【应用案例】AGV小车的运动控制方案

前言

为了提高生产力和优化物流，越来越多的公司实现了内部物流的自动化。因此自动导引运输车 (AGV) 到自主移动机器人 (AMR)出现在大家的视野里，工厂车间和仓库正在发生变化。

然而，初始投资和安全问题仍然阻碍了 AGV 或 AMR 的广泛采用。Trinamic久经考验的设计为运动控制设定了性能标准，工程师可以解决这些问题并轻松集成高级诊断和安全功能，而无需额外成本。受益于即插即用构建块，使运动控制像 1-2-3 一样简单。

什么是AGV小车

AGV小车分为很多种，我们称之为搬运机器人，其用途及功能也是十分的广泛，在一般大型物流仓库中我们可以看到，有普通的AGV小车，其有着自动导航定位，负责搬运货架或者货物到指定位置；

有智能型的叉车式AGV，自动检测及强大的搬动功能，它主要负责搬动较多并且已经叠放整齐的物品；

还有复合型AGV，在移动的AGV小车上加上了一个机械臂，能够识别物品，负责货物品的分拣及搬运。

面临的挑战

由于设备的特殊性，AGV小车在运动过程中涉及到人生安全、仓储运行碰撞安全以及货物安全等原因，所以它必须要有一个高精度的定位、运行及轨迹运行控制系统。那么要实现这一点，必须有一个可靠、高精度的伺服控制器来实现这一套轨迹运行。

安全性极高的运动控制系统，绝大多数情况下首选为伺服驱动器。但是传统的伺服驱动器存在的问题是什么呢？我们将它为三个部分：

体积大、价格昂贵

安装与操作极其复杂，给AGV的研发与生产带来了不少的阻碍。

复杂的伺服算法，特别是想要自主研发传统的伺服控制器，而伺服算法，则是一座难以难以逾越的大山。

Trinamic带来的方案

为了应对这一难题，Trinamic推出了一个专门针对小型化、低成本化及完整的运动控制方案。Trinamic结合自身的运动控制多年的经验，TMC4671运应而生，它的特点是完美地解决FOC软算法无法被一般的企业掌握的难题，提供了一个简单的解决方案，能够让您在短时间内搭建一套完美的伺服工作系统。

TMC4671

TMC4671是一个纯FOC芯片，可为BLDC/PMSM提供磁场矢量控制，它提升了算法，电流环、速度环以及位置环的闭环。用户所要做的，就是通过简单的寄存器配置，然后直接给TMC4761发送力矩指令、速度指令或者位置指令，从而就无需再去面对复杂的算法。

主要特性：

具有磁场定向控制的伺服控制器

转矩控制（FOC），速度控制，位置控制

前馈控制输入

集成ADC，delta sigma-ADC前端

编码器引擎：霍尔模拟/数字，编码器模拟/数字

支持3相PMSM/ BLDC，2相步进电机和直流电机

高级PWM引擎（25kHz ... 1000kHz）

应用程序SPI +调试（UART，SPI）

步进方向接口（S / D）

有哪些改进

• 小型化：驱动器模块化，让控制系统做到更小
• 性能方面：带有磁场矢量控制（FOC）
• 控制方面：内置算法控制，配置寄存器，控制更简单
• 控制功能方面：集成了ADCs、位置传感器接口、位置差值器
• 成本优化方面：更简单的研发低成本且经济高效的伺服控制系统
  
• 制造工艺方面：QFN76 (10.5×6.5)

总结

TMC4671是一个完美解决了伺服算法的芯片，只需通过简单的力矩、速度和位置指令，再结合常规的预驱和MOS管，就能够实现一套高性能、完整的伺服控制器。