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Servomoteurs intégrés pour les robots mobiles
Les robots mobiles sont un élément en constante évolution de l’industrie 4.0 et de l’internet des objets. Au cœur de l’évolution des usines intelligentes, les robots mobiles transportent les matériaux d’un endroit à l’autre, libérant ainsi les ressources humaines pour qu’elles se concentrent sur des tâches plus complexes et plus utiles. Alors que les systèmes logiciels centraux mettent en réseau des flottes de robots mobiles, l’IA avancée, assistée par des logiciels et des composants complexes, permet aux robots de communiquer entre eux ainsi que de détecter et de réagir automatiquement au monde physique des personnes et des objets qui les entourent.
Les principales classifications des robots mobiles comprennent les robots mobiles autonomes (AMR – Autonomous Mobile Robots) et les véhicules à guidage automatique (AGV – Automated Guided Vehicles). De nombreux types de robots mobiles autonomes et semi-autonomes existent sur le marché. Quel que soit le niveau d’autonomie spécifique, les robots mobiles sont essentiellement destinés à transporter des matériaux d’un endroit à un autre.
Au cœur de la locomotion des robots se trouvent les moteurs électriques qui alimentent les moteurs d’entraînement principaux pour les mouvements avant et arrière, ainsi que pour la direction. Les moteurs électriques sont également utilisés pour les axes de manutention permettant de soulever, de serrer et d’engager la charge utile pendant son transfert vers différents endroits.
Les robots mobiles intègrent fréquemment des moteurs à induction à courant continu et alternatif à balais, principalement en raison de leur faible coût. Cependant, si l’on considère la densité du couple, l’efficacité, la régulation de la vitesse, la longévité et la douceur, rien ne vaut un servomoteur sans balais. Les servomoteurs sans balais offrent par nature un contrôle de vitesse et un positionnement plus précis que les moteurs à induction à courant alternatif. Et comme il n’y a pas de balais qui s’usent, ils fonctionnent sans entretien pendant des années.
Les servomoteurs intégrés libèrent de l’espace dans les boîtiers de robots compacts
Le servomoteur intégré est une variante du servomoteur sans balai, qui devient la norme dans les applications de robots mobiles en raison de son encombrement réduit et des économies réalisées sur le plan du développement. Les servomoteurs intégrés combinent le servomoteur et le contrôleur électronique du moteur (y compris le variateur ou l’amplificateur) dans un seul boîtier, pour gagner de l’espace et éliminer le câblage.
Le servomoteur intégré abrite généralement l’électronique de commande à l’arrière du moteur, près du dispositif de retour et/ou le long d’un côté du moteur. Les connecteurs d’alimentation, de communication et d’E/S sont également placés près de l’arrière, ou du côté du moteur, généralement regroupés sur une même surface. Aucun autre boîtier électronique externe n’est nécessaire pour piloter ou contrôler le moteur. Les signaux de commande provenant de l’unité centrale du robot mobile peuvent être câblés directement au servomoteur intégré.
La combinaison d’un servomoteur et d’un contrôleur dans un seul boîtier intégré élimine la nécessité de monter un contrôleur de moteur externe à l’intérieur du corps du robot mobile, ce qui permet de gagner un espace précieux et de réduire la taille du robot. L’intégration du contrôleur de moteur dans le boîtier du moteur élimine également les câbles d’alimentation et de retour du moteur normalement nécessaires pour connecter le servomoteur séparé à son contrôleur externe.
Selon la taille du servomoteur, les câbles peuvent être assez volumineux. L’élimination de ces câbles libère de l’espace supplémentaire dans le robot pour accueillir d’autres mécanismes de manutention, des capteurs ou des composants de l’interface opérateur. La figure 2 montre le gain d’espace d’un servomoteur intégré par rapport à un système servo traditionnel avec des composants séparés pour le moteur et le contrôleur.
Moins de composants = moins de coûts
Le cycle de conception du robot nécessite l’intégration des différents moteurs électriques, des actionneurs pour les fonctions de manutention et d’autres composants du système dans un espace très restreint. En éliminant le contrôleur de moteur externe de la nomenclature, on économise de l’espace et de l’argent, car l’électronique de commande intégrée est généralement moins chère que les contrôleurs de moteur externes. Le fait de ne pas avoir à se soucier du placement et du câblage d’un contrôleur de moteur externe permet également d’accélérer les répétitions de conception au cours du processus de développement.
Les concepteurs de robots peuvent se concentrer moins sur le contrôleur du moteur et plus sur les composants du système non-moteur. Cette logique s’applique aussi bien aux axes d’entraînement qu’aux axes de levage, car les concepteurs peuvent opter pour l’utilisation de moteurs intégrés dans l’ensemble du robot, ce qui leur permet d’économiser de l’espace et de l’argent sur tous les axes moteurs.
Options d’interface multiples
Les interfaces électriques d’un servomoteur intégré sont simples, ne nécessitant que trois types de signaux :
Des points d’E/S locaux sur le moteur intégré sont disponibles lorsque les opérateurs préfèrent câbler des signaux discrets directement au servomoteur intégré plutôt qu’à l’unité centrale de traitement. Il s’agit, par exemple, de circuits de validation ou d’arrêt d’urgence câblés. Les sorties numériques du servomoteur intégré peuvent alimenter des lampes témoins ou d’autres dispositifs de l’interface opérateur. L’E/S numérique sur l’axe du moteur n’est pas nécessaire pour chaque conception de robot, mais elle est disponible en cas de besoin.
Les contrôleurs embarqués des servomoteurs intégrés disposent des mêmes interfaces de commande que les contrôleurs de moteur externes, y compris les connexions CANopen, RS-485, Modbus et Ethernet, ainsi que des interfaces d’E/S discrètes, comme les impulsions et la direction. Quelle que soit l’interface de commande, le facteur de forme du servomoteur intégré ne change pas. La figure 3 présente les différentes options de signaux de commande disponibles pour un servomoteur intégré.
Les moteurs intégrés présentent de nombreux avantages pour le concepteur de robots mobiles :
- En réduisant le nombre de composants du système,
- En éliminant des câbles ou des faisceaux de fils,
- En libérant un espace précieux,
- En simplifiant la nomenclature,
- En permettant des cycles de conception plus rapides,
- En économisant de l’argent.
Pour en savoir plus sur la gamme de moteurs intégrés d’Applied Motion Products pour les robots mobiles, contactez-nous ou téléchargez la fiche technique.
