प्रस्तावना
एक का प्रदर्शनस्वचालित निर्देशित वाहन (एजीवी)या एकस्वायत्त मोबाइल रोबोट (एएमआर)यह काफी हद तक इसके ड्राइव सिस्टम के डिज़ाइन से निर्धारित होता है। एक एकीकृत ड्राइव सिस्टम में चार प्रमुख घटक होते हैं:एजीवी ड्राइव व्हील, कम वोल्टेज सर्वो मोटर, गियर रिड्यूसर, औरसर्वो ड्राइव. साथ में, वे वाहन कर्षण, त्वरण, चढ़ाई क्षमता, स्थिति सटीकता, गति स्थिरता और दीर्घकालिक परिचालन विश्वसनीयता निर्धारित करते हैं।
व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, कई ड्राइव सिस्टम समस्याएं अपर्याप्त मोटर शक्ति के कारण नहीं, बल्कि अपूर्ण वाहन गतिशीलता गणनाओं के कारण होती हैं। रोलिंग प्रतिरोध, ढलान प्रतिरोध, त्वरण जड़ता और पहिए के ज़मीनी आसंजन को नज़रअंदाज करते हुए पूरी तरह से पेलोड के आधार पर मोटर का चयन करने से अक्सर खराब शुरुआती प्रदर्शन, मोटर अधिभार, पहिया फिसलन और परिचालन दक्षता कम हो जाती है।
प्लूटूल्स मोबाइल रोबोट ड्राइव सिस्टम के चीन के अग्रणी निर्माताओं में से एक हैके विकास और उत्पादन में विशेषज्ञताएजीवी ड्राइव व्हील, स्टीयरिंग ड्राइव व्हील, डिफरेंशियल ड्राइव व्हील, लो वोल्टेज सर्वो मोटर्स, सर्वो ड्राइव और एजीवी और एएमआर के लिए एकीकृत ड्राइव समाधान. व्यापक इंजीनियरिंग अनुभव और इसमें प्रस्तुत सिद्धांतों पर आधारितमैकेनिकल डिज़ाइन मैनुअल, यह मार्गदर्शिका एजीवी ड्राइव सिस्टम चयन के लिए संपूर्ण गतिशील गणना प्रक्रिया की व्याख्या करती है, उच्च प्रदर्शन वाले मोबाइल रोबोट ड्राइव सिस्टम डिजाइन करने वाले इंजीनियरों के लिए व्यावहारिक संदर्भ प्रदान करती है।
1. एजीवी वाहन ड्राइविंग प्रतिरोध विश्लेषण
नीचे की गति पर काम करने वाले औद्योगिक एजीवी के लिए1 m/s, वायुगतिकीय खिंचाव को आमतौर पर नजरअंदाज किया जा सकता है। ड्राइव सिस्टम को मुख्य रूप से तीन प्रकार के प्रतिरोध पर काबू पाने की आवश्यकता है:
रोलिंग प्रतिरोध
ढलान प्रतिरोध
त्वरण प्रतिरोध
प्रेरक शक्ति को संतुष्ट होना चाहिए:
Fdrive, Ff + Fθ + Fa से बड़ा या उसके बराबर
कहाँ:
| प्रतीक | विवरण | इकाई |
|---|---|---|
| एफड्राइव | कुल कर्षण बल | N |
| सीमांत बल | रोलिंग प्रतिरोध | N |
| Fθ | ढलान प्रतिरोध | N |
| फा | त्वरण प्रतिरोध | N |
केवल जब उपलब्ध कर्षण कुल ड्राइविंग प्रतिरोध से अधिक हो जाता है तो एजीवी सुचारू रूप से शुरू हो सकता है, स्थिर संचालन बनाए रख सकता है और ढलान पर सुरक्षित रूप से चढ़ सकता है।
2. रोलिंग प्रतिरोध गणना
रोलिंग प्रतिरोध पहिया और फर्श की सतह के बीच लोचदार विरूपण से उत्पन्न होता है, जो इसे एजीवी ऑपरेशन के दौरान सामने आने वाला सबसे मौलिक प्रतिरोध बनाता है।
FORMULA
एफएफ=(एफ × जी) / आर
कहाँ:
| पैरामीटर | विवरण | इकाई |
|---|---|---|
| सीमांत बल | रोलिंग प्रतिरोध | N |
| f | रोलिंग प्रतिरोध गुणांक | m |
| G | वाहन का वजन | N |
| r | ड्राइव व्हील त्रिज्या | m |
विशिष्ट इंजीनियरिंग मूल्य
| पहिए और फर्श की स्थिति | अनुशंसित मूल्य |
|---|---|
| पॉलीयुरेथेन व्हील + एपॉक्सी फर्श | 0.0018–0.0025 |
| स्टील का पहिया | 0.0010–0.0015 |
इंजीनियरिंग टिप
कुछ इंजीनियरिंग संदर्भ रोलिंग प्रतिरोध गुणांक को व्यक्त करते हैंसेंटीमीटर (सेमी)के बजायमीटर (एम). 100 गुना से अधिक होने वाली त्रुटियों से बचने के लिए हमेशा गणना से पहले इकाई को परिवर्तित करें।
3. ढलान प्रतिरोध गणना
औद्योगिक एजीवी आमतौर पर लगभग चढ़ाई क्षमता के साथ डिजाइन किए जाते हैं2%.
छोटी ढलानों के लिए:
पापθ ≈ tanθ ≈ ढलान अनुपात
इसलिए:
Fθ = 0.02 × G
उदाहरण
500 किग्रा एजीवी के लिए:
वाहन का वजन:
G = 500 × 9.81 = 4905 N
ढलान प्रतिरोध:
Fθ = 98.1 N
तीव्र ढलानों के लिए, अधिक सटीक गणना के लिए वास्तविक त्रिकोणमितीय कार्यों का उपयोग किया जाना चाहिए।
4. त्वरण प्रतिरोध गणना
बार-बार त्वरण और मंदी से जड़त्वीय भार उत्पन्न होता है जिसे ड्राइव सिस्टम डिज़ाइन के दौरान विचार किया जाना चाहिए।
न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार:
फ़ा=एम × ए
कहाँ:
| पैरामीटर | विवरण |
|---|---|
| M | वाहन का द्रव्यमान (किग्रा) |
| a | त्वरण (एम/एस²) |
अनुशंसित मान
| आवेदन | अनुशंसित त्वरण |
|---|---|
| मानक रसद एजीवी | 0.5 m/s² |
| सहयोगात्मक मोबाइल रोबोट | 0.2–0.3 m/s² |
कम त्वरण पीक लोड को कम करता है और ड्राइव सिस्टम की दीर्घकालिक विश्वसनीयता में सुधार करता है।
5. वाहन प्रतिरोध गणना उदाहरण
डिजाइन के पैमाने
| वस्तु | कीमत |
|---|---|
| वाहन मास | 500 किग्रा |
| ड्राइव व्हील त्रिज्या | 65 मिमी |
| रोलिंग प्रतिरोध गुणांक | 0.002 |
| अधिकतम ढलान | 2% |
| त्वरण | 0.5 m/s² |
गणना परिणाम
| प्रतिरोध | परिणाम |
|---|---|
| वाहन का वजन | 4905 N |
| रोलिंग प्रतिरोध | 150.92 N |
| ढलान प्रतिरोध | 98.10 N |
| त्वरण प्रतिरोध | 250 N |
| कुल प्रतिरोध | 499.02 N |
डिज़ाइन अनुशंसा
ड्राइव सिस्टम को लगभग न्यूनतम कर्षण बल प्रदान करना चाहिए499 N. इंजीनियरिंग अभ्यास में, ए20-50% सुरक्षा मार्जिनस्टार्टअप प्रभाव, असमान फर्श की स्थिति और दीर्घकालिक यांत्रिक घिसाव की भरपाई के लिए इसकी अनुशंसा की जाती है।
6. ड्राइव व्हील आउटपुट टॉर्क गणना
एजीवी ड्राइव व्हील का आउटपुट टॉर्क गियरबॉक्स द्वारा रेटेड मोटर टॉर्क को बढ़ाने के बाद प्राप्त होता है।
FORMULA
ट्वील=टीमोटर × आई × η
कहाँ:
| पैरामीटर | विवरण |
|---|---|
| ट्वील | ड्राइव व्हील आउटपुट टॉर्क (एनएम) |
| टीमोटर | रेटेड मोटर टॉर्क (एनएम) |
| i | गियर अनुपात |
| η | गियरबॉक्स दक्षता |
विशिष्ट गियरबॉक्स दक्षता
| गियरबॉक्स प्रकार | क्षमता |
|---|---|
| ग्रहीय गियरबॉक्स | ≈0.85 |
| वर्म गियरबॉक्स | 0.60–0.70 |
विभिन्न गियरबॉक्स प्रकारों में काफी भिन्न ट्रांसमिशन क्षमताएं होती हैं। गलत दक्षता मान का उपयोग करने से गलत टॉर्क गणना और अनुचित मोटर चयन हो सकता है।
7. ड्राइव व्हील की कर्षण बल गणना
ड्राइव व्हील से टॉर्क आउटपुट को निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके कर्षण बल में परिवर्तित किया जा सकता है:
F = T / r
कहाँ:
एफ=कर्षण बल (एन)
टी=ड्राइव व्हील आउटपुट टॉर्क (एनएम)
आर=पहिया त्रिज्या (एम)
दोहरी -ड्राइव एजीवी सिस्टम के लिए:
कुल=2 × एफ
मल्टी-ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन के लिए, कुल कर्षण बल सभी ड्राइविंग पहियों का योग है।
उदाहरण
दिया गया:
मोटर रेटेड टॉर्क: 0.4 एनएम
गियर अनुपात: 30
गियरबॉक्स दक्षता: 0.85
पहिया त्रिज्या: 65 मिमी (0.065 मीटर)
तब:
आउटपुट टॉर्क:
ट्वील=0.4 × 30 × 0.85=10.2 एनएम
एकल पहिया कर्षण बल:
F = 10.2 / 0.065 ≈ 157 N
यह पैरामीटर सीधे निर्धारित करता है कि क्या एजीवी कुल सिस्टम प्रतिरोध पर काबू पा सकता है।
8. अधिकतम परिचालन गति गणना
एजीवी की सैद्धांतिक अधिकतम गति मोटर गति और गियर अनुपात द्वारा निर्धारित की जाती है:
V = (2 × π × r × n) / i
कहाँ:
वी=रैखिक गति (एम/मिनट)
आर=पहिया त्रिज्या (एम)
n=मोटर गति (आरपीएम)
मैं=गियर अनुपात
उदाहरण
मोटर गति: 2500 आरपीएम
गियर अनुपात: 30
पहिया त्रिज्या: 65 मिमी
वी ≈ 34 मीटर/मिनट (≈ 0.57 मीटर/सेकेंड)
यदि आवश्यक गति हासिल नहीं की जाती है, तो मोटर की गति बढ़ाई जा सकती है या गियर अनुपात कम किया जा सकता है। हालाँकि, टोक़ और कर्षण बल को तदनुसार पुनः सत्यापित किया जाना चाहिए।
9. मोटर पावर सत्यापन
टॉर्क गणना के बाद, मोटर शक्ति को भी सत्यापित किया जाना चाहिए।
FORMULA
P = (T × n) / 9550
कहाँ:
पी=पावर (किलोवाट)
टी=टॉर्क (एनएम)
n=गति (आरपीएम)
उदाहरण
टोक़: 0.4 एनएम
गति: 2500 आरपीएम
पी ≈ 0.105 किलोवाट
इंजीनियरिंग सिफ़ारिश
टोक़ सुरक्षा कारक:1.2–1.5×
बिजली सुरक्षा मार्जिन:20–50%
यह निरंतर और चरम लोड स्थितियों के तहत विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करता है।
10. पहिया आसंजन और प्रीलोड बल गणना
व्हील स्लिप से बचने के लिए, निम्नलिखित शर्त पूरी होनी चाहिए:
μ × FN, F से बड़ा या उसके बराबर
इस प्रकार:
FN, F/μ से बड़ा या उसके बराबर
कहाँ:
μ=पहिये और फर्श के बीच घर्षण गुणांक
एफएन=सामान्य प्रीलोड बल
उदाहरण
एकल पहिया कर्षण बल: 157 एन
घर्षण गुणांक: 0.54
तब:
एफएन ≈ 291 एन
व्यावहारिक डिज़ाइन में, ए10% सुरक्षा मार्जिनकी अनुशंसा की जाती है, इसलिए लगभग एक स्प्रिंग प्रीलोड320 Nसमय के साथ थकान की भरपाई के लिए चुना जाता है।
विशिष्ट घर्षण गुणांक
| सतह की स्थिति | μ |
|---|---|
| सूखा एपॉक्सी फर्श | 0.75 |
| गीला कंक्रीट | 0.35 |
| सूखी बजरी | 0.65 |
| सूखी मिट्टी | 0.54 |
| गीली सतह | 0.30 |
| बर्फ हिमपात | 0.25 |
11. एजीवी ड्राइव सिस्टम चयन प्रक्रिया
एक संपूर्ण AGV ड्राइव सिस्टम डिज़ाइन आम तौर पर इन चरणों का पालन करता है:
वाहन मापदंडों को परिभाषित करें: वजन, गति, त्वरण, ढलान, पहिया व्यास
रोलिंग, ढलान और त्वरण प्रतिरोध की गणना करें
कुल ड्राइविंग प्रतिरोध प्राप्त करें
एकल पहिया कर्षण बल निर्धारित करें
आवश्यक आउटपुट टॉर्क की गणना करें
गियरबॉक्स अनुपात चुनें
लो वोल्टेज सर्वो मोटर का मिलान करें
सर्वो ड्राइव क्षमता सत्यापित करें
गति प्रदर्शन की जाँच करें
पहिया आसंजन और प्रीलोड बल को मान्य करें
12. इंजीनियरिंग डिज़ाइन संबंधी विचार
एजीवी सिस्टम विकास में, ड्राइव प्रदर्शन अकेले मोटर पावर के बजाय कई कारकों से प्रभावित होता है।
मुख्य विचारों में शामिल हैं:
रोलिंग प्रतिरोध गुणांक और घर्षण गुणांक को भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि वे विभिन्न भौतिक अर्थों का प्रतिनिधित्व करते हैं।
ग्रहीय और वर्म गियर सिस्टम के बीच गियरबॉक्स की दक्षता काफी भिन्न होती है और इसे स्थिर मान के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।
मोटर और सर्वो ड्राइव के चयन में निरंतर ड्यूटी चक्र, बार-बार शुरू होने की स्थिति, बार-बार रुकने की स्थिति और पीक लोड प्रभावों को ध्यान में रखना चाहिए।
मल्टी-व्हील सिस्टम को व्हील स्लिप और पोजिशनिंग विचलन को रोकने के लिए पर्याप्त जमीन संपर्क बल सुनिश्चित करना चाहिए।
निष्कर्ष
एजीवी ड्राइव सिस्टम का डिज़ाइन केवल मोटर चयन नहीं है, बल्कि एक व्यापक इंजीनियरिंग प्रक्रिया है जिसमें वाहन गतिशीलता, मैकेनिकल ट्रांसमिशन, विद्युत नियंत्रण और सिस्टम एकीकरण शामिल है।
प्रतिरोध मॉडलिंग और ट्रैक्शन बल गणना से लेकर सर्वो मोटर चयन, गियरबॉक्स कॉन्फ़िगरेशन, सर्वो ड्राइव मिलान और ड्राइव व्हील डिज़ाइन तक, प्रत्येक पैरामीटर सीधे सिस्टम प्रदर्शन और परिचालन विश्वसनीयता को प्रभावित करता है।
