物流向け自律走行ロボット用ドライブシステム

maxonの統合型ホイールドライブとは、自律走行ロボット（AMR）向けに設計されたモジュール式ドライブサブシステムです。このサブシステムは、ホイール、モータ、ギアヘッド、およびブレーキを、コンパクトで最適に統合された単一ユニットとして統合しています。構成に応じて、車両アーキテクチャ内で、互換性のあるmaxon製モーション制御コンポーネントや機能安全コンポーネントと組み合わせることができます。

ホイールドライブは、コンパクトな設計でありながら、ペイロードの搬送や車両の走行・旋回に必要なトルクを提供します。また、保持ブレーキは、負荷がかかった状態でも制御された停止と確実な位置保持を支援します。モジュール構造により、エンジニアは明確に定義されたインターフェースを活用し、さまざまなAMRプラットフォームやアプリケーション要件に合わせてドライブシステムを適合させることができます。

安全機能のオプションには、Safe Torque Off（STO）、Safe Brake Control（SBC）、Safe Limited Speed（SLS）、およびSafe Stop 1（SS1）が含まれます。STOはモータトルクの遮断、SBCはブレーキの制御を担当します。また、SLSはドライブシステムを明確に定義された速度範囲内に維持します。SS1は、ドライブを制御して安全に停止させます。これらの機能をドライブシステムのコンセプトに統合することで、車両アーキテクチャの簡素化を実現すると同時に、設計の標準化（再現可能性）の向上にも貢献します。
 

エンジニアが求めているのは、必要なホイールトルク、積載能力、走行速度、制動性能を、コンパクトかつ信頼性の高いパッケージで実現するドライブシステムです。そのためには、適切な公称電圧範囲、ホイール径、連続トルク／ピークトルク、ラジアル荷重容量、デューティサイクル性能、そして期待される耐用年数を満たすことが重要です。さらに、システムには、クローズドループ制御を実現するエンコーダ、負荷がかかった状態でも安全に停止できる保持ブレーキ、車両アーキテクチャと統合可能なコントローラなど、重要なコンポーネントを搭載またはサポートしていることが求められます。CANopenやEtherCATなどの通信インターフェースは、AMRの制御システムとの接続に欠かせません。また、ハイブリッドケーブルによるシンプルな配線構成は、設置工数の削減と信頼性の向上に貢献します。安全性が重視されるアプリケーションでは、安全トルク制御 Safe Torque Off（STO）や安全ブレーキ制御 Safe Brake Control（SBC）などの安全機能も必要です。これらの機能により、モータトルクを確実に遮断し、停止時に車両を安全な状態で保持できます。統合型ホイールドライブは、モータ、ギアヘッド、ホイール、ブレーキ、そしてフィードバックシステムを、検証済みの単一サブシステムとして統合することで、これらの要件に対応します。その結果、設計の複雑さを軽減し、立ち上げ期間を短縮とシステム統合のリスクの低減を実現します。maxonが、これらすべてを提供します。

AMRのドライブシステムには、ロボットを移動させるだけでなく、他にもさまざまな役割を担っているため、機能の安全は極めて重要です。また、ペイロード、運転条件、車両構成が常に変化する状況でも、安全に減速、停止、位置/速度の安定といった動作を確実に実現しなくてはいけません。

統合型ドライブシステムでは、ホイール、モータ、ギアヘッド、ブレーキが、明確に定義されたサブシステムの一部として連携して機能するよう設計されています。これにより、安全に関連する機能を車両のアーキテクチャ全体へ容易に組み込むことができ、さまざまなAMRプラットフォームへ柔軟に展開することが可能となっています。

Safe Torque Off（STO）、Safe Brake Control（SBC）、Safe Limited Speed（SLS）、Safe Stop 1（SS1）などの機能が、安全関連の動作を予測可能かつ一貫性のあるものにしています。STOはモータトルクの遮断、SBCはブレーキの制御を担当します。また、SLSはドライブシステムを明確に定義された速度範囲内に維持します。SS1は、ドライブを制御して安全に停止させます。これらの機能をドライブシステムのコンセプトに統合することで、車両アーキテクチャの簡素化を実現すると同時に、設計の標準化（再現可能性）の向上にも貢献します。

モジュール化された統合型ドライブシステムにより、エンジニアリングチームは、実績のあるモーション/制御機能をさまざまな車両バリエーションにおいて再現し、実装できます。これにより、システム統合にかかる工数を削減し、検証プロセスを簡素化するとともに、ダイナミックに変化する物流環境で稼働するAMRの開発プロセスを、より再現性の高いものにすることができます。

統合型ドライブシステムでは、安全関連機能、モータ制御、およびブレーキ機能を、明確に定義・文書化されたサブシステムとして統合することで、安全性検証の複雑さを軽減できます。これにより、エンジニアリングチームはインターフェースをより明確に定義できるとともに、車両レベルで評価すべき相互作用の数を削減できます。

適用可能な場合は、事前認証済みのドライブソリューションを使用することで、AMRメーカーの検証プロセスの基準をより明確に定義できます。ただし、これによって車両レベルで実施するリスクアセスメントや検証が不要になるわけではありません。しかしながら、認証機関に対して車両全体の安全関連動作を実証する際には、インターフェースに関する試験や文書作成の工数を削減できます。

コンパクトで高度に統合されたドライブシステムは、設置スペースを最小限に抑えるとともに、車両全体の軽量化を実現します。これにより、バッテリー、センサー、ペイロード、その他の重要なコンポーネントのためのスペースをより多く確保できます。ぴったり合致する高出力密度のコンポーネントを組み合わせることで、ドライブホイールは、より小さな設置スペースで、より高い効率・性能を実現します。

これにより、エネルギー効率が向上し、次に充電が必要となるまでの連続稼働時間を延ばすとともに、システム全体のアーキテクチャを簡素化できます。

maxonのドライブシステムはモジュール式で、用途や要件に応じて柔軟に構成可能です。標準仕様をベースとした変更により市場投入までの期間を短縮できる一方、カスタマイズ仕様では、個々のAMR固有の機械的、電気的、機能的な要件に個別に対応できます。

maxonのエンジニアリングチームは、構想から量産に至るまで、一貫したサポートを提供します。また、ホイールドライブを車両アーキテクチャに適合させるとともに、システム統合、検証、妥当性確認に活用できるデジタル設計データを提供します。