在物聯網（IoT）和工業4.0（Industry 4.0）時代內部物流發揮著越來越重要的作用。對貨物和材料進行精確運輸將成為高效生產的關鍵因素。由Evocortex公司研發的移動運輸系統通過與眾不同的方式完成此任務。在實現他們的創新技術方案過程中，具有高功率密度的FAULHABER電機也起到了決定性作用。
在今天，“生產”似乎已經成為“復雜性”的代名詞。越來越多的產品需要根據客戶的特殊要求來生產。通過應用IoT技術，即使是極小的批量，甚至單個工件，也能夠實現全自動生產。多變的參數需要工藝過程之間的緊密銜接，同時還要保證高度的靈活性。在零部件參數變化無止境的情況下，還必須保證正確的部件在正確的時間到達對應生產工位。
AMR技術大步向前
原材料輸送（比如從供應點到生產設備之間）的個性化要求越來越高，與此同時該過程還需要盡可能實現自動化。因此可移動機器人平臺，即所謂的自主可移動機器人（AMR）在全球各地的倉庫和生產車間得到越來越廣泛的應用。
位于德國紐倫堡的初創企業Evocortex公司成立于2016年，由經驗豐富的機器人技術專家創建，專注該市場。與紐倫堡技術研究機構（紐倫堡工業大學）以及其它教育和科研部門緊密合作，該公司憑借全新AMR方案打入市場。該公司提供的創新產品方案符合現代化物流的技術要求。
“傳統的AMR通常需要對應用場地的空間進行調整，比如運行軌道，或者甚至需要對工藝過程進行技術調整，”總經理Hubert Bauer解釋道。“比如必須安裝用于車輛定位的光學標記，路徑和交叉口必須符合規定的尺寸以及弧線半徑。我們的宗旨正好與此相反，我們要打造能夠適應客戶需求的輸送機器人。”
通過車間地面的“指紋”實現精確定位
Evocortex公司的自主移動式機器人（AMR）不需要預轉導向系統來實現定位。它們可以通過車間地面的不規則特征實現定位。即使在常見的混凝土地面上，機器人也能夠通過高分辨率照相機確定地面的不規則特征。照相機安裝在運輸車底側，對10x10厘米的地面區域進行拍照，并通過圖片數據創建車間地面的“指紋”。在這個新穎獨特的系統背后，Evocortex自行研發的Localization Module （ELM）發揮了關鍵作用。
在最初的示教過程中，機器人按照網格圖案在車間地面上運行。借助復雜的算法，它可以通過不同位置的圖形繪制出高度精密的地圖。在未來，還可通過自學式人工智能來完成這一步。除此之外，控制器可以檢測到小車的移動過程。通過數據組合，它可以在一平方公里的理論區域內實現毫米級別的定位精度。為此，機器人只需要對三個點進行識別。即使有50%的地面被切屑覆蓋，ELM模塊仍然不受影響，保證完成精確導航。出現在地面上的永久性劃痕將被添加到地圖上，消失的地面特征也將在一定時間后被從地圖上清除。
此外還可以為AMR機器人在一個或兩個端面安裝LIDAR傳感器。它們可以在行駛方向進行空間掃描和障礙物識別，其中包括移動的物體，比如穿過運行道路的人。運輸車立即停止，以確保工作人員的安全。
通過麥克納姆輪實現無限制可移動性
普通車輪只能按照輪軸轉向移動。采用這類車輪的車輛如果需要精確定位，就必須完成類似于停車時的操作。為了避免這個情況，Evocortex公司的研發人員決定采用麥克納姆輪。它與普通車輪的環繞式運行表面不同，而是在輪轂上裝有多個筒形輥輪。它們與車輪軸形成45度角，可以圍繞自己的軸承軸旋轉。通過選擇輥輪的形狀、尺寸和間距，即可實現車輪的連續滾動面。
麥克納姆輪轉動時產生兩個力，一個沿著車輪的旋轉方向，另一個則與車輪的旋轉方向形成一個角度。最終的運動方向正好位于兩者之間，麥克納姆輪總是沿著與軸向成45度角的方向運動。由于輥輪具備可移動性，因此車輪的方向不穩定。如果受到其它的作用力，車輪的運動方向可能發生任意改變。
在安裝了四個麥克納姆輪的車輛上，如果將每個車輪的45度運動方向都偏移90度角，那么每個車輪都朝著相反的方向運動。通過調整單個車輪的旋轉方向和速度，即可控制處于靜止狀態的車輛朝任何方向運動，或在原地旋轉。在水平面上，它就可以像氣墊車一樣完全自由移動。也就是說，麥克納姆輪讓機器人可以完成靈活的全方位移動。
可達到毫米級別的精確度
Evocortex公司的AMR機器人還具有另一個出色的靈活性，那就是它的尺寸不受任何限制。“我們可以根據用戶的需要以毫米為單位對機器人進行調整，”Hubert Bauer進一步強調。“任何外部尺寸只要在在400x800和800x1200毫米的范圍內都可以得到實現。”EvoRobot R&D 和 EvoRobot Industrial系列產品的尺寸幾乎與承載平臺的外部尺寸相等。所有的技術部件——傳感器、控制器、提升單元和車輪驅動裝置都安裝在平臺下方。
車輪驅動模塊是實現可擴展性的關鍵因素。它直接安裝在車輪上方，與車輪共同構成一個標準化的獨立功能單元。這樣一來，車輪的安裝間距就不受到限制。功率大，尺寸小的電機在實現此技術要求上起到了決定性作用。
“為了找到最適合的電機，我們對市面上的產品進行了仔細審核，”Hubert Bauer在回憶研發階段的情況時說道。“只有FAULHABER的產品才具備我們需要的功率密度。其它廠家的電機如果能夠達到我們要求的轉矩，體積都太大。”
功率大，體積小
EvoRobot 的車輪模塊安裝了3257… CR或3272…CR系列有刷電機。每臺電機都配備一個IEF3編碼器和38/2S減速箱。為了實現快速停止以及確保車輪停止后能夠鎖定，車輪電機還配有制動器。“依靠這些強大動力的微電機，EvoRobot的載重量最高可達200公斤。不用很長時間我們還將推出載重量更大的型號，”Huber Bauer解釋道。“在不超過5度的斜坡上，它還能夠以每秒一米的速度載重行駛。”
EvoCarrier 產品主要用于小負載托盤的運輸。這款AMR機器人的內部空間與EvoRobot相比更加緊湊。它的離地間隙還不到100 mm，因此可以行駛到離地面比較近的貨物下方。兩臺或者四臺EvoCarrier可以用來搬運托盤或者整個貨架。研發人員選擇了所謂的“扁平轉子電機”——也就是長度僅21毫米的4221… BXT系列無刷電機作為驅動。EvoCarrier可以用來搬運裝載總重量不超過120公斤小負載托盤的輥輪貨架。公司總經理認為，從長遠角度看，EvoRobot機器人也會改用無刷電機，而且模塊會進一步實現標準化。
除了功率和體積比以外，零維護和持續工作可靠性在AMR運行方面也起重要作用。“在使用壽命方面FAULHABER電機超越了我們的期待，”Hubert Bauer說道。“不僅如此，這些驅動裝置還可以和普通工業控制器組合。FAULHABER公司的專家們也積極配合我們，為量產找到最佳的參數設置。”
企業介紹：來自德國舍奈希的驅動技術專家
FAULHABER 致力于高精度小型和微型驅動系統、伺服組件以及最高輸出功率250瓦的驅動電子部件的研發、生產和銷售。其中包括客戶定制的專用解決方案以及范圍齊全的標準化產品，例如無刷電機、直流微電機、編碼器和運動控制器。FAULHABER 品牌在全球被公認為復雜和嚴苛應用領域的高品質和高可靠性的象征，如醫療技術、工廠自動化、精密光學、電信、航空航天和機器人技術。從224 mNm持續扭矩的強大直流電機到外徑為1.9 mm的精巧微型驅動，FAULHABER標準系列有超過2500萬種組合，為特定應用帶來最佳驅動系統。與此同時，這種技術上的“構造組合”也是調整解決方案的基礎，從而讓我們能夠設置各種特殊版本來滿足客戶的具體需求。
