全新 XPlanar 平面传输系统

之前我们介绍了不少电驱传输系统，它们大都是基于长定子直线电机技术运行的，同时动子滑块必须要沿着封闭的线性轨道循环串列运转。即使是像 ACOPOStrak 这样轨道布局已经有了很高的灵活性，其滑块在轨道上的运动依然还是顺序串联的队列方式，它们只能在固定的节点处进行变轨、超越或避让；与此同时，为了实现滑块的循环运转，一套闭环的轨道系统也仍然是必不可少的。



不过，昨天在德国纽伦堡举行的 SPS IPC Drives 上由 Beckhoff 展出的一款名为 XPlanar 的产品，或许会让我们对电驱传输技术再多一点新的认识。

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从外观看，XPlanar 的结构有点像游戏房里的桌上冰球机。定子部分已经完全没有了所谓“轨道”的概念，取而代之的是由多个“砖块”拼接组成的传输“路面”；其动子结构貌似也十分简单，就是一个扁平的托盘，连支撑导向的滑轮组都木有。



目测 XPlanar 运行的原理应该还是比较类似于传统的直线电机的，就是说这些拼装在一起的定子“砖块”内部是集成有驱动装置和动力线圈的，而每一个动子托盘内部也应该是嵌有永磁体的；定子通电后，在上位控制器的指令作用下，传输路面上会生成交变可控的磁场，与动子托盘内部嵌入的永磁体相互之间产生作用力，最终驱动托盘的运动。



但如果看下官方发布的信息，就不难发现，XPlanar 与传统的长定子直线电机在功能上的差别还是蛮大的。个人觉得，有两个关键字是比较值得关注的。

一个是“滑块自由悬浮 Free-floating movers”。正如下面这张图所看到的，滑块是悬浮在传输平面上运动的，其负载重量是通过滑块与定子线圈之间的磁场作用力支撑的，这样就省去了用于承重的滑轮组。



另一个是 “六自由度 Six Degrees of Freedom”。就是说，托盘与路面之间磁场的相互作用，产生的将不再是一个简单的用于启停、加减速的推进、制动力，而是一组带有方向的矢量作用力；这不仅省去了用于导向的滑轮组，还因为摆脱了物理轨道的束缚，而极大的提升了滑块运动姿态的灵活性，让托盘除了可以在二维平面内自由运动以外，还能够完成自转、倾斜、升降...等类型的动作。



简单看下产品规格。

目前 Beckhoff 推出的这套 XPlanar：其定子模块尺寸为 240 x 240 mm，用户可以根据应用需要自由拼装成任意几何形状。

动子托盘则有四种不同规格可供选择：

95 x 95 mm 小型移动装置，有效载荷可达 0.4 kg

155 x 155 mm 标准动力装置，有效载荷可达 1.5 kg

155 x 275 mm 长动子，有效载荷可达 3 kg

275 x 275 mm 大型移动装置，有效载荷可达 6 kg

运动性能上，XPlanar 滑块在平铺的定子路面上运动的最高线速度可达 4 m / s，加速度可达 2 g，重复定位精度为 50μm；除此以外，它们各自还可以实现：

最大 5mm 的升降运动，可选择称重功能；

最大 5° 倾斜运动，用于处理液体的运输；

在特定的定子面板上方 ±15° 或 360° 范围内的自转运动。

关于控制接口，官宣称 XPlanar 系统可以兼容 倍福方 面于最近新发布的 EtherCAT G 通讯协议。不知这是否与其系统运行较高的复杂性有关，毕竟在控制数据交互方面，XPlanar 这种二维平面运控系统与以往的线性传输系统完全不是一个量级的。

而在编程组态方面，Beckhoff 则表示 XPlaner 系统是基于其 TwinCAT 软件平台的，其中已经集成了滑块运动的路径优化、防撞机制、同步运动等功能，甚至在必要时，用户还可以选择将多个托盘编组控制，以满足较大负载的输送需求。

那么，像 XPlanar 这样的平面传输系统，其有着怎样的应用特点呢？结合手头有限的信息，和大家分享下我个人的观点。



首先自然是设备物流系统灵活性的提升。道理很简单：

一方面，因为每个托盘的动作姿态是可以灵活调整的；

另一方面，托盘的运动轨迹不再受到物理轨道的限制，而是可以通过数字程序在传输平面上更加自由的规划的。

因此，XPlanar 应该很适合用于多台设备或和多个工位之间较为复杂的物料交接。

其次，可以看到 XPlanar 以十分简洁的机械结构和无接触的驱动方式，达到了极高的动态传输定位精度，因此，官方表述中称其可以在某些物料输送环节替代传统的机器人、机械臂或复杂的机电装置，这完全是有可能的。



再者，XPlanar 滑块的运动是悬浮式的，运行过程中几乎不会有任何噪音或机械磨损。因此，它应该很适合那些对设备环境要求比较严苛的应用场合，例如：玻璃加工、医药卫生/制药、食品饮料、塑料薄膜、半导体、洁净室...等等。

另外，还是因为滑块运动是无摩擦、非接触的，省去了轨道、导轮和滑轮机构，因此，可以想像，XPlanar 在机械方面的使用寿命应该是不难保证的，同时其运行能耗与维护成本也都会是比较低的，这在一定程度上有助于提升设备运营与维护的综合效率。



当然，和任何新推出的产品技术一样，在用户决定掏钱购买之前，除了各种吸引眼球的亮点以外，总归还有一些更为关键的因素是需要考虑的。而在 XPlanar 这个平面传输技术上，我觉得至少有这样几点不确定性是值得进一步探讨的：

具体的行业应用场景。也就是落实到特定的机电设备，将给原有系统的布局带来怎样的变化与调整；

操作环境的易用性如何？这主要是指在软件系统中，各个滑块（托盘）运动的轨迹规划、姿态调整以及与其他设备之间同步关系的配置，是基于物理位置、还是面向流程抑或是采用其他方式...

系统采购价格。这一点的重要性，就不用我在这里多说了吧;

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