Kata pengantar

Kinerja seorangKendaraan Berpemandu Otomatis (AGV)atau sebuahRobot Seluler Otonom (AMR)sangat ditentukan oleh desain sistem penggeraknya. Sistem penggerak terintegrasi terdiri dari empat komponen utama:roda penggerak AGV, motor servo tegangan rendah, peredam gigi, Danpenggerak servo. Keduanya menentukan traksi kendaraan, akselerasi, kemampuan pendakian, akurasi posisi, stabilitas gerakan, dan-keandalan operasional jangka panjang.

Dalam rekayasa praktis, banyak masalah sistem penggerak bukan disebabkan oleh tenaga motor yang tidak mencukupi, namun karena perhitungan dinamika kendaraan yang tidak lengkap. Memilih motor hanya berdasarkan muatan dan mengabaikan hambatan gelinding, hambatan kemiringan, inersia akselerasi, dan adhesi roda-ke tanah sering kali menyebabkan performa start yang buruk, beban berlebih pada motor, selip roda, dan berkurangnya efisiensi pengoperasian.

Plutools adalah salah satu produsen sistem penggerak robot seluler terkemuka di Tiongkok, yang mengkhususkan diri dalam pengembangan dan produksiRoda penggerak AGV, roda penggerak kemudi, roda penggerak diferensial, motor servo tegangan rendah, penggerak servo, dan solusi penggerak terintegrasi untuk AGV dan AMR. Berdasarkan pengalaman teknik yang luas dan prinsip-prinsip yang disajikan dalamManual Desain Mekanik, panduan ini menjelaskan proses penghitungan dinamis lengkap untuk pemilihan sistem penggerak AGV, memberikan referensi praktis bagi para insinyur yang merancang sistem penggerak robot seluler-performa tinggi.

1. Analisis Resistensi Mengemudi Kendaraan AGV

Untuk AGV industri yang beroperasi pada kecepatan di bawah1 m/s, gaya hambat aerodinamis umumnya dapat diabaikan. Sistem penggerak terutama perlu mengatasi tiga jenis hambatan:

Resistensi bergulir

Ketahanan lereng

Resistensi akselerasi

Kekuatan pendorong harus memenuhi:

Fdrive Lebih besar dari atau sama dengan Ff + Fθ + Fa

Di mana:

Hanya ketika traksi yang tersedia melebihi hambatan berkendara total, AGV dapat memulai dengan lancar, mempertahankan pengoperasian yang stabil, dan mendaki lereng dengan aman.

2. Perhitungan Tahanan Bergulir

Hambatan gelinding dihasilkan oleh deformasi elastis antara roda dan permukaan lantai, menjadikannya hambatan paling mendasar yang ditemui selama pengoperasian AGV.

Rumus

Ff=(f × G) / r

Di mana:

Nilai-Nilai Rekayasa yang Khas

Tip Teknik

Beberapa referensi teknik menyatakan koefisien hambatan gelinding dalamsentimeter (cm)alih-alihmeter (m). Selalu konversikan satuan sebelum penghitungan untuk menghindari kesalahan yang mungkin melebihi 100 kali.

3. Perhitungan Ketahanan Lereng

AGV Industri biasanya dirancang dengan kemampuan pendakian sekitar2%.

Untuk lereng kecil:

sinθ ≈ tanθ ≈ rasio kemiringan

Karena itu:

Fθ = 0.02 × G

Contoh

Untuk AGV 500kg:

Berat kendaraan:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

Ketahanan lereng:

Fθ = 98.1 N

Untuk lereng yang lebih curam, fungsi trigonometri sebenarnya harus digunakan agar perhitungan lebih akurat.

4. Perhitungan Resistansi Akselerasi

Akselerasi dan deselerasi yang sering menghasilkan beban inersia yang harus dipertimbangkan selama desain sistem penggerak.

Menurut Hukum Kedua Newton:

Fa=M × a

Di mana:

Nilai yang Direkomendasikan

Akselerasi yang lebih rendah mengurangi beban puncak dan meningkatkan-keandalan sistem penggerak dalam jangka panjang.

5. Contoh Perhitungan Hambatan Kendaraan

Parameter Desain

Hasil Perhitungan

Rekomendasi Desain

Sistem penggerak harus memberikan gaya traksi minimum kira-kira499 N. Dalam praktik keinsinyuran, aMargin keamanan 20–50%.disarankan untuk mengimbangi dampak saat memulai, kondisi lantai yang tidak rata, dan-keausan mekanis jangka panjang.

6. Perhitungan Torsi Keluaran Roda Penggerak

Torsi keluaran roda penggerak AGV diperoleh setelah torsi terukur motor diperkuat oleh gearbox.

Rumus

Roda=Motor × i × η

Di mana:

Efisiensi Gearbox Khas

Jenis gearbox yang berbeda memiliki efisiensi transmisi yang sangat berbeda. Penggunaan nilai efisiensi yang salah dapat mengakibatkan perhitungan torsi yang tidak akurat dan pemilihan motor yang tidak tepat.

7. Perhitungan Gaya Traksi Roda Penggerak

Output torsi dari roda penggerak dapat diubah menjadi gaya traksi menggunakan hubungan berikut:

F = T / r

Di mana:

F=gaya traksi (N)

T=torsi keluaran roda penggerak (Nm)

r=radius roda (m)

Untuk sistem AGV{0}}drive ganda:

Ftotal=2 × F

Untuk konfigurasi multi-penggerak, gaya traksi total adalah jumlah seluruh roda penggerak.

Contoh

Diberikan:

Torsi terukur motor: 0,4 Nm

Rasio roda gigi: 30

Efisiensi gearbox: 0,85

Jari-jari roda: 65 mm (0,065 m)

Kemudian:

Torsi keluaran:

Roda roda=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm

Gaya traksi roda tunggal:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

Parameter ini secara langsung menentukan apakah AGV dapat mengatasi resistansi sistem total.

8. Perhitungan Kecepatan Operasional Maksimum

Kecepatan maksimum teoritis AGV ditentukan oleh kecepatan motor dan rasio roda gigi:

V = (2 × π × r × n) / i

Di mana:

V=kecepatan linier (m/mnt)

r=radius roda (m)

n=kecepatan motor (rpm)

i=rasio roda gigi

Contoh

Kecepatan motor: 2500 rpm

Rasio roda gigi: 30

Jari-jari roda: 65 mm

V ≈ 34 m/mnt (≈ 0,57 m/s)

Jika kecepatan yang dibutuhkan tidak tercapai, kecepatan motor dapat ditingkatkan atau rasio roda gigi dikurangi. Namun, torsi dan gaya traksi harus-diverifikasi ulang.

9. Verifikasi Daya Motor

Setelah perhitungan torsi, tenaga motor juga harus diverifikasi.

Rumus

P = (T × n) / 9550

Di mana:

P=daya (kW)

T=torsi (Nm)

n=kecepatan (rpm)

Contoh

Torsi: 0,4 Nm

Kecepatan: 2500rpm

P ≈ 0,105 kW

Rekomendasi Rekayasa

Faktor keamanan torsi:1.2–1.5×

Margin keamanan daya:20–50%

Hal ini memastikan pengoperasian yang andal dalam kondisi-beban puncak dan berkelanjutan.

10. Perhitungan Gaya Adhesi dan Preload Roda

Untuk menghindari selip roda, kondisi berikut harus dipenuhi:

μ × FN Lebih besar dari atau sama dengan F

Dengan demikian:

FN Lebih besar dari atau sama dengan F / μ

Di mana:

μ=koefisien gesekan antara roda dan lantai

FN=gaya pramuat normal

Contoh

Gaya traksi roda tunggal : 157 N

Koefisien gesekan: 0,54

Kemudian:

FN ≈ 291 N

Dalam desain praktis, amargin keamanan 10%.direkomendasikan, jadi pramuat pegas kira-kira320 Ndipilih untuk mengkompensasi kelelahan dari waktu ke waktu.

Koefisien Gesekan Khas

11. Prosedur Pemilihan Sistem Penggerak AGV

Desain sistem penggerak AGV yang lengkap biasanya mengikuti langkah-langkah berikut:

Tentukan parameter kendaraan: berat, kecepatan, akselerasi, kemiringan, diameter roda

Hitung hambatan gelinding, kemiringan, dan percepatan

Dapatkan resistensi berkendara total

Tentukan gaya traksi roda tunggal

Hitung torsi keluaran yang dibutuhkan

Pilih rasio gearbox

Cocokkan motor servo tegangan rendah

Verifikasi kapasitas penggerak servo

Periksa kinerja kecepatan

Validasi daya rekat roda dan gaya pramuat

12. Pertimbangan Desain Teknik

Dalam pengembangan sistem AGV, kinerja penggerak dipengaruhi oleh banyak faktor, bukan hanya tenaga motor saja.

Pertimbangan utama meliputi:

Koefisien tahanan gelinding dan koefisien gesekan tidak boleh tertukar, karena keduanya mempunyai arti fisis yang berbeda.

Efisiensi gearbox bervariasi secara signifikan antara sistem planetary dan worm gear dan tidak boleh diperlakukan sebagai nilai konstan.

Pemilihan motor dan penggerak servo harus mempertimbangkan siklus kerja yang berkelanjutan, kondisi start{0}}berhenti yang sering, dan dampak beban puncak.

Sistem multi-roda harus memastikan gaya kontak tanah yang cukup untuk mencegah selip roda dan penyimpangan posisi.

Kesimpulan

Perancangan sistem penggerak AGV bukan sekadar pemilihan motor, namun proses rekayasa komprehensif yang melibatkan dinamika kendaraan, transmisi mekanis, kontrol kelistrikan, dan integrasi sistem.

Mulai dari pemodelan resistansi dan penghitungan gaya traksi hingga pemilihan motor servo, konfigurasi girboks, pencocokan penggerak servo, dan desain roda penggerak, setiap parameter berdampak langsung pada kinerja sistem dan keandalan operasional.