移动机器人领域低压直流伺服系统的应用分析

最近一两年，低压伺服市场逐步启动，尤其是在由蓄电池供电的AGV自动导引运输车、物流仓储输送以及部分医疗器械应用领域大展拳脚，成为当前高速发展中的移动机器人市场的“宠儿”。 低压伺服系统作为伺服“大家庭”中的一员，目前的主力应用场景是厂内物流AGV/AMR(自动导引运输车/自主移动机器人)，这也源自于中国高端智能制造的快速发展，在包括锂电池、光伏、新能源等新兴制造业中，人们敢于大胆尝试新技术，在越来越多生产场景中开始逐渐采用AGV或AMR去取代传统的人工搬运工作。

AGV实际上是一种移动机器人，为了满足大范围快速移动的需求，主要由蓄电池直流供电，电压一般以48VDC居多，功率范围为50W~1kW，其中200W、400W和750W占据80%以上份额。 在结构上，厂内物流AGV移动机器人由车体、蓄电池和充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、运动控制器、通信装置、移载系统和导航系统等所组成。在驱动装置部分主要包括电机、减速器、驱动器、控制与驱动电路等，驱动系统一般有闭环方式和开环方式两种，AGV电机驱动闭环方式主要以低压直流伺服系统为主。

一般来说，厂内AGV对于电机体积、载重、速度、噪音、平稳、安全等性能要求特别高，为此，目前以步科自动化等为代表的一批厂商专门针对这类应用进行了定制化开发，结合低压伺服产品线，在体积、过载、效率、功能和易用性等方面，面向特定场景深入优化设计，最终推出了高集成度的“电机+驱动器+减速机+轮子”四位一体的结构设计，大幅缩减了AGV移动机器人的机构空间，不但具备低压伺服电机系统高响应速度、高定位精度的优良特性，无需外加减速机，而且还满足了各种移动服务机器人对于低速平稳、快速制动、出力大、静音、防水等全方位的苛刻要求。 除了AGV、AMR、RGV(穿梭车)等特定应用之外，实际上，低压伺服系统在协作机器人、泛服务机器人(如：建筑机器人、养殖机器人、物流机器人、生活护理机器人以及特殊医疗手术机器人)，甚至于未来的人形机器人等开发领域的应用前景也是十分可观的。

禾川科技D3E系列低压伺服驱动器+X2系列低压伺服电机

(1)D3E系统承接X3E系列整体控制架构，实现高性能电机控制(除全闭环、模拟量输入、动态制动以外) • 6种控制模式：位置、转速、转矩、位置/转速、位置/转矩、速度/转矩，实现无缝切换; • 完整易用的位置控制：支持外部脉冲、内部16段定位、搭配电子齿轮与位置滤波; • 完备的电机平滑处理算法：支持速度观测、减振控制、自适应滤波、自动调整等功能。 (2)丰富的通讯协议，实现广泛的品牌兼容 支持EtherCAT与CANopen协议，并与业内所有主流系统品牌兼容。 (3)健全的电机识别码嵌入，可搭配X6MN微型与X2低压伺服电机 扩大伺服电机功率范围，最小功率延伸至10W，最大功率延伸至750W。 (4)秉承禾川工业设计美学理念，打造业界超小型化的低压伺服 • 可薄至25mm，轻至170g; • 可有效利用安装空间，减少控制柜和机械结构的体积。 (5)灵活的安装方式 与PLC无缝安装融入 支持导轨安装、卧式安装和书本式安装。 禾川科技深耕AGV物流仓储应用领域，D3E系统可适用于各种AGV应用场景，如牵引式AGV、潜入式AGV、台车式AGV、背负式AGV、仓储式AGV等等。  

和利时电机15060伺服电动轮系列

伺服电动轮是低压伺服电机及外轮一体化设计，是低压伺服电机的完美变形，具有低压伺服电机系统高响应速度、高定位精度的优良特性，不需要减速箱，安装极其方便，直接替代传统的“电机+减速器+轮子”的机械结构，大大节省了空间，满足了各种移动服务机器人对低速平稳、快速制动、体积小、出力大、静音、防水等全方位的苛刻要求。 继清洁机器人、酒店配送机器人的方案产品广泛应用后，北京和利时电机公司又为诺亚机器人2023款“通”系列室内外医院配送机器人，专门研发了15060系列大扭矩低压伺服电动轮系统，并成功投入现场应用。产品组合：15060系列伺服电动轮+DS20270HA伺服电动轮驱动器，系统主要性能包括： • 15060系列伺服电动轮最高转矩可达80N.m，与之前公司最大功率的电动轮15042系列相比，最高扭矩提升60%; • 15060系列采用聚氨酯特殊包胶材质，低速静音，室内外运行不打滑、不留痕、耐腐蚀，电动轮具备防水特性，适应医院等场景; • 15060系列载重能力强，可达400Kg，室外爬坡、过坎性能优越。  

ISMC Diamond plus系列插针款伺服驱动器

• 超小体积：40×40×26mm; • 满足客户二次开发需求，客户可自主设计接口板; • 精度高：达到10mA高精密电流控制; • 50~750W、12~72Vdc、1/5/10/20A连续电流; • 支持EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量控制等业界主流控制方式; • 支持业内绝大多数种类编码器：增量式、霍尔、旋转绝对值(BISS-C、SSI、Endat2.1/2.2、Sincos 12bit 、Tamagawa、Nikon、Sanyo、Panasonic、BISS-B)、直线绝对值; • 可搭配任意电机类型; • 支持增强工艺：分频输出、飞拍; • 标准(0°C~+50°C)、低温(-40°C~+50°C)、超低温(-55°C~+50°C); • 适用行业：3C电子、半导体、锂电、光伏、机器人、医疗设备等 。  

鸣志MBDV系列低压伺服驱动器与电机

MBDV系列是全新一代的低压直流输入、高性能伺服系统产品。驱动器采用先进的全数字电机控制算法，实现对伺服电机位置、速度和转矩的高精度控制;搭配采用新一代高分辨率磁性编码器、全新磁路设计的SM系列低压伺服电机，机座包含40/60/80mm、功率范围覆盖100/200/400/750W。驱动器通过运行于Windows 系统下的Luna 软件调试，调试软件与驱动器使用USB 通讯高速连接，或无线方式连接，调试方便、快捷。 产品特点如下： • 超紧凑、单轴与二合一型设计; • 主电源支持24～60VDC宽电压范围输入; • 单个轴输出额定电流20Arms，最大3倍过载; • 适配100W～750W低压伺服电机; • 兼容Modbus RTU、CANopen、RS485总线控制; • 驱动器配有过流、过压、过温和电机过温保护，伺服系统运行更安全; • 内置软PLC—Q编程功能，为系统设计提供高度的灵活性和强大的功能; • 支持STO功能安全，满足SIL 3功能安全等级; • 增益参数免调整、自动整定功能; • 速度同步、故障制动同步停机; • 总线通讯断线保护、紧急停止; • 控制算法实现电机碰撞保护。  

大研工控IDS630低压直流伺服驱动器及直流伺服滚筒电机

IDS630 低压直流伺服驱动器采用高性能处理器，是专为物流分拣行业定制的高性价比直流伺服驱动器，适用于一分四和交叉带分拣的应用场合。应用特性包括： • 工作电压：24~60VDC;输出电流：峰值30A; • 适配电机：5~750W 伺服滚筒电机; • 控制方式：CAN总线、RS485总线、RS232通讯控制，IO控制等; • 参数调测：采用RS232通讯，PC调试软件或手持调试器调试，可备份和导入参数; • 异常保护：具备欠压、过压、过载、过流、位置偏差过大、编码器异常等报警功能; • 支持能耗泄放功能; • 跟踪误差：±1pulse; • 速度控制精度：±1PRM; • 接收脉冲上限：1MHZ; • 最低转速：1RPM;最高空载加速度：200PRM/ms。 大研工控直流伺服滚筒电机主要应用于物流分拣和产线自动化，相较于直流无刷滚筒，响应更快，直流伺服滚筒启停只需要100 毫秒，甚至更短，明显提升分拣效率;直流伺服滚筒不仅可以跑速度模式实现 1转/分钟的转动，也可以通过高精编码器跑位置模式，实现精准走位;直流伺服滚筒完全可以切换至位置模式，并采用S形加减速平稳启停，避免快件损伤或甩落;更耐用，直流伺服滚筒采用直驱方式，省掉了减速机这个寿命瓶颈;过载能力强，直流伺服滚筒恒力矩输出，标准型号5N.m，可以三倍过载到15N.m，从负载适应性上明显好于直流无刷滚筒。  

珠海运控超短系列低压伺服电机

珠海运控电机有限公司自主研发的超短系列低压伺服电机，采用全新电磁设计方案，一体化磁编设计，厚度低至10mm，在保证电机同等输出功率的前提下，机身长度比市场常见电机平均缩短了20%以上。采用更高性能磁材，使电机效率更高。较短的机身长度、高效的性能获得了设备制造商，尤其是移动类机器人厂商的青睐，目前已大批量应用于仓储物流搬运机器人、AMR、堆高机、物流分拣线、单件分离设备、停车机器人、建筑机器人等设备中，帮助用户优化了设备空间的利用率。 以输出功率200W的超短系列电机为例：该电机机身长度仅为46.5mm，重量不到600g，机身短，重量轻，结构紧凑，为设备节省了空间，帮助用户实现了设备的小巧、轻便设计。 超短系列低压伺服电机使用了更加优质的材料，电机材料耐温等级提升至155℃(F级)，适应更加严酷的使环境，在控制住电机发热的同时，更大限度地提升了电机的散热功能。在实验室条件下，电机平均温升低于60K，保证了电机在绝大多数工况下长期稳定的运行。  

伟创电气SD100系列低压伺服系统

伟创SD100系列低压伺服系统可广泛应用于各类移动式机器人、物流仓储、医疗、纺织、新能源锂电等设备领域。系统基于国际领先算法平台，百兆级主频CPU，响应速度快，启动转矩大;采用新一代节能驱动技术，降低电机发热损耗，能源利用率提升10%以上，待机下的“低功耗”应用模式，可节能减排提升电池10%以上续航能力;标配17bit绝对值编码器，选配23bit、24bit串行通讯编码器。产品符合CE、UL、ROSH等标准设计，对接国际市场，具备STO安全保护模块，让产品更可靠;支持CANopen、EtherCAT、Profinet、Modbus-RTU等多种总线通讯协议，丰富用户选择;便捷易用，易接线，易调试，易安装。 伟创电气推出的低压电机的高性能特点包括：3倍强过载设计，低噪声研发，全新电磁设计，输出转矩大;短机身，相同性能规格下比市场常见电机缩短至少10%体积;高可靠性，低温升设计，轻松应对高温场合，搭载磁性编码器，适用高振动环境，标配直接出线，无需转接。  

步科自动化iWMC集成式伺服轮

iWMC集成式伺服轮的集成化整体结构紧凑，可缩小动力单元部分在车体内的占用空间，从而可以使AGV/AMR将车体剩余空间用在提高电池容量上，为用户提供更持久的续航能力;集成化产品还具有安装方便、快捷的特点，极大地降低了车体的装配时间及人工成本，不再需要面对各零部件协调配合的难题，也更有利于提高移动机器人的运行精度和可靠性。在国产机器人大力“出海”的浪潮下，步科也积极紧跟客户步伐，目前产品均已完成CE、UL认证，助力国产机器人“出海”。

iWMC集成式伺服轮的主要特点包括：

• ⾼度集成化：驱动器、电机、减速机、轮⼦四⼤主要部件⾼度集成化，结构紧凑，有利于⻋体⼩型化，节省35%以上空间;

• ⽀架式安装，安装⽅式简单、⽅便，节省50%安装工时;

• 安装精度⾼，提⾼⾏⾛控制精度;

• ⾼可靠性：集成化模组，外部只有电源与通信线缆，抗⼲扰性好，提⾼整⻋系统的稳定性和可靠性;

• 兼容设计，⽆缝切换：伺服轮产品通讯模式、使⽤⽅式与步科标准品⽆差异，⽆缝切换;

• 维护性好：集成化产品单⼀供应商，有利于后期产品维护，降低供应链、售后成本。

行动元低压智能运动控制集成方案

行动元以其全新一代工业工程化平台为基础，为精密制造领域打造的低压智能运动控制集成方案，通过对智能驱动器、电机、编码器等相关运动控制单元进行建模，并在平台上完成选型、适配及测试等工作，佐以先进的运动控制算法，一举突破了运动控制系统的综合性能屏障，将设备的力控精度、节拍、稳定性等指标提升到了新的高度。经过在客户设备上的实际测试，行动元智能运动控制集成方案的单点力控重复精度高达±0.1克，以100个辨识点为例，对应的辨识时长为一分钟左右。同时，该系统独有的“全行程自动恒力控制”功能，让设备的末端执行器在全行程的不同位置输出相同的目标压力，在客户所需全输出力范围内力控精度可达±1克，从而使设备兼备高精度、高稳定、高柔性等多重极致特性。

智创电机Z1系列通用型低压伺服驱动器

Z1系列通用型低压伺服驱动器是深圳智创电机有限公司在2020年后陆续推出的适配 低压伺服电机的全数字伺服驱动器。得益于先进的数字处理器(DSP)和智创电机自主研 发创新的编码器反馈技术、速度观测器、扰动观测器等进阶策略，Z1系列伺服驱动器在对 控制精度要求极高的贴片机行业、半导体行业已得到广泛应用，在对稳定性、过载性能更 高要求的AGV、RGV(重载AGV)、服务机器人、物流穿梭车、重型移动平台、轨道平板 车等场合做了大量适配。 Z1系列伺服驱动器有以下特点： • 适配电机范围广：可适配的电机型号15~180系列; • 电机功率覆盖全：从8W~ 3000W，对应的额定输出电流从0.6A到80A; • 输入电压范围宽：20VDC到60VDC; • 输出过载能力强：均具备3倍以上过载能力; • 通信组网更方便：全隔离CANopen，全隔离ModBus; • 可靠稳定性超高：过流保护、短路保护等预警机制健全可靠，优秀的EMC/EMI 特性; • 支持传统的脉冲+方向控制方式;

• 支持增量编码器与23位绝对值编码器。

编辑：黄飞