工業機器人電機的選擇指南
發布時間:2016/7/5 11:37:23 瀏覽次數:5206工(gong)業機(ji)器(qi)人可以執(zhi)行特定的(de)(de)(de)(de)、精確定義的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)務，比如(ru)流水線作業，手(shou)術援助，倉庫發貨/檢(jian)索，甚(shen)至還有礦井(jing)清理。當前的(de)(de)(de)(de)機(ji)器(qi)人可以同時處(chu)理高(gao)度(du)(du)重(zhong)復的(de)(de)(de)(de)任(ren)(ren)務和(he)復雜(za)的(de)(de)(de)(de)功能(neng)，比如(ru)需(xu)要(yao)具備方(fang)向和(he)行動上(圖1)的(de)(de)(de)(de)靈(ling)活(huo)性。隨著技術的(de)(de)(de)(de)改(gai)進，速度(du)(du)和(he)靈(ling)活(huo)性在(zai)提(ti)升，成(cheng)本也有所下降，人們的(de)(de)(de)(de)接(jie)受(shou)程度(du)(du)也在(zai)增加。目前已(yi)接(jie)近行業中的(de)(de)(de)(de)拐點，即機(ji)器(qi)人的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本效益比人工(gong)勞力(li)更(geng)好。此外(wai)，機(ji)器(qi)視(shi)覺、計(ji)算(suan)能(neng)力(li)和(he)網(wang)絡方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)進步促使機(ji)器(qi)人獲得了更(geng)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。
隨著工業技(ji)術的(de)發展，以下幾項技(ji)術進(jin)步成(cheng)就了當(dang)前(qian)的(de)高性能工業機器人(ren)：
1、各類復(fu)雜的傳感器；
2、計算能(neng)力以(yi)及算法支持實時(shi)決策(ce)和(he)動作(zuo)；
3、電機可(ke)以(yi)快速、高精(jing)度地(di)使用機械動力(li)來完成日益復雜(za)的任務。
每個因素都(dou)對機器人設計起了至關(guan)重要的作用，因為技術的進步以及它們之間存在協同發展效應。
傳統上，管理電(dian)(dian)機(ji)對電(dian)(dian)子工程師來說一(yi)直是一(yi)個(ge)挑(tiao)戰，因(yin)為(wei)許(xu)多問題與更熟悉(xi)的(de)電(dian)(dian)子領域表現差異(yi)巨大。幸(xing)運的(de)是，技(ji)術(shu)進步使得這些(xie)問題更易于處理，同時也(ye)帶(dai)來了更好的(de)性(xing)能。例如，德州儀器(qi)DRV8816雙半(ban)橋式電(dian)(dian)機(ji)驅動(dong)器(qi)集成(cheng)了內部保護功能和低功耗睡(shui)眠(mian)模式，從而靜態電(dian)(dian)流可以非常小。高度(du)(du)集成(cheng)的(de)控(kong)制器(qi)和驅動(dong)器(qi)將(jiang)電(dian)(dian)子和電(dian)(dian)機(ji)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和集成(cheng)度(du)(du)提升到一(yi)個(ge)新水平。
工(gong)業機器(qi)人在選擇特(te)定的電機類型和型號時，設計人員需要(yao)考慮三個(ge)主要(yao)參數：
1. 電機的(de)最(zui)小和最(zui)大速度(du)(和相關聯(lian)的(de)加速度(du))；
2.電機可以提供的(de)最(zui)大扭矩，和轉矩與(yu)速度(du)曲線；
3. 電機操作(zuo)的精(jing)度和(he)重(zhong)復(fu)性(在不使(shi)用(yong)傳感器(qi)和(he)閉環控制時)。
當然，也有涉(she)及電(dian)機選擇(ze)的(de)其它諸多性能因(yin)素，包(bao)括尺寸大小，重(zhong)量和成本。對于幾乎所有小到(dao)中(zhong)型的(de)機器人傳動裝置(zhi)，為(wei)傳動裝置(zhi)供電(dian)的(de)最常用選擇(ze)包(bao)括直流(liu)有刷(shua)電(dian)機、直流(liu)無(wu)刷(shua)電(dian)機(BLDC)和步進(jin)電(dian)動機。 (不過，也有一些案(an)例中(zhong)，最好(hao)選擇(ze)是(shi)液壓與(yu)氣壓)
有(you)刷(shua)(shua)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)是(shi)最(zui)早的(de)直流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)技術(shu)，也(ye)是(shi)最(zui)簡(jian)單、成本最(zui)低的(de)選擇。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)子(zi)經(jing)由通電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)刷(shua)(shua)來開關(整流)圍繞轉(zhuan)子(zi)繞組的(de)磁(ci)場，而(er)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)刷(shua)(shua)與轉(zhuan)子(zi)接(jie)觸。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)速度是(shi)施加電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)函數(shu)，因此，驅(qu)動要求最(zui)小值，但(dan)管(guan)理轉(zhuan)矩很難。而(er)且(qie)(qie)也(ye)有(you)因電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)刷(shua)(shua)磨(mo)損引發的(de)可靠性問題，可能需維護(hu)清(qing)潔(jie)性，并且(qie)(qie)也(ye)是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)噪聲(EMI)的(de)來源。基(ji)于這些原(yuan)因，直流有(you)刷(shua)(shua)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)在(zai)大多數(shu)情(qing)況是(shi)機(ji)(ji)(ji)器(qi)人最(zui)差選擇。
直流無刷電機大約出(chu)現于20世紀60年代(dai)，相對于有刷電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，使用了(le)小型低成本強力的(de)永久磁(ci)鐵(tie)和(he)小型高效(xiao)的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)開關(通(tong)常的(de)MOSFET)來切換電(dian)(dian)(dian)流到繞(rao)組(zu)流向。 “電(dian)(dian)(dian)子(zi)換向”取代(dai)了(le)需要(yao)實際觸摸電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)刷，以(yi)接通(tong)和(he)關斷磁(ci)場。因此，磁(ci)場和(he)電(dian)(dian)(dian)能流之間的(de)關系得(de)以(yi)被(bei)發掘使用。電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)速(su)度通(tong)過改變MOSFET的(de)接通(tong)和(he)斷開的(de)速(su)度來控(kong)制(zhi)(zhi)。另外，相較(jiao)于有刷電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，無刷電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)控(kong)制(zhi)(zhi)器在馬達性能控(kong)制(zhi)(zhi)方面更嚴格。
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