機(jī)器人上應(yīng)用三菱伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)

機(jī)器人是一類用于接受人類的命令完成相應(yīng)的動(dòng)作，也可以預(yù)計(jì)設(shè)程序來完成相應(yīng)的任務(wù)，且具有可編程能力的機(jī)器裝置。但是在生活中，機(jī)器人并不像電影里表現(xiàn)的那樣無所不能、和人類相似的地步。在目前科技發(fā)展的水平，即使機(jī)器人有人類的外形，但是其人工智能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)在人類之下，而且大多數(shù)的機(jī)器人并不具有人類的外形。一般來說，機(jī)器人能夠增加生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的和改善人類生活的方便程度。所以，機(jī)器人是一個(gè)協(xié)助或取代人類工作的的機(jī)械裝置。

現(xiàn)在的用于工業(yè)的機(jī)器人起源于數(shù)控機(jī)床和遙操作控制器。操作控制器是一類允許操作者在一定距離內(nèi)執(zhí)行某一操作的設(shè)備。它是在二戰(zhàn)期間為處理放射

性物質(zhì)而研發(fā)的。操作人員和需要處理的放射性物質(zhì)被一堵混泥土墻隔開，在墻上有幾個(gè)可供觀測(cè)的小孔孔。此時(shí)，遙操作控制器代替人的手，其里面裝有一對(duì)

夾子，是從動(dòng)件：遙操作控制器外面裝有兩個(gè)手柄，是主動(dòng)件。夾子和手柄是由自由度機(jī)械裝置連接在一起，為主動(dòng)件和從動(dòng)件提供任意位置的運(yùn)動(dòng)。在1947

年，第一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的遙操作控制器研發(fā)完成。

一．工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中伺服電機(jī)的“慣量匹配”如何確定？
傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。
衡量機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)越好；慣量越大，馬達(dá)的負(fù)載也就越大，越難控制，但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和馬達(dá)慣量相匹配才行。不同的機(jī)構(gòu)，對(duì)慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。不同的機(jī)構(gòu)動(dòng)作及加工質(zhì)量要求對(duì)JL與JM大小關(guān)系有不同的要求，但大多要求JL與JM的比值小于十以內(nèi)。一句話，慣性匹配的確定需要根據(jù)機(jī)械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來確定。對(duì)于基礎(chǔ)金屬切削機(jī)床，對(duì)于伺服電機(jī)來說，一般負(fù)載慣量建議應(yīng)小于電機(jī)慣量的5倍。
慣量匹配對(duì)于電機(jī)選型很重要的，同樣功率的電機(jī)，有些品牌有分輕慣量，中慣量，或大慣量。其實(shí)負(fù)載慣量最好還是用公式計(jì)算出來。常見的形體慣量計(jì)算公式在以前學(xué)的書里都有現(xiàn)成的（可以去查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）。我們?cè)?jīng)做過一試驗(yàn)，在一伺服電機(jī)的軸伸，加一大的慣量盤準(zhǔn)備用來做測(cè)試，結(jié)果是：伺服電機(jī)低速時(shí)停不住，搖頭擺尾，不停地振蕩怎么也停不下來。后來改為：在兩個(gè)伺服電機(jī)的軸伸對(duì)接加裝聯(lián)軸器，對(duì)其中一個(gè)伺服電機(jī)通電，作為動(dòng)力即主動(dòng)，另一個(gè)伺服電機(jī)作為從動(dòng)，即做為一個(gè)小負(fù)載。原來那個(gè)搖頭擺尾的伺服電機(jī)，啟動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、停止，運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常！

二．伺服電機(jī)選型

在選擇好機(jī)械傳動(dòng)方案以后，就必須對(duì)伺服電機(jī)的型號(hào)和大小進(jìn)行選擇和確認(rèn)。

（1）選型條件：一般情況下，選擇伺服電機(jī)需滿足下列情況：

1.馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速＞系統(tǒng)所需之最高移動(dòng)轉(zhuǎn)速。

2.馬達(dá)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配。

3連續(xù)負(fù)載工作扭力≤馬達(dá)額定扭力

4.馬達(dá)最大輸出扭力＞系統(tǒng)所需最大扭力（加速時(shí)扭力）

（2）選型計(jì)算：

1. 慣量匹配計(jì)算（JL/JM）

2. 回轉(zhuǎn)速度計(jì)算（負(fù)載端轉(zhuǎn)速，馬達(dá)端轉(zhuǎn)速）

3. 負(fù)載扭矩計(jì)算（連續(xù)負(fù)載工作扭矩，加速時(shí)扭矩）

伺服系統(tǒng)在機(jī)械生產(chǎn)中使用范圍最為廣泛，各類機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位置、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度控制等，均為依靠伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的；系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)直線與轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，還能利用多套伺服系統(tǒng)的協(xié)同合作，執(zhí)行復(fù)雜的三維的運(yùn)動(dòng)控制，如仿型機(jī)床的控制、機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制等；可以完成的高精度，高速的運(yùn)動(dòng)控制，遠(yuǎn)非一般人工操作所能達(dá)到的

在運(yùn)輸行業(yè)中，電氣機(jī)床的自動(dòng)調(diào)速、高處建筑中電梯的升降控制、船舶的

自動(dòng)操舵、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛等，都有各種伺服洗為之效力

在軍事上，伺服系統(tǒng)用得更為普及，如雷達(dá)天線的自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤控制，高射

炮、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)射架的瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制、坦克炮塔的防搖穩(wěn)定控制、魚雷的自動(dòng)控制等。

在機(jī)器人領(lǐng)域，伺服系統(tǒng)得到大量應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人擁有多個(gè)自由度，每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的手臂和電機(jī)數(shù)量在

10臺(tái)以上。國際上工業(yè)機(jī)器人采用的伺服系統(tǒng)屬于專用系統(tǒng)，其特點(diǎn)是多軸合一、模塊化、特殊的散熱結(jié)構(gòu)、特殊的控制方式。

結(jié)束語：

實(shí)現(xiàn)更加智能化的多軸控制結(jié)構(gòu)。～更經(jīng)濟(jì)、更緊湊～配備高性能，高精度的絕對(duì)值編碼器。在多軸構(gòu)中（最多32軸），各軸間的電力的再生和消費(fèi)可以相互融通，實(shí)現(xiàn)節(jié)能驅(qū)動(dòng)和減少再生的處理。