自主导航 – 精确到毫米

在物联网（IoT）和工业4.0（Industry 4.0）时代内部物流发挥着越来越重要的作用。对货物和材料进行精确运输将成为高效生产的关键因素。由Evocortex公司研发的移动运输系统通过与众不同的方式完成此任务。在实现他们的创新技术方案过程中，具有高功率密度的FAULHABER电机也起到了决定性作用。

在今天，“生产”似乎已经成为“复杂性”的代名词。越来越多的产品需要根据客户的特殊要求来生产。通过应用IoT技术，即使是极小的批量，甚至单个工件，也能够实现全自动生产。多变的参数需要工艺过程之间的紧密衔接，同时还要保证高度的灵活性。在零部件参数变化无止境的情况下，还必须保证正确的部件在正确的时间到达对应生产工位。

AMR技术大步向前
原材料输送（比如从供应点到生产设备之间）的个性化要求越来越高，与此同时该过程还需要尽可能实现自动化。因此可移动机器人平台，即所谓的自主可移动机器人（AMR）在全球各地的仓库和生产车间得到越来越广泛的应用。

位于德国纽伦堡的初创企业Evocortex公司成立于2016年，由经验丰富的机器人技术专家创建，专注该市场。与纽伦堡技术研究机构（纽伦堡工业大学）以及其它教育和科研部门紧密合作，该公司凭借全新AMR方案打入市场。该公司提供的创新产品方案符合现代化物流的技术要求。

“传统的AMR通常需要对应用场地的空间进行调整，比如运行轨道，或者甚至需要对工艺过程进行技术调整，”总经理Hubert Bauer解释道。“比如必须安装用于车辆定位的光学标记，路径和交叉口必须符合规定的尺寸以及弧线半径。我们的宗旨正好与此相反，我们要打造能够适应客户需求的输送机器人。”

通过车间地面的“指纹”实现精确定位
Evocortex公司的自主移动式机器人（AMR）不需要预转导向系统来实现定位。它们可以通过车间地面的不规则特征实现定位。即使在常见的混凝土地面上，机器人也能够通过高分辨率照相机确定地面的不规则特征。照相机安装在运输车底侧，对10x10厘米的地面区域进行拍照，并通过图片数据创建车间地面的“指纹”。在这个新颖独特的系统背后，Evocortex自行研发的Localization Module (ELM)发挥了关键作用。

在最初的示教过程中，机器人按照网格图案在车间地面上运行。借助复杂的算法，它可以通过不同位置的图形绘制出高度精密的地图。在未来，还可通过自学式人工智能来完成这一步。除此之外，控制器可以检测到小车的移动过程。通过数据组合，它可以在一平方公里的理论区域内实现毫米级别的定位精度。为此，机器人只需要对三个点进行识别。即使有50%的地面被切屑覆盖，ELM模块仍然不受影响，保证完成精确导航。出现在地面上的永久性划痕将被添加到地图上，消失的地面特征也将在一定时间后被从地图上清除。

此外还可以为AMR机器人在一个或两个端面安装LIDAR传感器。它们可以在行驶方向进行空间扫描和障碍物识别，其中包括移动的物体，比如穿过运行道路的人。运输车立即停止，以确保工作人员的安全。
 

通过麦克纳姆轮实现无限制可移动性
普通车轮只能按照轮轴转向移动。采用这类车轮的车辆如果需要精确定位，就必须完成类似于停车时的操作。为了避免这个情况，Evocortex公司的研发人员决定采用麦克纳姆轮。它与普通车轮的环绕式运行表面不同，而是在轮毂上装有多个筒形辊轮。它们与车轮轴形成45度角，可以围绕自己的轴承轴旋转。通过选择辊轮的形状、尺寸和间距，即可实现车轮的连续滚动面。

麦克纳姆轮转动时产生两个力，一个沿着车轮的旋转方向，另一个则与车轮的旋转方向形成一个角度。最终的运动方向正好位于两者之间，麦克纳姆轮总是沿着与轴向成45度角的方向运动。由于辊轮具备可移动性，因此车轮的方向不稳定。如果受到其它的作用力，车轮的运动方向可能发生任意改变。

在安装了四个麦克纳姆轮的车辆上，如果将每个车轮的45度运动方向都偏移90度角，那么每个车轮都朝着相反的方向运动。通过调整单个车轮的旋转方向和速度，即可控制处于静止状态的车辆朝任何方向运动，或在原地旋转。在水平面上，它就可以像气垫车一样完全自由移动。也就是说，麦克纳姆轮让机器人可以完成灵活的全方位移动。

可达到毫米级别的精确度
Evocortex公司的AMR机器人还具有另一个出色的灵活性，那就是它的尺寸不受任何限制。“我们可以根据用户的需要以毫米为单位对机器人进行调整，”Hubert Bauer进一步强调。“任何外部尺寸只要在在400x800和800x1200毫米的范围内都可以得到实现。”EvoRobot R&D 和 EvoRobot Industrial系列产品的尺寸几乎与承载平台的外部尺寸相等。所有的技术部件——传感器、控制器、提升单元和车轮驱动装置都安装在平台下方。

车轮驱动模块是实现可扩展性的关键因素。它直接安装在车轮上方，与车轮共同构成一个标准化的独立功能单元。这样一来，车轮的安装间距就不受到限制。功率大，尺寸小的电机在实现此技术要求上起到了决定性作用。

“为了找到最适合的电机，我们对市面上的产品进行了仔细审核，”Hubert Bauer在回忆研发阶段的情况时说道。“只有FAULHABER的产品才具备我们需要的功率密度。其它厂家的电机如果能够达到我们要求的转矩，体积都太大。”

功率大，体积小
EvoRobot 的车轮模块安装了3257… CR或3272…CR系列有刷电机。每台电机都配备一个IEF3编码器和38/2S减速箱。为了实现快速停止以及确保车轮停止后能够锁定，车轮电机还配有制动器。“依靠这些强大动力的微电机，EvoRobot的载重量最高可达200公斤。不用很长时间我们还将推出载重量更大的型号，”Huber Bauer解释道。“在不超过5度的斜坡上，它还能够以每秒一米的速度载重行驶。”

EvoCarrier 产品主要用于小负载托盘的运输。这款AMR机器人的内部空间与EvoRobot相比更加紧凑。它的离地间隙还不到100 mm，因此可以行驶到离地面比较近的货物下方。两台或者四台EvoCarrier可以用来搬运托盘或者整个货架。研发人员选择了所谓的“扁平转子电机”——也就是长度仅21毫米的4221… BXT系列无刷电机作为驱动。EvoCarrier可以用来搬运装载总重量不超过120公斤小负载托盘的辊轮货架。公司总经理认为，从长远角度看，EvoRobot机器人也会改用无刷电机，而且模块会进一步实现标准化。

除了功率和体积比以外，零维护和持续工作可靠性在AMR运行方面也起重要作用。“在使用寿命方面FAULHABER电机超越了我们的期待，”Hubert Bauer说道。“不仅如此，这些驱动装置还可以和普通工业控制器组合。FAULHABER公司的专家们也积极配合我们，为量产找到最佳的参数设置。”

企业介绍：来自德国舍奈希的驱动技术专家
FAULHABER 致力于高精度小型和微型驱动系统、伺服组件以及最高输出功率250瓦的驱动电子部件的研发、生产和销售。其中包括客户定制的专用解决方案以及范围齐全的标准化产品，例如无刷电机、直流微电机、编码器和运动控制器。FAULHABER 品牌在全球被公认为复杂和严苛应用领域的高品质和高可靠性的象征，如医疗技术、工厂自动化、精密光学、电信、航空航天和机器人技术。从224 mNm持续扭矩的强大直流电机到外径为1.9mm的精巧微型驱动，FAULHABER标准系列有超过2500万种组合，为特定应用带来最佳驱动系统。与此同时，这种技术上的“构造组合”也是调整解决方案的基础，从而让我们能够设置各种特殊版本来满足客户的具体需求。