另一部分則需要電機(jī)的全面優(yōu)化。 現(xiàn)成的電機(jī)往往具備寬泛的性能設(shè)計(jì)，適用于多種通用應(yīng)用或原型設(shè)計(jì)場(chǎng)景。然而，這并不意味著它們能在所有特定應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異效率。多數(shù)應(yīng)用都有其特定的速度和扭矩運(yùn)行范圍。當(dāng)這些目標(biāo)范圍明確時(shí)，工程師可以通過(guò)多種方法優(yōu)化電機(jī)的繞組設(shè)計(jì)，以確保在特定的運(yùn)行條件和功率輸入限制下實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能。
在繞制定子的過(guò)程中，諸多變量共同影響著電機(jī)的性能特性。這些變量包括電線規(guī)格、絕緣層厚度、每個(gè)線圈的匝數(shù)、漆包線的張力等，這些因素均對(duì)電機(jī)的性能特征產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。精確的繞組配方將決定電機(jī)所能承受的電流強(qiáng)度、每極的充放電速率以及磁通量的強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，這也是為什么我們可以擁有眾多堆疊長(zhǎng)度相同、采用相同定子和轉(zhuǎn)子組件的電機(jī)，但其性能卻可能存在顯著差異。繞組設(shè)計(jì)是決定電機(jī)所能達(dá)到扭矩和速度的關(guān)鍵所在。 電池供電設(shè)備所使用的完全優(yōu)化電機(jī)，其優(yōu)勢(shì)是在針對(duì)特定速度/扭矩目標(biāo)下，其功率消耗相比現(xiàn)成的電機(jī)更低，功耗的減少不僅意味著單次充電能夠延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，也是在保持性能的同時(shí)，減小電池組尺寸（進(jìn)而減小整體系統(tǒng)尺寸和降低成本）的可能性。 無(wú)論您是制造自動(dòng)導(dǎo)引車還是自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，鳴志可以為您提供一站式電機(jī)購(gòu)買的平臺(tái)。我們生產(chǎn)定制AGV產(chǎn)品和混合步進(jìn)電機(jī)、BLDC等。我們的工程師團(tuán)隊(duì)將幫助您找到適合您的應(yīng)用適合的電機(jī)。