Entraînement mécatronique pour systèmes de transport autonomes

04/01/2020

Sumitomo et Lafert ont présenté leur développement commun "SMARTRIS" pour la première fois au salon SPS.

Sumitomo Drive Technologies et le groupe Lafert s'associent pour servir le marché en pleine croissance des véhicules autonomes guidés (AGV) avec un triptyque composé d'un réducteur, d'un moteur et d'un variateur. "Smartris" est le nom de la nouvelle solution mécatronique conçue pour des charges allant jusqu'à plus de 3 000 kilogrammes et prête à être installée.

L'Europe est leader sur le marché mondial des systèmes de transport autonomes. Les analyses sectorielles montrent que l'Europe représente environ un tiers du marché mondial avec 34 pour cent, suivie par l'espace économique asiatique avec près de 28 pour cent et l'Amérique du Nord avec près de 23 pour cent. Exprimé en monnaie forte, le marché des AGV représentait en 2016 un volume de 1,56 milliard de dollars américains. Mais cela ne va pas s'arrêter là. Les analyses du secteur prévoient une croissance mondiale de 9,34 pour cent par an jusqu'en 2022. Pour l'Europe, les recherches de Sumitomo Drive Technologies prévoient une augmentation annuelle de 8,48 pour cent sur cette période. Derrière cela, l'Europe voit son chiffre d'affaires passer de 538,8 millions de dollars en 2016 à 880,9 millions de dollars en 2022.

Projet de développement commun pour AGV

Sumitomo Drive Technologies accompagne le marché en pleine croissance avec une nouvelle solution d'entraînement mécatronique. La combinaison d'un réducteur cycloïdal, d'un servomoteur synchrone et d'un régulateur d'entraînement représente le premier projet de développement commun avec le groupe italien Lafert. Le fabricant leader de servo-entraînements appartient depuis 2018 au groupe japonais Sumitomo Heavy Industries (SHI) et assume à l'échelle du groupe le rôle de centre de compétence mondial pour les variateurs et les moteurs. "Smartris est synonyme d'entraînement intelligent composé de trois éléments : un réducteur, un moteur et un régulateur", explique Nils Zieglgänsberger, responsable du développement commercial chez Sumitomo Drive Technologies. Le charme de cette solution réside dans son adaptation mécatronique à l'utilisation dans des systèmes de transport à conduite autonome. Les caractéristiques bienvenues sont la densité de puissance, la structure compacte, l'efficacité énergétique, la sécurité de fonctionnement élevée et la robustesse. La solution est complétée par le variateur 48 V de Lafert, également conçu pour cette application.

Plus d'espace grâce à moins de roulements

Du point de vue de la performance, Sumitomo Drive Technologies et le groupe Lafert se sont concentrés sur le flux de matériel intralogistique avec des europalettes et des charges totales du véhicule et du chargement pouvant dépasser 3.000 kilogrammes. Lors de la conception des réducteurs, il fallait trouver un compromis constructif permettant de maîtriser les forces en présence de manière idéale et sans faire de compromis sur le rendement. Les forces qui doivent être absorbées par l'engrenage sont des forces transversales et radiales qui résultent des virages et de la charge de transport. Le palier principal intégré dans la boîte de vitesses réduit les pertes par frottement et permet aux fabricants de systèmes de transport sans conducteur de disposer de plus d'espace - et l'espace est une denrée rare dans les AGV.

Contexte : si le motoréducteur est en mesure de prendre en charge l'ensemble des paliers du véhicule et de son chargement, il n'est plus nécessaire de prévoir un palier supplémentaire et un autre essieu. Le motoréducteur fonctionne ainsi quasiment comme un entraînement direct avec l'engrenage cycloïdal comme jante chez Pro & Ultra. Dans le cas du Smartris, la bague extérieure du réducteur est donc aussi directement reliée à une garniture de friction faisant office de pneu.

Deux univers de produits combinés

Pour les paliers exigeants, les constructeurs de Markt Indersdorf se servent du système modulaire d'engrenages Fine Cyclo et les combinent avec des engrenages cycloïdaux durables de la série Altax. Cette interaction permet de placer les bonnes caractéristiques au bon endroit dans l'entraînement de l'AGV. Il n'était pas possible de combiner d'emblée les servomoteurs avec les réducteurs de la série Fine Cyclo en raison des forces en présence, car ce type de réducteur est conçu pour la précision et non pour le rendement. Dans le cas de l'entraînement hybride, les propriétés robustes du palier ne se font donc pas au détriment de la dynamique et du rendement. La conversion idéale de l'énergie électrique utilisée en mouvement compte justement dans les applications AGV. "En raison de la capacité limitée des batteries, le rendement a une influence directe de 1:1 sur la durée de fonctionnement", rapporte Nils Zieglgänsberger. L'exigence d'efficacité énergétique se traduit également par l'utilisation de moteurs à aimants permanents. Dans cette combinaison, la puissance dissipée des motoréducteurs est donc faible, sans pour autant que le couple soit réduit. "Nous avons besoin de puissance, car les AGV transportent de bonnes charges en service continu. Pour cela, nous devons transférer le poids directement sur les roues motrices afin d'obtenir suffisamment d'adhérence et donc de sécurité de conduite sur la piste".

Bien lubrifié avec de la graisse plutôt que de l'huile

Sécurité sur la piste : pour que les véhicules ne perdent pas leur adhérence, il faut aussi éviter de manière fiable les traces d'huile. C'est pourquoi Sumitomo Drive Technologies renonce à l'huile de transmission classique pour la lubrification à vie - et utilise à la place une graisse spécialement développée pour cette application. Les effets d'un joint défectueux - qui ne peuvent jamais être totalement exclus, surtout en fonctionnement continu - n'entraînent donc pas de film d'huile glissant dans le flux de matériel. Nils Zieglgänsberger : "Il en résulterait une énorme pollution sur la surface logistique si un véhicule perdait de l'huile et la répandait de plus en plus sur le trajet pendant une période passée inaperçue". Le fait que les véhicules de transport autonomes circulent souvent dans des zones "où il n'y a personne sur place et où, par conséquent, personne ne peut détecter rapidement une fuite" complique encore la situation. Autre inconvénient : si la boîte de vitesses perd de l'huile, elle perd aussi son lubrifiant. L'usure augmente donc, jusqu'à la panne totale soudaine.

Facile à intégrer

Afin de pouvoir intégrer facilement les nouveaux entraînements AVG dans les systèmes de transport de différents fabricants, Sumitomo Drive Technologies propose des systèmes de support et des brides de montage adaptés. "Les interfaces mécaniques sont généralement différentes pour chaque véhicule. Nos entraînements peuvent néanmoins être facilement combinés avec des systèmes de montage et de support spécifiques au client", explique le responsable du développement commercial. Dans leur développement commun, les deux entreprises couvrent les besoins de puissance spécifiques aux applications avec cinq tailles, dont deux pour les charges lourdes. Smartris a été présenté pour la première fois à Nuremberg lors du salon SPS et a suscité un intérêt particulier de la part des visiteurs.