序文

のパフォーマンス無人搬送車（AGV）または自律移動ロボット（AMR）は主に駆動システムの設計によって決まります。統合ドライブ システムは 4 つの主要コンポーネントで構成されます。AGV駆動輪, 低電圧サーボモーター, 減速機、 そしてサーボドライブ。これらを総合すると、車両のトラクション、加速度、登坂能力、位置決め精度、動作の安定性、長期的な動作信頼性が決まります。-

実際のエンジニアリングでは、駆動システムの問題の多くはモーター出力の不足によって引き起こされるのではなく、不完全な車両ダイナミクス計算によって引き起こされます。転がり抵抗、傾斜抵抗、加速慣性、車輪の地面への付着力を無視して可搬質量のみに基づいてモーターを選択すると、多くの場合、始動性能の低下、モーターの過負荷、車輪の滑り、運転効率の低下につながります。

Plutools は、モバイル ロボット駆動システムの中国の大手メーカーの 1 つですの開発と生産に特化しています。AGV 駆動輪、ステアリング駆動輪、差動駆動輪、低電圧サーボ モーター、サーボ ドライブ、AGV および AMR 用統合駆動ソリューション。広範なエンジニアリング経験と、機械設計マニュアルこのガイドでは、AGV 駆動システムを選択するための完全な動的計算プロセスについて説明し、高性能モバイル ロボット駆動システムを設計するエンジニアに実践的な参考資料を提供します。{0}

1. AGV車両の走行抵抗解析

以下の速度で動作する産業用 AGV の場合1 m/s、空気力学的抵抗は通常無視できます。駆動システムは主に次の 3 種類の抵抗を克服する必要があります。

転がり抵抗

傾斜抵抗

加速抵抗

駆動力は次の条件を満たす必要があります。

Fdrive Ff + Fθ + Fa 以上

どこ：

利用可能なトラクションが総走行抵抗を超えた場合にのみ、AGV はスムーズに始動し、安定した動作を維持し、坂道を安全に登ることができます。

2. 転がり抵抗の計算

転がり抵抗は車輪と床面との弾性変形によって発生し、AGVの走行時に発生する最も基本的な抵抗です。

式

Ff=(f × G) / r

どこ：

典型的な工学値

エンジニアリングのヒント

一部のエンジニアリング参考文献では、転がり抵抗係数を次のように表しています。センチメートル (cm)の代わりにメートル(メートル)。 100 倍を超える可能性のあるエラーを避けるために、計算前に必ず単位を変換してください。

3. 傾斜抵抗の計算

産業用 AGV は通常、約 100 m の上昇能力を備えて設計されています。2%.

小さな坂道の場合:

sinθ ≈ Tanθ ≈ 傾き比

したがって：

Fθ = 0.02 × G

例

500 kg AGV の場合:

車両重量:

G = 500 × 9.81 = 4905 N

傾斜抵抗:

Fθ = 98.1 N

より急な傾斜の場合は、より正確な計算のために実際の三角関数を使用する必要があります。

4. 加速抵抗の計算

頻繁な加速と減速により慣性負荷が生成され、駆動システムの設計時に考慮する必要があります。

ニュートンの第 2 法則によれば、次のようになります。

ファ= M×a

どこ：

推奨値

加速度が低いとピーク負荷が軽減され、駆動システムの長期的な信頼性が向上します。{0}

5. 車両抵抗の計算例

設計パラメータ

計算結果

設計上の推奨事項

駆動システムは、およそ499 N。エンジニアリングの実践では、20 ～ 50% の安全マージン始動時の衝撃、床の不均一な状態、長期にわたる機械的摩耗を補償するために推奨されます。{0}}

6. 駆動輪出力トルクの計算

AGV 駆動輪の出力トルクは、モーターの定格トルクがギアボックスによって増幅された後に得られます。

式

Twheel=Tモーター × i × η

どこ：

典型的なギアボックス効率

ギアボックスのタイプが異なると、伝達効率も大きく異なります。間違った効率値を使用すると、トルク計算が不正確になり、モーターが不適切に選択される可能性があります。

7. 駆動輪の牽引力計算

駆動輪から出力されるトルクは、次の関係を使用して牽引力に変換できます。

F = T / r

どこ：

F=牽引力 (N)

T=駆動輪出力トルク (Nm)

r=車輪半径 (m)

デュアルドライブ AGV システムの場合:-

F合計=2 × F

マルチドライブ構成の場合、総牽引力はすべての駆動輪の合計です。-

例

与えられる:

モーター定格トルク：0.4Nm

ギヤ比：30

ギアボックス効率: 0.85

ホイール半径: 65 mm (0.065 m)

それから：

出力トルク:

双輪=0.4 × 30 × 0.85=10.2 Nm

単輪牽引力:

F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N

このパラメータは、AGV がシステム全体の抵抗を克服できるかどうかを直接決定します。

8. 最高使用速度の計算

AGV の理論上の最大速度は、モーターの速度とギア比によって決まります。

V = (2 × π × r × n) / i

どこ：

V=線速度 (m/分)

r=車輪半径 (m)

n=モーター速度 (rpm)

i=ギア比

例

モーター速度: 2500 rpm

ギヤ比：30

車輪半径：65mm

V ≈ 34 m/min (≈ 0.57 m/s)

必要な速度が達成できない場合は、モーターの速度を上げるか、ギア比を下げることができます。ただし、トルクと牽引力はそれに応じて再検証する必要があります。-

9. モーター出力の検証

トルク計算後は、モーター出力も検証する必要があります。

式

P = (T × n) / 9550

どこ：

P=電力 (kW)

T=トルク (Nm)

n=速度 (rpm)

例

トルク：0.4Nm

速度: 2500 rpm

P ≈ 0.105 kW

エンジニアリングに関する推奨事項

トルク安全率:1.2–1.5×

電力安全マージン:20–50%

これにより、継続的なピーク負荷条件下でも信頼性の高い動作が保証されます。{0}

10. 車輪の粘着力と予圧力の計算

車輪のスリップを回避するには、次の条件を満たす必要があります。

μ×FN F以上

したがって：

FN F / μ以上

どこ：

μ=車輪と床の間の摩擦係数

FN=通常の予荷重力

例

単輪牽引力：157N

摩擦係数：0.54

それから：

FN ≈ 291N

実用的なデザインでは、10% の安全マージンが推奨されるため、スプリングプリロードは約320 N時間の経過による疲労を補うために選択されます。

代表的な摩擦係数

11. AGV駆動システム選定手順

完全な AGV ドライブ システム設計は通常、次の手順に従います。

車両パラメータを定義: 重量、速度、加速度、勾配、車輪直径

転がり抵抗、傾斜抵抗、加速抵抗を計算する

総走行抵抗を求める

単輪牽引力の決定

必要な出力トルクの計算

ギアボックス比を選択してください

低電圧サーボモーターに適合

サーボドライブの容量を確認する

速度パフォーマンスをチェックする

ホイールの粘着力とプリロード力を検証する

12. エンジニアリング設計の考慮事項

AGV システム開発では、駆動性能はモーターの出力だけではなく、複数の要素の影響を受けます。

主な考慮事項は次のとおりです。

転がり抵抗係数と摩擦係数は異なる物理的意味を表すため、混同しないでください。

ギアボックスの効率は、遊星ギア システムとウォーム ギア システムの間で大きく異なるため、一定の値として扱うべきではありません。

モーターとサーボ ドライブの選択では、連続デューティ サイクル、頻繁な開始停止条件、ピーク負荷の影響を考慮する必要があります。

マルチホイール システムでは、車輪のスリップや位置のずれを防ぐために十分な接地力を確保する必要があります。{0}

結論

AGV 駆動システムの設計は、単なるモーターの選択ではなく、車両ダイナミクス、機械的トランスミッション、電気制御、システム統合を含む包括的なエンジニアリング プロセスです。

抵抗モデリングや牽引力の計算から、サーボ モーターの選択、ギアボックス構成、サーボ ドライブのマッチング、駆動輪の設計に至るまで、すべてのパラメーターはシステムのパフォーマンスと動作の信頼性に直接影響します。