伺服电机在自动导引车中的优势
早在20世纪50年代，自动导引车（AGV）就已应用于实现流程自动化并提升其运作效率的项目中。起初，AGV依赖地板上的电线或胶带的引导来执行任务，尽管这项技术至今仍在使用，但现在AGV已取得了显著的技术进步。如今的自动导引车辆不仅更为复杂，而且功能更加强大。今日的机器人能够感知环境，实现自主导航，并通过相互通信来协同完成特定任务，甚至能够在人群中安全作业。 AGV的外形尺寸也呈现出多样化趋势。根据工作项目的不同，自主机器人和车辆可以拥有各种形状和尺寸：从用于移动轻型物体的滑板大小的小型机器人，到能够移动或牵引重型机械的大型叉车式机器人。尽管这些机器人的外观可能看似简单，但其内部却装配了复杂的传感器和电子设备，当然还有用于提供所需运动的各种各样的直流电机。 直流电机在AGV中主要的应用是执行驱动和机器人转向任务。因此，让我们深入探讨电机如何完成这些工作，以及哪些类型的电机能够胜任这一角色。 
自动驾驶汽车或机器人的一大显著优势在于其自主移动能力，这使得它们能够依据复杂的指令将货物从一个地点精准的运输到另一个地点。在这一过程中，精确位置控制显得尤为重要。工程师们常选用直流伺服电机来驱动AGV，这是因为伺服电机能够提供应用所需的精确速度和位置控制。 那么，究竟什么是伺服电机呢？“伺服”一词用于描述一种闭环电机系统：该系统由电机、位置反馈设备（如编码器）以及能够处理来自电机反馈的驱动器或控制器组成。伺服系统能够实时根据反馈调整电机的运行状态，从而确保AGV在执行任务时能够实现精确的位置控制（见图1）。这种闭环控制机制确保了AGV的高效和可靠运行，使其在物流、仓储等领域具有广泛的应用前景。 
图1 AGV运动流程 伺服电机具有多样化的类型、形状和尺寸。举例来说，配备相应反馈装置和控制器或驱动器的无刷直流电机（BLDC电机）即可视为伺服电机的一种，而配备类似设置的混合步进电机同样也可归入伺服电机的范畴。尽管这两种电机类型在外观和特性上似乎截然不同，但它们均符合伺服电机的定义。因此，“伺服”这一术语并非特指某种特定的电机类型，而是用于描述一种具备特定功能的系统类型。这种系统类型通过实时反馈和调整机制，实现了对电机运行状态的精确控制。
在电机类型的选择上，虽然多样化的电机为工程师提供了更多的工程灵活性，但如何在众多类型中挑选出适合特定应用的电机却是一项挑战。工程师在挑选电机时，必须仔细考虑AGV设备的各项具体限制。这些限制包括AGV需承受的负载、运行速度、加速和减速要求、电源类型（是有线系统还是电池供电系统）、系统中的可用电压和电流强度、以及运行条件如温度、环境等因素。此外，系统的形状和尺寸等也是不容忽视的因素。同时，预算需求等非机械性限制条件亦需纳入考量。 尽管设计具备高精度变速箱、机械制动器、高分辨率编码器以及支持新通信协议的高比特率控制器的高性能电机更具吸引力，但对于某些应用而言，这样的解决方案可能会导致产品成本超出市场承受能力。在这些情况下，工程师需要发挥创造力，寻求在满足性能要求的同时控制成本的解决方案。这可能需要权衡不同因素，如精度、成本、尺寸和功耗等，以找到符合特定应用需求的电机类型。
AGV 驱动系统中明显的限制是推动AGV前进所需速度下的最小扭矩。在这种情况下，轻型机器人可能比重型机器人有更多的选择。例如，轻型AGV可以使用简单的混合步进电机作为驱动电机。在这种情况下，甚至可能不需要完全闭环系统，因为混合式步进电机的位置可以在没有位置反馈装置的情况下精确控制，使得此类系统极其经济。 在AGV驱动系统中，大的限制通常是在特定速度下推动AGV前进所需的最小扭矩。因此，轻型机器人相较于重型机器人，在电机类型的选择上拥有更多的灵活性。例如，对于轻型AGV，简单的混合步进电机便足以作为驱动电机。在这种情况下，甚至可能无需采用完全闭环系统，因为混合式步进电机的位置即便没有位置反馈装置也能实现精确控制，这使得此类系统具有经济性。 然而，对于大型机器人而言，工程师们可能会倾向于选择更为传统的无刷直流电机（BLDC电机）作为驱动装置。与混合步进电机相比，BLDC电机通常能提供更大的扭矩，特别是在高速运转时。此外，BLDC电机还能实现更平稳、更安静的运动。但要实现精确的位置控制，则需配备位置反馈装置。因此，那些采用BLDC电机作为主驱动机构的AGV，几乎都会采用伺服系统，以确保精确而可靠的运动控制。
直接驱动系统，即无需变速箱或驱动减速机构的系统，虽然简单且成本效益高，但并非在所有情况下都可行或实用。比如，电机可能因其体积或重量而无法适应特定的应用场景。工程师在设计过程中通常致力于减小设备的整体尺寸，因此电机的尺寸也应与车辆相协调。在某些情况下，由于应用环境的尺寸限制，即使电机的包络线数量符合要求，也可能无法提供所需的扭矩量。
为解决这种情况，一种有效的解决方法是在电机上配备变速箱，以倍增其扭矩输出。电机可以与具有不同传动比的变速箱相匹配，从而实现扭矩的显著增长，如10倍、20倍甚至50倍或更多。然而，需要注意的是，扭矩的增加通常会以相同倍数降低电机的转速。尽管如此，工程师通常能够通过选择合适的变速箱与电机组合，在特定速度下达到所需的扭矩平衡，同时相较于直接驱动配置，能够减小系统的整体尺寸和重量。 然而，在特定速度下达到所需的扭矩仅仅是挑战的一部分。在实际应用中，还需综合考虑其他因素，如电机的效率、可靠性、维护成本等，以确保整个系统的性能达到优秀。
移动性是AGV的核心特征。尽管部分AGV采用外部供电方式，但通常情况下不能选择连接电源，所以多数AGV系统均依赖电池供电。然而，对电池电源的依赖可能为工程师带来一些挑战。首先，整个系统的功率通常受到限制，即用于驱动电机的电压或电流强度存在上限；其次，系统需进行优化，以实现优秀的电池效率，从而减少电机消耗的功率。闭环系统在设计上具备高效性，因其能够调节功率输入，仅提供执行任务所需的功率，但是，闭环系统通常仅是解决方案的一部分，另一部分则需要电机的全面优化。 现成的电机往往具备宽泛的性能设计，适用于多种通用应用或原型设计场景。然而，这并不意味着它们能在所有特定应用中实现优异效率。多数应用都有其特定的速度和扭矩运行范围。当这些目标范围明确时，工程师可以通过多种方法优化电机的绕组设计，以确保在特定的运行条件和功率输入限制下实现优异的性能。
在绕制定子的过程中，诸多变量共同影响着电机的性能特性。这些变量包括电线规格、绝缘层厚度、每个线圈的匝数、漆包线的张力等，这些因素均对电机的性能特征产生深远影响。精确的绕组配方将决定电机所能承受的电流强度、每极的充放电速率以及磁通量的强度等关键参数，这也是为什么我们可以拥有众多堆叠长度相同、采用相同定子和转子组件的电机，但其性能却可能存在显著差异。绕组设计是决定电机所能达到扭矩和速度的关键所在。 电池供电设备所使用的完全优化电机，其优势是在针对特定速度/扭矩目标下，其功率消耗相比现成的电机更低，功耗的减少不仅意味着单次充电能够延长设备的运行时间，也是在保持性能的同时，减小电池组尺寸（进而减小整体系统尺寸和降低成本）的可能性。 无论您是制造自动导引车还是自动移动机器人，鸣志可以为您提供一站式电机购买的平台。我们生产定制AGV产品和混合步进电机、BLDC等。我们的工程师团队将帮助您找到适合您的应用适合的电机。
自动驾驶汽车或机器人的一大显著优势在于其自主移动能力，这使得它们能够依据复杂的指令将货物从一个地点精准的运输到另一个地点。在这一过程中，精确位置控制显得尤为重要。工程师们常选用直流伺服电机来驱动AGV，这是因为伺服电机能够提供应用所需的精确速度和位置控制。 那么，究竟什么是伺服电机呢？“伺服”一词用于描述一种闭环电机系统：该系统由电机、位置反馈设备（如编码器）以及能够处理来自电机反馈的驱动器或控制器组成。伺服系统能够实时根据反馈调整电机的运行状态，从而确保AGV在执行任务时能够实现精确的位置控制（见图1）。这种闭环控制机制确保了AGV的高效和可靠运行，使其在物流、仓储等领域具有广泛的应用前景。 图1 AGV运动流程 伺服电机具有多样化的类型、形状和尺寸。举例来说，配备相应反馈装置和控制器或驱动器的无刷直流电机（BLDC电机）即可视为伺服电机的一种，而配备类似设置的混合步进电机同样也可归入伺服电机的范畴。尽管这两种电机类型在外观和特性上似乎截然不同，但它们均符合伺服电机的定义。因此，“伺服”这一术语并非特指某种特定的电机类型，而是用于描述一种具备特定功能的系统类型。这种系统类型通过实时反馈和调整机制，实现了对电机运行状态的精确控制。在电机类型的选择上，虽然多样化的电机为工程师提供了更多的工程灵活性，但如何在众多类型中挑选出适合特定应用的电机却是一项挑战。工程师在挑选电机时，必须仔细考虑AGV设备的各项具体限制。这些限制包括AGV需承受的负载、运行速度、加速和减速要求、电源类型（是有线系统还是电池供电系统）、系统中的可用电压和电流强度、以及运行条件如温度、环境等因素。此外，系统的形状和尺寸等也是不容忽视的因素。同时，预算需求等非机械性限制条件亦需纳入考量。 尽管设计具备高精度变速箱、机械制动器、高分辨率编码器以及支持新通信协议的高比特率控制器的高性能电机更具吸引力，但对于某些应用而言，这样的解决方案可能会导致产品成本超出市场承受能力。在这些情况下，工程师需要发挥创造力，寻求在满足性能要求的同时控制成本的解决方案。这可能需要权衡不同因素，如精度、成本、尺寸和功耗等，以找到符合特定应用需求的电机类型。
AGV 驱动系统中明显的限制是推动AGV前进所需速度下的最小扭矩。在这种情况下，轻型机器人可能比重型机器人有更多的选择。例如，轻型AGV可以使用简单的混合步进电机作为驱动电机。在这种情况下，甚至可能不需要完全闭环系统，因为混合式步进电机的位置可以在没有位置反馈装置的情况下精确控制，使得此类系统极其经济。 在AGV驱动系统中，大的限制通常是在特定速度下推动AGV前进所需的最小扭矩。因此，轻型机器人相较于重型机器人，在电机类型的选择上拥有更多的灵活性。例如，对于轻型AGV，简单的混合步进电机便足以作为驱动电机。在这种情况下，甚至可能无需采用完全闭环系统，因为混合式步进电机的位置即便没有位置反馈装置也能实现精确控制，这使得此类系统具有经济性。 然而，对于大型机器人而言，工程师们可能会倾向于选择更为传统的无刷直流电机（BLDC电机）作为驱动装置。与混合步进电机相比，BLDC电机通常能提供更大的扭矩，特别是在高速运转时。此外，BLDC电机还能实现更平稳、更安静的运动。但要实现精确的位置控制，则需配备位置反馈装置。因此，那些采用BLDC电机作为主驱动机构的AGV，几乎都会采用伺服系统，以确保精确而可靠的运动控制。
直接驱动系统，即无需变速箱或驱动减速机构的系统，虽然简单且成本效益高，但并非在所有情况下都可行或实用。比如，电机可能因其体积或重量而无法适应特定的应用场景。工程师在设计过程中通常致力于减小设备的整体尺寸，因此电机的尺寸也应与车辆相协调。在某些情况下，由于应用环境的尺寸限制，即使电机的包络线数量符合要求，也可能无法提供所需的扭矩量。
为解决这种情况，一种有效的解决方法是在电机上配备变速箱，以倍增其扭矩输出。电机可以与具有不同传动比的变速箱相匹配，从而实现扭矩的显著增长，如10倍、20倍甚至50倍或更多。然而，需要注意的是，扭矩的增加通常会以相同倍数降低电机的转速。尽管如此，工程师通常能够通过选择合适的变速箱与电机组合，在特定速度下达到所需的扭矩平衡，同时相较于直接驱动配置，能够减小系统的整体尺寸和重量。 然而，在特定速度下达到所需的扭矩仅仅是挑战的一部分。在实际应用中，还需综合考虑其他因素，如电机的效率、可靠性、维护成本等，以确保整个系统的性能达到优秀。
移动性是AGV的核心特征。尽管部分AGV采用外部供电方式，但通常情况下不能选择连接电源，所以多数AGV系统均依赖电池供电。然而，对电池电源的依赖可能为工程师带来一些挑战。首先，整个系统的功率通常受到限制，即用于驱动电机的电压或电流强度存在上限；其次，系统需进行优化，以实现优秀的电池效率，从而减少电机消耗的功率。闭环系统在设计上具备高效性，因其能够调节功率输入，仅提供执行任务所需的功率，但是，闭环系统通常仅是解决方案的一部分，另一部分则需要电机的全面优化。 现成的电机往往具备宽泛的性能设计，适用于多种通用应用或原型设计场景。然而，这并不意味着它们能在所有特定应用中实现优异效率。多数应用都有其特定的速度和扭矩运行范围。当这些目标范围明确时，工程师可以通过多种方法优化电机的绕组设计，以确保在特定的运行条件和功率输入限制下实现优异的性能。
在绕制定子的过程中，诸多变量共同影响着电机的性能特性。这些变量包括电线规格、绝缘层厚度、每个线圈的匝数、漆包线的张力等，这些因素均对电机的性能特征产生深远影响。精确的绕组配方将决定电机所能承受的电流强度、每极的充放电速率以及磁通量的强度等关键参数，这也是为什么我们可以拥有众多堆叠长度相同、采用相同定子和转子组件的电机，但其性能却可能存在显著差异。绕组设计是决定电机所能达到扭矩和速度的关键所在。 电池供电设备所使用的完全优化电机，其优势是在针对特定速度/扭矩目标下，其功率消耗相比现成的电机更低，功耗的减少不仅意味着单次充电能够延长设备的运行时间，也是在保持性能的同时，减小电池组尺寸（进而减小整体系统尺寸和降低成本）的可能性。 无论您是制造自动导引车还是自动移动机器人，鸣志可以为您提供一站式电机购买的平台。我们生产定制AGV产品和混合步进电机、BLDC等。我们的工程师团队将帮助您找到适合您的应用适合的电机。