مقدمة
أداء انالمركبة الموجهة الآلية (AGV)أوالروبوت المتنقل المستقل (AMR)يتم تحديده إلى حد كبير من خلال تصميم نظام القيادة الخاص به. يتكون نظام القيادة المتكامل من أربعة مكونات رئيسية:عجلة القيادة AGV, محرك سيرفو منخفض الجهد, مخفض التروس، ومحرك سيرفو. وهي تحدد معًا قوة جر السيارة، والتسارع، والقدرة على التسلق، ودقة تحديد الموقع، واستقرار الحركة، والموثوقية التشغيلية على المدى الطويل-.
في الهندسة العملية، لا تنتج العديد من مشكلات نظام القيادة عن عدم كفاية قوة المحرك، ولكن عن حسابات ديناميكيات السيارة غير المكتملة. يؤدي اختيار محرك يعتمد فقط على الحمولة الصافية مع تجاهل مقاومة التدحرج، ومقاومة المنحدر، والقصور الذاتي للتسارع، والتصاق العجلة- بالأرض إلى ضعف أداء البدء، والحمل الزائد للمحرك، وانزلاق العجلة، وانخفاض كفاءة التشغيل.
تعد شركة Plutools إحدى الشركات الرائدة في الصين في مجال تصنيع أنظمة قيادة الروبوتات المحمولة، متخصصة في تطوير وإنتاجعجلات قيادة AGV، وعجلات قيادة توجيهية، وعجلات قيادة تفاضلية، ومحركات مؤازرة منخفضة الجهد، ومحركات مؤازرة، وحلول قيادة متكاملة لمركبات AGV وAMRs. بالاعتماد على الخبرة الهندسية الواسعة والمبادئ المقدمة فيدليل التصميم الميكانيكي، يشرح هذا الدليل عملية الحساب الديناميكي الكاملة لاختيار نظام محرك AGV، مما يوفر مراجع عملية للمهندسين الذين يصممون أنظمة محرك روبوت متنقلة عالية الأداء-.
1. تحليل مقاومة قيادة السيارة AGV
لمركبات AGV الصناعية التي تعمل بسرعات أقل1 m/sيمكن عمومًا تجاهل السحب الديناميكي الهوائي. يحتاج نظام القيادة في المقام الأول إلى التغلب على ثلاثة أنواع من المقاومة:
مقاومة المتداول
مقاومة المنحدر
مقاومة التسارع
يجب أن تلبي القوة الدافعة:
Fdrive أكبر من أو يساوي Ff + Fθ + Fa
أين:
| رمز | وصف | وحدة |
|---|---|---|
| Fdrive | إجمالي قوة الجر | N |
| وما يليها | مقاومة المتداول | N |
| Fθ | مقاومة المنحدر | N |
| فا | مقاومة التسارع | N |
فقط عندما يتجاوز الجر المتاح مقاومة القيادة الإجمالية، يمكن لمركبة AGV أن تبدأ بسلاسة، وتحافظ على التشغيل المستقر، وتتسلق المنحدرات بأمان.
2. حساب مقاومة التدحرج
يتم إنشاء مقاومة التدحرج من خلال التشوه المرن بين العجلة وسطح الأرض، مما يجعلها المقاومة الأساسية التي تتم مواجهتها أثناء تشغيل AGV.
صيغة
واف=(f × G) / ص
أين:
| المعلمة | وصف | وحدة |
|---|---|---|
| وما يليها | مقاومة المتداول | N |
| f | معامل مقاومة التدحرج | m |
| G | وزن السيارة | N |
| r | نصف قطر عجلة القيادة | m |
القيم الهندسية النموذجية
| حالة العجلة والأرضية | القيمة الموصى بها |
|---|---|
| عجلة بولي يوريثان + أرضية إيبوكسي | 0.0018–0.0025 |
| عجلة فولاذية | 0.0010–0.0015 |
نصيحة هندسية
بعض المراجع الهندسية تعبر عن معامل مقاومة التدحرج فيسم (سم)بدلاً منمتر (م). قم دائمًا بتحويل الوحدة قبل الحساب لتجنب الأخطاء التي قد تتجاوز 100 مرة.
3. حساب مقاومة المنحدر
عادةً ما يتم تصميم مركبات AGV الصناعية بقدرة تسلق تبلغ تقريبًا2%.
للمنحدرات الصغيرة:
الخطيئةθ ≈ tanθ ≈ نسبة الميل
لذلك:
Fθ = 0.02 × G
مثال
لمركبة AGV بوزن 500 كجم:
وزن السيارة:
G = 500 × 9.81 = 4905 N
مقاومة المنحدر:
Fθ = 98.1 N
بالنسبة للمنحدرات الأكثر انحدارًا، يجب استخدام الدوال المثلثية الفعلية لإجراء حسابات أكثر دقة.
4. حساب مقاومة التسارع
يؤدي التسارع والتباطؤ المتكرر إلى توليد أحمال قصورية يجب مراعاتها أثناء تصميم نظام القيادة.
حسب قانون نيوتن الثاني :
فا=م × أ
أين:
| المعلمة | وصف |
|---|---|
| M | كتلة السيارة (كجم) |
| a | التسارع (م/ث²) |
القيم الموصى بها
| طلب | التسارع الموصى به |
|---|---|
| الخدمات اللوجستية القياسية AGV | 0.5 m/s² |
| روبوت متنقل تعاوني | 0.2–0.3 m/s² |
يؤدي التسارع المنخفض إلى تقليل الأحمال القصوى وتحسين-وثوقية نظام القيادة على المدى الطويل.
5. مثال على حساب مقاومة المركبة
معلمات التصميم
| غرض | قيمة |
|---|---|
| كتلة السيارة | 500 كجم |
| نصف قطر عجلة القيادة | 65 ملم |
| معامل مقاومة التدحرج | 0.002 |
| أقصى المنحدر | 2% |
| تسريع | 0.5 m/s² |
نتائج الحساب
| مقاومة | نتيجة |
|---|---|
| وزن السيارة | 4905 N |
| المقاومة المتداول | 150.92 N |
| مقاومة المنحدر | 98.10 N |
| مقاومة التسارع | 250 N |
| المقاومة الشاملة | 499.02 N |
توصية التصميم
يجب أن يوفر نظام القيادة الحد الأدنى من قوة الجر تقريبًا499 N. في الممارسة الهندسية أهامش أمان 20-50%يوصى به للتعويض عن تأثير بدء التشغيل، وظروف الأرضية غير المستوية، والتآكل الميكانيكي طويل الأمد-.
6. حساب عزم دوران عجلة القيادة
يتم الحصول على عزم الدوران الناتج لعجلة القيادة AGV بعد تضخيم عزم دوران المحرك المقدر بواسطة علبة التروس.
صيغة
العجلة=Tmotor × i × η
أين:
| المعلمة | وصف |
|---|---|
| عجلة | عزم دوران عجلة القيادة (نيوتن متر) |
| تموتور | عزم دوران المحرك المقدر (نيوتن متر) |
| i | نسبة التروس |
| η | كفاءة علبة التروس |
كفاءة علبة التروس النموذجية
| نوع علبة التروس | كفاءة |
|---|---|
| علبة التروس الكوكبية | ≈0.85 |
| علبة التروس الدودية | 0.60–0.70 |
تتميز أنواع علب التروس المختلفة بكفاءات نقل مختلفة بشكل كبير. قد يؤدي استخدام قيمة كفاءة غير صحيحة إلى حسابات غير دقيقة لعزم الدوران واختيار غير مناسب للمحرك.
7. حساب قوة الجر لعجلة القيادة
يمكن تحويل عزم الدوران الناتج من عجلة القيادة إلى قوة جر باستخدام العلاقة التالية:
F = T / r
أين:
F=قوة الجر (N)
T=عزم الدوران الناتج لعجلة القيادة (نيوتن متر)
ص=نصف قطر العجلة (م)
بالنسبة لأنظمة AGV-ذات المحرك المزدوج:
إجمالي=2 × و
بالنسبة إلى تكوينات محركات الأقراص المتعددة-، فإن قوة الجر الإجمالية هي مجموع جميع العجلات الدافعة.
مثال
منح:
عزم المحرك المقدر: 0.4 نيوتن متر
نسبة التروس: 30
كفاءة علبة التروس: 0.85
نصف قطر العجلة: 65 ملم (0.065 م)
ثم:
عزم الدوران الناتج:
العجلة=0.4 × 30 × 0.85=10.2 نيوتن متر
قوة الجر لعجلة واحدة:
F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N
تحدد هذه المعلمة بشكل مباشر ما إذا كان AGV يمكنه التغلب على المقاومة الإجمالية للنظام.
8. حساب سرعة التشغيل القصوى
يتم تحديد السرعة القصوى النظرية لـ AGV من خلال سرعة المحرك ونسبة التروس:
V = (2 × π × r × n) / i
أين:
V=السرعة الخطية (م/دقيقة)
ص=نصف قطر العجلة (م)
ن=سرعة المحرك (دورة في الدقيقة)
أنا=نسبة التروس
مثال
سرعة المحرك: 2500 دورة في الدقيقة
نسبة التروس: 30
نصف قطر العجلة: 65 ملم
V ≈ 34 م / دقيقة (≈ 0.57 م / ث)
إذا لم يتم الوصول إلى السرعة المطلوبة، يمكن زيادة سرعة المحرك أو تقليل نسبة التروس. ومع ذلك، يجب إعادة التحقق من عزم الدوران وقوة الجر-وفقًا لذلك.
9. التحقق من قوة المحرك
بعد حساب عزم الدوران، يجب أيضًا التحقق من قوة المحرك.
صيغة
P = (T × n) / 9550
أين:
القدرة P=(كيلوواط)
T=عزم الدوران (نيوتن متر)
ن=السرعة (دورة في الدقيقة)
مثال
عزم الدوران: 0.4 نيوتن متر
السرعة: 2500 دورة في الدقيقة
ف ≈ 0.105 كيلو واط
توصية هندسية
عامل أمان عزم الدوران:1.2–1.5×
هامش أمان الطاقة:20–50%
وهذا يضمن التشغيل الموثوق به في ظل ظروف التحميل المستمر وذروة-.
10. التصاق العجلات وحساب قوة التحميل المسبق
لتجنب انزلاق العجلة يجب استيفاء الشرط التالي:
μ × FN أكبر من أو يساوي F
هكذا:
FN أكبر من أو يساوي F / μ
أين:
μ=معامل الاحتكاك بين العجلة والأرضية
FN=قوة التحميل المسبق العادية
مثال
قوة الجر لعجلة واحدة: 157 نيوتن
معامل الاحتكاك: 0.54
ثم:
الجبهة الوطنية ≈ 291 ن
وفي التصميم العملي أهامش أمان 10%يوصى بذلك، لذلك يتم التحميل المسبق للربيع تقريبًا320 Nتم اختياره للتعويض عن التعب مع مرور الوقت.
معاملات الاحتكاك النموذجية
| حالة السطح | μ |
|---|---|
| أرضية إيبوكسي جافة | 0.75 |
| الخرسانة الرطبة | 0.35 |
| الحصى الجاف | 0.65 |
| التربة الجافة | 0.54 |
| سطح مبلل | 0.30 |
| الجليد / الثلج | 0.25 |
11. إجراء اختيار نظام محرك AGV
عادةً ما يتبع التصميم الكامل لنظام محرك AGV الخطوات التالية:
تحديد معلمات السيارة: الوزن، السرعة، التسارع، المنحدر، قطر العجلة
حساب مقاومة التدحرج والانحدار والتسارع
الحصول على مقاومة القيادة الكاملة
تحديد قوة الجر لعجلة واحدة
حساب عزم الدوران الناتج المطلوب
حدد نسبة علبة التروس
تطابق محرك سيرفو ذو الجهد المنخفض
التحقق من سعة محرك سيرفو
التحقق من أداء السرعة
التحقق من التصاق العجلة وقوة التحميل المسبق
12. اعتبارات التصميم الهندسي
في تطوير نظام AGV، يتأثر أداء القيادة بعوامل متعددة بدلاً من قوة المحرك وحدها.
تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:
ويجب عدم الخلط بين معامل مقاومة التدحرج ومعامل الاحتكاك، حيث أنهما يمثلان معاني فيزيائية مختلفة.
تختلف كفاءة علبة التروس بشكل كبير بين أنظمة التروس الكوكبية والدودية ويجب ألا يتم التعامل معها على أنها قيمة ثابتة.
يجب أن يأخذ اختيار المحرك ومحرك المؤازرة في الاعتبار دورات العمل المستمرة، وظروف التشغيل المتكررة-والتوقف، وتأثيرات ذروة الحمل.
يجب أن تضمن أنظمة العجلات المتعددة-قوة اتصال كافية بالأرض لمنع انزلاق العجلة وانحراف موضعها.
خاتمة
إن تصميم نظام قيادة AGV لا يقتصر على مجرد اختيار المحرك، بل هو عملية هندسية شاملة تتضمن ديناميكيات السيارة، وناقل الحركة الميكانيكي، والتحكم الكهربائي، وتكامل النظام.
بدءًا من نمذجة المقاومة وحساب قوة الجر وحتى اختيار المحرك المؤازر، وتكوين علبة التروس، ومطابقة محرك المؤازرة، وتصميم عجلة القيادة، تؤثر كل معلمة بشكل مباشر على أداء النظام وموثوقية التشغيل.
