Diseño de un servoactuador lineal para AGV (vehículos guiados automatizados) o AMR (robots móviles autónomos) Implica consideraciones como precisión, compacidad, eficiencia y control dinámico. A continuación se muestra un enfoque estructurado para diseñar dicho actuador.
1. Requisitos clave para los actuadores lineales AGV/AMR
Necesidades funcionales
• Capacidad de carga (por ejemplo, 50 a 500 kg para mecanismos de elevación/inclinación).
• Longitud de carrera (normalmente 100–500 mm para aplicaciones AGV).
• Velocidad y aceleración (por ejemplo, 30–200 mm/s para un funcionamiento suave).
• Precisión (±0,1 mm o mejor para tareas de alineación).
• Ciclo de Trabajo (operación continua o intermitente).
• Limitaciones ambientales y operativas
• Compacto y liviano (para caber dentro del espacio AGV/AMR).
• Bajo Consumo de Energía (eficiencia alimentada por baterías).
• Resistencia al polvo/agua (IP54 o superior para entornos industriales).
• Bajo nivel de ruido y vibración (para aplicaciones de robots colaborativos).
2. Selección del servoactuador lineal
Tipos de actuadores
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Tipo |
Ventajas |
Contras |
Mejor para |
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Husillo de bolas |
Alta precisión, alta carga |
Velocidad más lenta, mayor costo |
Elevación, posicionamiento preciso |
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Tornillo de avance |
Menor costo, autobloqueo |
Menor eficiencia, desgaste con el tiempo. |
Aplicaciones ligeras |
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Impulsado por correa |
Alta velocidad, bajo mantenimiento |
Menor fuerza, menos precisa |
Ajustes del transportador |
|
Motor lineal |
Accionamiento directo ultrarrápido |
Control costoso y complejo |
Clasificación de alta velocidad |
Para aplicaciones AGV/AMR, un husillo de bolas o actuador lineal servo compacto es lo más común.
3. Selección del motor (servo frente a paso a paso)
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Parámetro |
servomotor |
Motor paso a paso |
|
Precisión |
Muy alto (bucle cerrado) |
Bueno (bucle abierto, puede perder pasos) |
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Velocidad |
Alto (3000+ RPM) |
Moderado (1000 RPM típico) |
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par |
Alto a altas velocidades |
Cae a velocidades más altas |
|
controlar |
Complejo (necesita codificador) |
Simple (pulso/dirección) |
|
Costo |
superior |
inferior |
Recomendación:
Servomotor (para control dinámico de alta precisión).
motor paso a paso (para aplicaciones de baja velocidad y sensibles a los costos).
4. Consideraciones de diseño mecánico
A. Marco y montaje
Perfil de aluminio (ligero, rígido).
Guías lineales (para un movimiento suave, por ejemplo, rieles THK/HIWIN).
Carcasa compacta (para encajar dentro de la estructura AGV).
B. Cálculo de fuerza y torsión
Fuerza (N)=2π×Par (Nm)×Eficiencia/Paso (m/rev)
Ejemplo:
Par motor = 5 Nm
Paso del husillo de bolas = 10 mm (0,01 m)
Eficiencia = 90%
Fuerza = 2π×5×0,9/0,01≈2827N (~288 kg)
C. Velocidad y RPM
Velocidad lineal (mm/s)=RPM×Adelanto (mm/rev)/60
Ejemplo:
Motor de 1500 RPM, cable de 10 mm → 250 mm/s
5. Sistema de control y retroalimentación
A. Controlador de movimiento
PLC (para AGV industriales).
Controlador integrado (AMR basados en ROS).
Servo Drive (para un posicionamiento preciso).
B. Sensores
Codificador (para retroalimentación del servomotor).
Interruptores de límite (para detección de final de carrera).
Sensor de fuerza (si se necesita un control de fuerza preciso).
C. Protocolo de comunicación
CANopen (común en AGV industriales).
EtherCAT (para control de alta velocidad).
Modbus RTU/TCP (para configuraciones más sencillas).
6. Integración con AGV/AMR
Aplicaciones típicas
Mecanismo de Elevación (para manipulación de pallets).
Plataforma Basculante (para descarga de cargas).
Ajuste del transportador (para carga/descarga).
Alineación de precisión (para acoplamiento).
Fuente de alimentación
24V/48V DC (estándar para AGV).
Gestión de batería (modos de bajo consumo para ahorro de energía).
7. Diseño de ejemplo
Especificaciones
Carga: 200 kg
Carrera: 300 mm
Velocidad: 50 mm/s
Precisión: ±0,05 mm
Componentes
Actuador: Husillo de bolas (paso de 10 mm).
Motor: servomotor de 400W (3 Nm, 3000 RPM).
Controlador: servoaccionamiento EtherCAT + PLC.
Sensores: Codificador absoluto + finales de carrera.
8. Ventajas de los servoactuadores lineales en AGV/AMR
✔ Alta precisión (para un acoplamiento preciso).
✔ Eficiencia energética (frente a neumática/hidráulica).
✔ Programable (perfiles adaptativos de velocidad/fuerza).
✔ Bajo mantenimiento (no necesita lubricación).
9. Desafíos y soluciones
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Desafío |
Solución |
|
Alto costo |
Utilice motores paso a paso para tareas más sencillas |
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Acumulación de calor |
Seleccione husillos de bolas de alta eficiencia |
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Drenaje de batería |
Implementar frenado regenerativo |
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Vibración |
Utilice amortiguadores o acoplamientos de bajo juego. |
Conclusión
Para aplicaciones AGV/AMR, un servoaccionado actuador lineal de husillo de bolas es ideal para precisión, eficiencia y confiabilidad. Los pasos clave incluyen:
• Definir los requisitos de carga, velocidad y carrera.
• Seleccione el tipo de motor (servo/paso a paso) y el mecanismo de accionamiento.
• Integre con sistemas de control de movimiento y retroalimentación.
• Garantizar una construcción compacta, ligera y robusta.
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