Como escolher os motores de acionamento apropriados para veículos autônomos

Fazendo a transição da representação de máquinas automatizadas de Hollywood, de personagens como Bruce Dern em Silent Running, Arnold Schwarzenegger na série Terminator e Will Smith em I Robot

Assistimos agora ao surgimento de máquinas do mundo real preparadas para revolucionar vários setores. Ao contrário dos seus homólogos fictícios, estas máquinas são concebidas para servir propósitos práticos e aumentar as capacidades humanas, em vez de nos subjugar. Com um fluxo crescente de máquinas móveis inteligentes no mercado, projetadas especificamente para auxiliar ou mesmo substituir humanos em uma ampla gama de tarefas.

Não é surpresa que os investigadores da Universidade de Oxford prevejam que cerca de 47% dos empregos nos EUA poderão tornar-se automatizados nas próximas duas décadas. Para ajudar os engenheiros na seleção de acionamentos adequados para alimentar seus veículos automatizados, compilamos o seguinte guia completo.

Veículos Automatizados: Simplificando a Vida

A convergência de tecnologias avançadas, incluindo baterias melhoradas, motores eficientes, GPS, RFID, sistemas de orientação a laser e microcontroladores poderosos, abriu o caminho para o desenvolvimento de veículos automatizados cada vez mais capazes.

Embora os robôs fixos na fabricação já existam há algum tempo, o que diferencia os avanços mais recentes é a disponibilidade de veículos robóticos móveis menores e econômicos e de máquinas auxiliares. Essas inovações são projetadas para lidar com tarefas mundanas, repetitivas, dispendiosas e perigosas tradicionalmente executadas por seres humanos. Alguns exemplos incluem:

1. Limpeza
2. Elevação
3. Empilhamento
4. Carrinho
5. Transporte
6. Eliminação de bombas

Em cenários como operações de armazém, a implementação de robôs pode produzir melhorias notáveis na produtividade, ultrapassando os 800 por cento. Esta melhoria significativa pode ser atribuída à capacidade dos robôs de se moverem rapidamente sem sentir fadiga, juntamente com a eliminação de erros humanos através de sistemas automatizados.

Motores elétricos: alimentando veículos automatizados

Quando se trata de veículos movidos a eletricidade, sua capacidade de movimento depende da utilização de um motor elétrico, normalmente conectado a uma ou mais rodas motrizes ou esteiras por meio de um trem de engrenagens. Esses veículos dependem principalmente de baterias como fonte de energia, e alguns possuem inteligência para procurar estações de carregamento de forma autônoma quando necessário.

O mercado para estes veículos está em constante expansão, prevendo-se que o setor global de robótica móvel cresça 12,6% até 2019. Este crescimento pode ser atribuído a uma combinação de avanços tecnológicos e à crescente preferência por práticas ambientalmente conscientes e eficientes adotadas pelas equipas de gestão da indústria. .

Existem vários termos usados para descrever esses veículos, incluindo:

1. AGVs (veículos guiados automaticamente)
2. AGCs (carrinhos guiados automaticamente)
3. Veículos de carga unitária
4. Carrinhos elétricos
5. Rebocadores
6. Empurradores

Independentemente da nomenclatura utilizada, estes veículos partilham características comuns: mobilidade, inteligência (em muitos casos), autonomia semi ou total e, muitas vezes, propulsão elétrica.

Noções básicas sobre cargas de veículos e sistemas de direção

O mercado de veículos projetados para movimentar cargas de até 10.000 libras. (4.500 kg) atualmente excede $750 milhões. No entanto, quando restringimos o mercado por capacidade de carga, estudos anteriores segregaram veículos de carga unitária em 10.000 libras. (4.500 kg) ou menos, deixando as cargas mais pesadas para os fabricantes de empilhadeiras.

Nesta discussão, nos concentramos em veículos projetados especificamente para lidar com cargas de até 10.000 libras. (4.500kg). Essas máquinas variam em complexidade, desde simples robôs de manuseio de materiais que podem custar menos de $1.000 até AGVs totalmente automatizados com capacidades programáveis que podem exceder $50.000. No entanto, mesmo dentro desta faixa de carga, considerando as diversas cargas de trabalho que normalmente são gerenciadas por uma ou algumas pessoas, uma faixa de 100 libras. (45 kg) a 10.000 libras. (4.500 kg) é muito largo.

Tarefas como movimentação de materiais no canteiro de obras, manuseio de produtos em estoque, transporte e manuseio de pacientes hospitalares, entrega de refeições/roupas de cama/medicamentos e movimentação de equipamentos pesados de diagnóstico geralmente estão dentro da capacidade de carga de veículos com capacidade de até aproximadamente 2.000 libras. (900kg).

Nesta classe de carga, exploraremos veículos movidos a eletricidade e examinaremos especificamente os sistemas de propulsão neles utilizados, incluindo sistemas de tração totalmente integrados.

Escolhendo o Projeto Apropriado para Propulsão de Veículos Elétricos

Quando se trata de projeto de propulsão de veículos elétricos, há duas abordagens principais a serem consideradas.

• Obtendo eficiências superiores a 80%, o que é crucial para veículos movidos a bateria.
• Permitindo designs mais compactos e com economia de espaço em comparação com abordagens alternativas.
• Oferecendo a melhor solução para baixo ruído audível devido ao design de acionamento direto.

No entanto, as soluções de tração direta nas rodas ainda enfrentam desafios. Os motores de alto torque necessários são geralmente mais caros que os motores elétricos tradicionais e podem até superar o custo de uma combinação de motor e transmissão que ofereça o mesmo desempenho. Além disso, como o motor integrado na roda está exposto ao mesmo ambiente que a própria roda, devem ser tomadas medidas de proteção adequadas durante o processo de engenharia.

Projetos fora da roda

Os projetos fora das rodas, que envolvem um ou mais motores elétricos que transmitem potência às rodas motrizes por meio de um sistema de transmissão, são atualmente mais prevalentes do que os projetos nas rodas. Os sistemas de transmissão comumente usados incluem sistemas de correias e polias, mecanismos de corrente e roda dentada, bem como vários tipos de caixas de engrenagens. Alguns projetos incorporam até uma combinação desses métodos de transmissão.

A vantagem mecânica do sistema de transmissão reduz o torque necessário do motor enquanto aumenta sua velocidade proporcionalmente. Isto permite a utilização de um motor elétrico mais econômico, embora as economias possam ser compensadas pelas despesas associadas ao sistema de transmissão ao comparar soluções fora da roda com engrenagens com alternativas de tração direta nas rodas.

Os designs fora da roda oferecem várias vantagens em relação aos designs dentro da roda:

1. Mais flexibilidade no tamanho e configuração da embalagem devido à ausência de restrições de espaço impostas pelos designs nas rodas.
2. A possibilidade de usar rodas de menor diâmetro, em oposição aos motores de acionamento direto que normalmente determinam o tamanho das rodas com base em suas dimensões.
3. Facilidade de incorporar acessórios como codificadores, freios de retenção e acionamentos eletrônicos integrados em motores fora das rodas.
4. Proteção para o motor, componentes eletrônicos e sistema de transmissão contra ambientes agressivos fornecida pela estrutura do veículo.

No entanto, os designs sem rodas têm certas desvantagens quando comparados aos designs com rodas:

1. Menor eficiência em comparação com designs integrados nas rodas.
2. Confiabilidade reduzida e aumento do ruído audível devido à complexidade adicional das engrenagens, em contraste com as soluções nas rodas.

Como dimensionar uma tração nas rodas para aplicações

A Figura 1 mostra o torque e a potência necessários para um WheelMax de oito polegadas operando em uma superfície plana típica com várias cargas. Várias considerações precisam ser levadas em conta ao dimensionar uma tração para uma aplicação:

1. Peso Total e Quantidade de Rodas Motrizes: Determine o peso total do veículo carregado e a quantidade de rodas motrizes que ele terá. A carga movimentada por cada roda motriz é aproximadamente o peso total dividido pelo número de rodas motrizes. Se houver rodízios não motorizados adicionais, cada roda motriz deverá suportar menos carga normal, mas ainda experimentará a mesma massa inercial durante a aceleração.
2. Torque de aceleração: O torque fornecido pela roda para aceleração pode precisar ser várias vezes maior que o torque necessário para manter a velocidade ou subir rampas. Tenha em mente que o desempenho nominal de uma tração nas rodas depende de outras condições operacionais, como ângulos de inclinação que precisam ser navegados.
3. Diâmetro da roda: O diâmetro da tração da roda influencia o nível de torque e a velocidade necessários para atingir o desempenho desejado do veículo. Diâmetros de roda maiores podem ser necessários para atender aos requisitos de distância ao solo e velocidade, e podem proporcionar um deslocamento mais suave em superfícies irregulares. No entanto, eles também exigem mais torque do motor.
4. Velocidade e potência do motor: Rodas de diâmetro maior requerem menos velocidade e potência do motor. Por exemplo, na Figura 1, os requisitos de torque e potência para uma tração de oito polegadas em uma superfície plana são representados para diversas cargas.

O Faradyi90HXXI: O melhor da sua opção

Faradyi Motors apresentou o Faradyi90HXXI, uma nova tração elétrica motorizada que combina as vantagens de um design de tração direta e nas rodas, ao mesmo tempo em que é, na verdade, um design sem rodas. Os modelos iniciais disponíveis são o Faradyi90I 2D e Faradyi90I 3D.

Estas rodas motrizes incorporam um Motor DC sem escova Faradyi conectado à roda por meio de uma eficiente caixa de câmbio epicíclica helicoidal de dois estágios integrada à carcaça da tração. O conjunto inclui um suporte de montagem e um pneu de uretano de seis ou oito polegadas.

O design e a geometria das engrenagens do Faradyi90HXXI foram otimizados para reduzir ruído, vibração e melhorar a vida útil das engrenagens. Estas unidades foram submetidas a testes sob temperaturas elevadas e condições de parada de emergência de alto impacto, superando as expectativas.

O motor sem escova EnduraMax integrado no Faradyi90HXXI inclui um acionamento eletrônico para alimentar o motor e controlar um freio de retenção, se aplicável. O motor sem escova elimina a necessidade de substituições regulares de escovas.

A Tabela 1 fornece uma visão geral da linha GWM de acionamentos de rodas, incluindo capacidade de carga nominal, diâmetro do pneu, velocidade nominal da roda, tensão do enrolamento, torque de saída nominal e potência de saída nominal.

Escolhendo a tração certa para o seu veículo

Para selecionar a tração ideal para o seu veículo é necessária uma análise abrangente do desempenho exigido, considerando o torque máximo para aceleração e a potência média para rotinas típicas de deslocamento. Além disso, considere o terreno que o veículo encontrará. Veículos que navegam em declives acentuados ou circulam em superfícies com alta resistência ao rolamento, como carpetes, necessitarão de um motor com maior capacidade de torque.

Devido aos diversos requisitos de diferentes veículos, a Faradyi Motors apoia seus clientes na análise de suas aplicações específicas para garantir que todas as condições operacionais sejam adequadamente consideradas e atendidas.

Tem alguma dúvida sobre Faradyi Motors, Contate-nos ou Email com Endereço: [email protected]