Una rueda motriz estándar puede proporcionar suficiente par, pero su motor y caja de cambios pueden hacer que el chasis sea demasiado alto. El uso de una rueda más pequeña puede reducir la altura, pero también puede afectar a la distancia al suelo, la tracción, la vida útil de la rueda y la capacidad del robot para superar las juntas del suelo.
Por esta razón, muchos proyectos de AGV/AMR de tipo subsuelo y latentes requieren una unidad motriz de AGV de perfil bajo diseñada en torno al espacio real del chasis en lugar de un conjunto de rueda estándar disponible en el mercado.
¿Qué es una unidad motriz de AGV de perfil bajo?
Una unidad motriz de perfil bajo es un conjunto compacto que combina el motor, la caja de cambios, la rueda motriz, el codificador, el freno y la estructura de montaje dentro de una altura de instalación limitada.
En una unidad motriz convencional, el motor puede instalarse encima de la rueda. Esta disposición es sencilla, pero ocupa un valioso espacio vertical. En un diseño de perfil bajo, el motor suele instalarse horizontalmente al lado de la rueda, lo que permite que el cuerpo principal de la unidad motriz se sitúe más abajo dentro del chasis.
Este tipo de disposición se utiliza habitualmente en AMR de subsuelo, AGV latentes, robots elevadores, robots de transporte de estanterías y otras plataformas móviles que deben operar por debajo de una carga.
El objetivo no es simplemente hacer que la unidad motriz sea más pequeña. Debe seguir proporcionando suficiente par, capacidad de carga, fuerza de frenado y vida útil operativa para el vehículo completo.
Por qué es importante la altura de instalación
Para un AGV/AMR de subsuelo, unos pocos milímetros pueden afectar a toda la disposición mecánica.
Si la unidad motriz es demasiado alta, es posible que el diseñador deba elevar el chasis superior, reducir el tamaño de la batería, cambiar el módulo de elevación o disminuir la distancia al suelo. Cualquiera de estos cambios puede afectar al rendimiento final del vehículo.
Por este motivo, la altura de instalación debe comprobarse al principio del diseño del chasis y no después de haber completado la estructura.
El diámetro de la rueda es solo una parte de la altura total. La posición del motor, la estructura de la caja de cambios, la placa de montaje, el codificador, el freno, la dirección del conector y el diseño de la suspensión pueden afectar al requisito de espacio final.
Dos unidades motrices con el mismo diámetro de rueda pueden tener dimensiones totales muy diferentes. Por lo tanto, una comparación adecuada debe basarse en el dibujo del conjunto completo, no solo en la especificación de la rueda.
Cómo ahorra espacio una disposición horizontal del motor
Una disposición horizontal del motor coloca el motor al lado de la rueda en lugar de directamente encima.
El motor transfiere potencia a la rueda a través de una caja de cambios planetaria, una caja de cambios de ángulo recto, una estructura de ejes paralelos u otro sistema de reducción compacto. Esta disposición reduce la altura vertical y aprovecha mejor el espacio horizontal dentro del chasis.
Para muchos robots de suelo bajo, esto puede dejar más espacio por encima de la unidad motriz para la batería o el mecanismo de elevación.
Sin embargo, una unidad baja no es automáticamente una unidad fácil de instalar. El motor puede extenderse más hacia el interior del chasis y los cables deben seguir teniendo suficiente espacio para su curvatura y mantenimiento. Por tanto, el diseñador debe considerar la longitud, anchura, altura y posición del conector completas.
Una rueda de dirección para AGV de baja altura o un conjunto motriz horizontal bien diseñado debe encajar en el espacio disponible sin dificultar el mantenimiento futuro.
Elección del diámetro de rueda correcto
Puede parecer lógico utilizar la rueda más pequeña posible al construir un chasis bajo, pero esto puede crear nuevos problemas.
Una rueda más pequeña baja la posición del eje, pero también reduce la distancia al suelo y hace que el robot sea más sensible a huecos en el suelo, juntas de dilatación, cables y superficies irregulares. Normalmente necesita girar más rápido a la misma velocidad del vehículo y puede exigir más al motor y a la caja de cambios.
Una rueda más grande suele rodar con mayor suavidad sobre suelos imperfectos y puede ofrecer una mejor durabilidad, pero requiere más espacio vertical.
El mejor diámetro de rueda depende del entorno de trabajo real. Una rueda compacta puede funcionar bien en el suelo liso de un almacén, mientras que una fábrica con juntas, rampas o zonas irregulares puede requerir un diámetro mayor.
El objetivo debe ser el chasis más fiable, no simplemente el chasis más bajo posible.
Capacidad de carga, tracción y presión sobre la rueda
El peso total del vehículo no debe dividirse equitativamente por el número de ruedas sin comprobar la disposición del chasis.
La carga real sobre cada rueda motriz depende de la posición de la batería, la carga útil, el módulo de elevación, las ruedas motrices y las ruedas pivotantes. El centro de gravedad también cambia cuando el robot transporta o eleva una carga.
Una rueda motriz para AMR de subsuelo debe soportar suficiente peso para crear tracción. Si la presión de la rueda es demasiado baja, puede patinar durante la aceleración, el frenado, los giros o al subir rampas. Si la rueda soporta demasiado peso, la banda de rodadura de poliuretano, los rodamientos, la caja de cambios y la estructura de montaje pueden desgastarse más rápido.
Este equilibrio es especialmente importante para los AMR elevadores. Cuando la carga se eleva, el centro de gravedad y la distribución de la carga sobre las ruedas pueden cambiar. Por lo tanto, la unidad motriz debe seleccionarse en función de las condiciones tanto de vacío como de carga completa.
Adaptación del motor y la caja de cambios
Una unidad motriz compacta debe seguir teniendo suficiente par para arrancar, acelerar, girar y detener el robot con carga completa.
La selección del motor debe considerar el peso total en movimiento, el diámetro de la rueda, la velocidad objetivo, la aceleración, la resistencia del suelo, la pendiente y el ciclo de trabajo. La caja de cambios debe convertir entonces la velocidad del motor en la velocidad de rueda y el par de salida requeridos.
Una relación de transmisión más alta aumenta el par de la rueda pero reduce la velocidad máxima. Una relación más baja permite un desplazamiento más rápido pero puede no proporcionar suficiente fuerza bajo carga pesada.
Para un sistema de tracción de AGV latente, el motor y la caja de cambios deben seleccionarse conjuntamente. Mirar solo la potencia del motor puede llevar a error. El par continuo, el par máximo, la eficiencia de la caja de cambios, la temperatura de funcionamiento y el ciclo de trabajo suelen ser más importantes que la cifra de potencia impresa en la etiqueta del motor.
Una unidad motriz puede funcionar bien durante una prueba corta pero sobrecalentarse durante la operación continua en el almacén. Por eso el ciclo de trabajo real debe incluirse durante la selección.
¿Tracción diferencial o tracción con dirección?
Muchos AMR de perfil bajo utilizan una disposición de tracción diferencial con dos ruedas motrices. El vehículo gira cambiando la velocidad y la dirección de las ruedas izquierda y derecha.
Esta estructura es compacta, sencilla y rentable. Se utiliza ampliamente en robots de transporte de estanterías, AGV latentes y AMR de subsuelo que siguen rutas interiores regulares.
Una unidad motriz con dirección combina el accionamiento y la dirección en un solo módulo. Puede proporcionar un movimiento más flexible, un acoplamiento preciso y un mejor control en espacios estrechos. Es adecuada para vehículos que requieren doble dirección, cuatro direcciones o movimiento multidireccional.
Sin embargo, una tracción con dirección incluye más componentes, como el motor de tracción, el motor de dirección, la caja de cambios, el codificador y la estructura giratoria. Por tanto, producir una rueda de dirección para AGV de baja altura compacta es más complejo que producir una rueda de tracción diferencial.
La elección debe basarse en el patrón de movimiento requerido, no solo en la altura del chasis.
Aplicaciones típicas
Las unidades motrices de perfil bajo se utilizan habitualmente en robots que deben desplazarse por debajo o dentro de otra estructura.
Un AMR de subsuelo puede desplazarse debajo de una estantería o carro y elevarlo mediante un módulo de elevación. En este diseño, el sistema de tracción debe dejar suficiente espacio para el mecanismo de elevación mientras mantiene la rueda y el motor protegidos dentro del chasis.
Un AGV latente suele entrar debajo de un portador de carga antes de elevarlo o remolcarlo. Su sistema de tracción requiere dimensiones compactas, un control estable a baja velocidad, un frenado fiable y suficiente par de rueda para arranques y paradas frecuentes.
Los robots de transporte de estanterías también trabajan durante muchas horas y completan repetidos movimientos de giro y acoplamiento. Para estos vehículos, la vida útil de la caja de cambios, la temperatura del motor, el desgaste de las ruedas y la precisión del codificador son tan importantes como la altura de instalación.
El mismo enfoque de diseño puede utilizarse también para robots de transferencia compactos, vehículos de almacén de suelo bajo y AMR elevadores utilizados en líneas de producción.
Problemas comunes de diseño
Un error común es seleccionar una unidad motriz solo por su carga nominal. La capacidad de carga estática no muestra si el motor tiene suficiente par para la aceleración, la subida de pendientes o los giros frecuentes.
Otro error es reducir demasiado el diámetro de la rueda. El chasis se vuelve más bajo, pero el robot puede experimentar más vibraciones, un desgaste más rápido de las ruedas o un rendimiento deficiente en las juntas del suelo.
El espacio para cables también es fácil de pasar por alto. Los conectores del motor, del freno y del codificador necesitan suficiente espacio para la instalación y la curvatura. Una unidad motriz que encaja dentro del modelo CAD puede resultar difícil de instalar una vez conectados los cables.
El enfoque más seguro es confirmar la disposición del sistema de tracción antes de finalizar el bastidor del chasis.
Selección de una unidad motriz de perfil bajo
Un proveedor normalmente necesita más que el peso total del vehículo para recomendar el modelo adecuado.
La información más útil incluye el peso del vehículo en vacío, la carga útil máxima, la velocidad requerida, la aceleración, la pendiente, el límite de diámetro de la rueda, la altura máxima de instalación, el espacio disponible para el motor, el voltaje del sistema, el requisito de freno, el tipo de codificador, la condición del suelo y el protocolo de comunicación.
Un dibujo en 2D del chasis o un modelo en 3D pueden hacer que la selección sea mucho más rápida. Permite al proveedor comprobar la posición de la rueda, la dirección del motor, los orificios de montaje, las salidas de cables y el espacio de servicio antes de que el cliente complete el diseño del vehículo.
Soluciones de tracción de perfil bajo de HKT ROBOT
HKT ROBOT proporciona componentes de tracción y soluciones integradas para proyectos de AGV y AMR, incluidas unidades motrices de dirección horizontal, conjuntos de ruedas de tracción diferencial, servomotores, cajas de cambios, servovariadores, controladores y módulos de elevación.
Para proyectos de suelo bajo, el motor, la caja de cambios, el diámetro de la rueda, la relación de transmisión, el freno, el codificador y la estructura de instalación pueden adaptarse de acuerdo con el espacio disponible en el chasis y los requisitos de rendimiento del vehículo.
En lugar de seleccionar el motor, la caja de cambios y la rueda por separado, HKT ROBOT puede ayudar a evaluarlos como un sistema de tracción completo.
Para una recomendación inicial, los clientes pueden facilitar el peso del vehículo, la carga útil, la velocidad objetivo, la altura máxima de instalación, el diámetro de rueda preferido, el voltaje del sistema, la condición del suelo y el plano del chasis.
Una unidad motriz de AGV de perfil bajo adecuada debe hacer algo más que encajar en un espacio pequeño. Debe proporcionar el par, la tracción, la precisión de control y la vida útil operativa requeridos por el AMR completo.
Preguntas frecuentes
¿Qué hace que una unidad motriz de AGV sea de perfil bajo?
Una unidad motriz de perfil bajo utiliza normalmente una caja de cambios compacta y una disposición horizontal del motor para reducir la altura de instalación vertical. La altura final también depende de la estructura de montaje, el diámetro de la rueda, el freno, el codificador y la posición de los cables.
¿Es siempre mejor una rueda más pequeña para un chasis bajo?
No. Una rueda más pequeña puede reducir la altura del chasis, pero también reduce la distancia al suelo y puede funcionar mal en suelos irregulares o juntas de dilatación.
¿Puede una unidad motriz de perfil bajo soportar cargas pesadas?
Sí, pero el motor, la caja de cambios, los rodamientos, el material de la rueda y la estructura de montaje deben seleccionarse de acuerdo con la carga real sobre la rueda y el ciclo de trabajo.
¿Es adecuada la tracción diferencial para AGV latentes?
Sí. La tracción diferencial se utiliza comúnmente en AGV latentes y AMR de subsuelo porque ofrece una estructura compacta, un control sencillo y un coste relativamente bajo.
¿Puede HKT ROBOT personalizar las dimensiones de la unidad motriz?
HKT ROBOT puede adaptar el diámetro de la rueda, la potencia del motor, la relación de la caja de cambios, el voltaje, el freno, el codificador, la interfaz de comunicación y la estructura de montaje de acuerdo con los requisitos del proyecto.
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