Wie Drehgeber den Betrieb von Fahrerlosen Transportfahrzeugen optimieren
22.11.2022 - Je präziser der Drehgeber desto effizienter ist ein Fahrerloses Transportsystem. Encoder messen nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch den Lenkwinkel mit hoher Genauigkeit.
Ob Lenkwinkelerfassung oder Geschwindigkeitsüberwachung – Sensoren spielen bei der exakten Steuerung autonomer Transportsysteme eine zentrale Rolle. Encoder zum Beispiel erfassen deren Lenkwinkel sowie deren Geschwindigkeit und sorgen so für einen optimalen Betrieb.
Automated Guided Vehicles (AGV) beziehungsweise Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden mittlerweile in zahlreichen Branchen eingesetzt – zum Beispiel für die Reinigung und Behandlung von Sportböden. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt durch vier an den Rädern montierte Elektromotoren, deren Drehzahlen von einem Drehgeber erfasst und an die Steuereinheit des AGVs übermittelt werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug zentimetergenau navigieren.
Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) ist die Intralogistik. FTS bewegen in Lagerhallen Komponenten und fertige Produkte von einem Ort zum anderen. Damit der Transport so effizient wie möglich abläuft, müssen die Fahrzeuge präzise gesteuert werden. Encoder des Drehgeberspezialisten Megatron übernehmen die Erfassung der Lenkwinkel sowie der Geschwindigkeit und sorgen für den optimalen Betrieb der Fahrzeuge.
-
Die Drehgeber-Serie ETx25K zeichnet sich durch eine flache Bauweise mit einer Gehäusetiefe von 8 mm aus. (Bild: Megatron Elektronik) -
Die Drehgeber-Serie ETx25K zeichnet sich durch eine flache Bauweise mit einer Gehäusetiefe von 8 mm aus. (Bild: Megatron Elektronik) -
Die HTx36E-Drehgeber mit CAN-Bus erfassen neben Winkeln auch Statusinformationen und eignen sich daher ideal für den Einsatz in mobilen Maschinen (Bild: Megatron Elektronik) -
CAN-Bus-Drehgeber der Serie HTx36E in einer Ausführung mit axialem Steckerabgang (Bild: Megatron Elektronik)
Lenkwinkelerfassung – inkremental oder absolut?
Die exakte Steuerung eines FTS hängt maßgeblich von der Präzision der verbauten Drehgeber ab. Hall-Encoder wie die HTx-Serie von Megatron bieten verschiedene Schnittstellen für die Ausgabe eines absoluten Winkelwerts an – von einfachen analogen über serielle bis hin zu multifunktionalen CAN-Busschnittstellen. Der FTS-Hersteller bekommt einen genau auf sein Fahrzeug abgestimmten Drehgeber mit einem vorprogrammierten Winkelbereich. Das spart Kosten in der Fertigung und bei der Programmierung der Elektronik.
Manche AGV-Produzenten setzen für die Winkelmessung auch Inkrementalgeber ein, die Relativinformationen an die Elektronik des Fahrzeugs übertragen. Um trotzdem den momentanen, absoluten Lenkwinkel zu kennen, wird dieser durch die Auswerteeinheit des Fahrzeugs errechnet, wofür Referenzfahrten der Lenkmechanik implementiert werden. Ein Vorteil dieses Prinzips ist, dass der tatsächliche, komplette Lenkwinkel jedes einzelnen Fahrzeugs von der Elektronik erlernt wird und so Abweichungen durch mechanische Toleranzen in der Lenkmechanik eliminiert werden. Durch dieses Teach-In kann beispielsweise ein und dieselbe Drehgebervariante für verschiedene Fahrzeuge eingesetzt werden, da die Elektronik den jeweiligen Winkel erlernt.
Mehr Präzision durch Teach-In-Drehgeber
Megatron hat für solche Fälle eine Elektronik im Programm, die eine Teach-In-Lösung für Absolutwertgeber bietet. Die programmierbare Multiturn-Elektronik (PM) ermöglicht es dem Anwender, den Anfangs- und Endwert für das Ausgangssignal durch ein einfaches Programmiergerät direkt beim Einbau des Drehgebers zu setzen. Durch dieses Teachen lassen sich die mechanischen Toleranzen eliminieren, die es bei jedem AGV gibt.
Zudem kann der Drehgeber bis zu 200 Umdrehungen zählen, ist also als Multiturndrehgeber einsetzbar und daher auch für Anwendungen mit Getriebeübersetzung nutzbar. Die Lösung kombiniert die Vorteile von Absolutwertgebern mit denen der oben genannten Teach-In-Methode. Alle Drehgeber von Megatron können mit der PM-Elektronik ausgestattet werden – sowohl die kompakten Ausführungen mit Kunststoffgehäuse (ETA25PM) und Gleitlager als auch die robusten Metallbauformen mit Kugellager (HTA25PM).
Kit-Encoder für kompakte AGVs
Für Anwendungen mit wenig Bauraum bietet Megatron zusätzlich zu den klassischen Drehgebern auch Kit-Varianten an. Die Serie ETx25K ist beispielsweise ein Hallgeber mit Kunststoffgehäuse, der eine Einbauhöhe 8 mm aufweist. ETx25K-Encoder eignen sich deshalb vor allem für sehr kleine AGVs.
Für Anwendungen in rauen Umgebungen bietet das Unternehmen mit dem HTx25K eine Variante aus Metall und Kabelverschraubung an (Einbauhöhe < 20 mm). Bei beiden Drehgebern positioniert der Anwender den mitgelieferten Magneten in definiertem Abstand zum Encoder und dieser sorgt dann für die berührungslose und verlässliche Winkelerfassung. Auch die Kit-Encoder sind als programmierbare (Teach-In-) Versionen erhältlich (ETA25KPM beziehungsweise HTA25KPM). Megatron liefert die Drehgeber mit Eingangsspannungen von 5 V oder 24 V (11..30 V) und Analogsignalen von 0..5 V, 0..10 V oder 4..20 mA.
Systemgenauigkeit von ±0,09° und bis zu 8,8 Billionen Umdrehungen
Auch bei größeren AGVs werden Drehgeber von Megatron eingesetzt – unter anderem in autonom fahrenden Gabelstaplern. Für diese AGV eignen sich vor allem die HTx36E-Sensoren. Diese Drehgeber verfügen über eine doppelt kugelgelagerte Edelstahlwelle, ein langlebiges Lager, eine hohe IP-Schutzart sowie Schock- und Vibrationsfestigkeit. Sie bilden mit ihrer magnetischen Messwerterfassung und der digitalen Signalverarbeitung die Basis, um Messsignale über CAN-Bus zu übertragen. Die CANopen-Drehgeber HTx36E sind auch als Multiturnvariante mit energieautarkem Zähler für die Umdrehungszählung verfügbar (Energy Harvesting, ohne Batterie oder Getriebe). Sie erreichen eine Systemgenauigkeit von ±0,09° und können bis zu 8,8 Billionen Umdrehungen zählen. Weitere Vorteile der HTx36E-Drehgeber sind die freie Wahl der Single- und Multiturnauflösungen sowie die automatische Detektion der Baudrate. Zudem kann der Anwender die Auflösung, den Nullpunkt und den Drehsinn (CW/CCW) der Encoder selbst festlegen und parametrieren. Daher ist auch mit diesen Drehgebern ein einfaches Teachen beziehunsgweise Kalibrieren des Lenkwinkels in der Applikation möglich.
CAN-Bus-Drehgeber – optimal für die Integrität der Applikation
Die HTx36E-Drehgeber mit CAN-Bus stellen neben der Winkelinformation noch weitere Statusinformationen bereit, die von der Steuereinheit ausgewertet werden. CAN-Bus-Encoder warnen zum Beispiel beim Überschreiten der Betätigungsgeschwindigkeit der Welle, beim Verlassen des Temperaturbereichs sowie im Falle eines Hardwaredefekts (EEPROM) oder eines CAN-Overruns. Das sogenannte Heartbeat-Protokoll beziehungsweise Node-Guarding überträgt diese Informationen auf Wunsch zyklisch an das Steuergerät. Sollte es zu einer nicht über den Bus identifizierbaren Beeinträchtigung kommen, gibt das in den Drehgeber integrierte optische Diagnosesystem Auskunft über mögliche Ursachen der Nichtfunktion. Mithilfe der Drehgeber bekommen die Anwender von AGVs zum Beispiel frühzeitig Hinweise auf einen bevorstehenden Ausfall des Fahrzeugs. Sie können also eingreifen, bevor ein Schaden entsteht.
Autor
Matthias Herrmann, Marketingmanager
https://www.megatron.de/kategorie/winkelsensoren/etx25-drehgeber.html
https://www.megatron.de/produkte/winkelsensoren/htx36e.html
https://www.megatron.de/produkte/winkelsensoren/drehgeber-etx25k-mit-3d-hall-als-kit-version.html
https://www.megatron.de/kategorie/drehgeber.html
