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內容簡(jiǎn)介：由于高起動(dòng)轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N（相當100kgf）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅動(dòng)系統。所采用的關(guān)節驅動(dòng)電動(dòng)機主要是AC伺服電動(dòng)機，步進(jìn)電動(dòng)機和DC伺服電動(dòng)機。

   機器人電動(dòng)伺服驅動(dòng)系統是利用各種電動(dòng)機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅動(dòng)機器人本體以獲得機器人的各種運動(dòng)的執行機構。對工業(yè)機器人關(guān)節驅動(dòng)的電動(dòng)機，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍，這是伺服電動(dòng)機在工業(yè)機器人中應用的先決條件。
    特別像機器人末端執行器（手爪）應采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機，尤其是要求快速響應時(shí)，伺服電動(dòng)機必須具有較高的可靠性和穩定性，并且具有較大的短時(shí)過(guò)載能力。
    機器人對關(guān)節驅動(dòng)電機的要求
    1．體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。
    2．調速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調速范圍。
    3．能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時(shí)間內承受過(guò)載。
    4．起動(dòng)轉矩慣量比大。在驅動(dòng)負載的情況下，要求機器人的伺服電動(dòng)機的起動(dòng)轉矩大，轉動(dòng)慣量小。
    5．控制特性的連續性和直線(xiàn)性，隨著(zhù)控制信號的變化，電動(dòng)機的轉速能連續變化，有時(shí)還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。
    6．快速性。電動(dòng)機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應短。響應指令信號的時(shí)間愈短，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電動(dòng)機的機電時(shí)間常數的大小來(lái)說(shuō)明伺服電動(dòng)機快速響應的性能。
    目前，由于高起動(dòng)轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N（相當100kgf）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅動(dòng)系統。所采用的關(guān)節驅動(dòng)電動(dòng)機主要是AC伺服電動(dòng)機，步進(jìn)電動(dòng)機和DC伺服電動(dòng)機。
    其中，交流伺服電動(dòng)機、直流伺服電動(dòng)機、直接驅動(dòng)電動(dòng)機（DD）均采用位置閉環(huán)控制，一般應用于高精度、高速度的機器人驅動(dòng)系統中。步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統多適用于對精度、速度要求不高的小型簡(jiǎn)易機器人開(kāi)環(huán)系統中。交流伺服電動(dòng)機由于采用電子換向，無(wú)換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關(guān)節驅動(dòng)電動(dòng)機的功率范圍一般為0.1～10kW。
    常用的減速機構
    1．RV減速機構；
    2．諧波減速機械；
    3．擺線(xiàn)針輪減速機構；
    4．行星齒輪減速機械；
    5．無(wú)側隙減速機構；
    6．蝸輪減速機構；
    7．滾珠絲杠機構；
    8．金屬帶／齒形減速機構；
    9．球減速機構。
    電機分類(lèi)
    1．交流伺服電動(dòng)機
    包括同步型交流伺服電動(dòng)機及反應式步進(jìn)電動(dòng)機等。
    2．直流伺服電動(dòng)機
    包括小慣量永磁直流伺服電動(dòng)機、印制繞組直流伺服電動(dòng)機、大慣量永磁直流伺服電動(dòng)機、空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機。
    3．步進(jìn)電動(dòng)機
    包括永磁感應步進(jìn)電動(dòng)機。
    速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉變壓器；位置傳感器多用光電碼盤(pán)和旋轉變壓器。近年來(lái)，國外已經(jīng)在使用一種集光電碼盤(pán)及旋轉變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動(dòng)機可與位置及速度檢測器、制動(dòng)器、減速機構組成伺服電動(dòng)機驅動(dòng)單元。工業(yè)機器人電動(dòng)機驅動(dòng)原理，圖1。

    機器人驅動(dòng)系統要求傳動(dòng)系統間隙小、剛度大、輸出扭矩高以及減速比大。
    工業(yè)機器人電動(dòng)伺服系統的一般結構為三個(gè)閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。
    目前國外開(kāi)發(fā)出與交流伺服電動(dòng)機相適配的驅動(dòng)產(chǎn)品，用戶(hù)根據自己所需功能側重不同而選擇不同的伺服控制方式，一般情況下，交流伺服驅動(dòng)器，可通過(guò)對其內部功能參數進(jìn)行人工設定而實(shí)現以下功能：
    位置、速度混合方式；位置、轉矩混合方式；速度、轉矩混合方式；位置控制方式；速度控制方式；轉矩控制方式；速度PID參數設置；速度及加速度前饋參數設置；零漂補償參數設置；加減速時(shí)間設置；轉矩限制；位置偏差過(guò)大報警等。
    驅動(dòng)器分類(lèi)
    1．特種驅動(dòng)器
    （1）超聲波電動(dòng)機。
    （2）真空電動(dòng)機。
    用于超潔凈環(huán)境下工作的真空機器人，例如用于搬運半導體硅片的超真空機器人等。
    （4）壓電驅動(dòng)器。
    眾所周知，利用壓電元件的電或電致伸縮現象已制造出應變式加速度傳感器和超聲波傳感器，壓電驅動(dòng)器利用電場(chǎng)能把幾微米到幾百微米的位移控制在高于微米級大的力，所以壓電驅動(dòng)器一般用于特殊用途的微型機器人系統中。
    2．同步式交流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器
    同直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)系統相比，同步式交流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器具有轉矩轉動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。
    同步式交流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器通常采用電流型脈寬調制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統，以實(shí)現對三相永磁同步伺服電動(dòng)機的電流控制。
    根據其工作原理、驅動(dòng)電流波形和控制方式的不同，它又可分為兩種伺服系統：矩形波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服系統和正弦波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服系統。
    采用矩形波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服電動(dòng)機稱(chēng)為無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機，采用正弦波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服電動(dòng)機稱(chēng)為無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機。
    3．直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器
    直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器多采用脈寬調制（PWM）伺服驅動(dòng)器，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變加在電動(dòng)機電樞兩端的平均電壓，從而改變電動(dòng)機的轉速。
    PWM伺服驅動(dòng)器具有調速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過(guò)載能力強等特點(diǎn)，在工業(yè)機器人中常作為直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器。
    4．步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)器
    步進(jìn)電動(dòng)機是將電脈沖信號變換為相應的角位移或直線(xiàn)位移的元件，它的角位移和線(xiàn)位移量與脈沖數成正比。轉速或線(xiàn)速度與脈沖頻率成正比。
    在負載能力的范圍內，這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，誤差不長(cháng)期積累，步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統可以在較寬的范圍內，通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調速，實(shí)現快速起動(dòng)、正反轉制動(dòng)。
    作為一種開(kāi)環(huán)數字控制系統，在小型機器人中得到較廣泛的應用。但由于其存在過(guò)載能力差、調速范圍相對較小、低速運動(dòng)有脈動(dòng)、不平衡等缺點(diǎn)，一般只應用于小型或簡(jiǎn)易型機器人中。
    步進(jìn)電動(dòng)機所用的驅動(dòng)器，主要包括脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和功率放大等幾大部分，其原理框圖如圖2所示。

    5．直接驅動(dòng)
    所謂直接驅動(dòng)（DD）系統，就是電動(dòng)機與其所驅動(dòng)的負載直接耦合在一起，中間不存在任何減速機構。
    同傳統的電動(dòng)機伺服驅動(dòng)相比，DD驅動(dòng)減少了減速機構，從而減少了系統傳動(dòng)過(guò)程中減速機構所產(chǎn)生的間隙和松動(dòng)，極大地提高了機器人的精度，同時(shí)也減少了由于減速機構的摩擦及傳送轉矩脈動(dòng)所造成的機器人控制精度降低。
    DD驅動(dòng)由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，機械剛性好，可以高速高精度動(dòng)作，且具有部件少、結構簡(jiǎn)單、容易維修、可靠性高等特點(diǎn)，在高精度、高速工業(yè)機器人應用中越來(lái)越引起人們的重視。
    作為DD驅動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節是DD電動(dòng)機及其驅動(dòng)器，它具有以下特性：
    （1）效率：與采用合理阻抗匹配的電動(dòng)機（傳統驅動(dòng)方式下）相比，DD電動(dòng)機是在功率轉換較差的使用條件下工作的。因此，負載越大，越傾向于選用較大的電動(dòng)機。
    （2）輸出轉矩大：為傳統驅動(dòng)方式中伺服電動(dòng)機輸出轉矩的50～100倍。
    （3）轉矩脈動(dòng)小：DD電動(dòng)機的轉矩脈動(dòng)可抑制在輸出轉矩的5％～10％以?xún)取?
    目前，DD電動(dòng)機主要分為變磁阻型和變磁阻混合型，有以下兩種結構型式：雙定子結構變磁阻型DD電動(dòng)機和中央定子型結構的變磁阻混合型DD電動(dòng)機。

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高壓電機詳解
　　壓電動(dòng)機可用于驅動(dòng)各種不同機械之用。如壓縮機、水泵、破碎機、切削機床、運輸機械及其它設備，供礦山、機械工業(yè)、石油化工工業(yè)、發(fā)電機等各種工業(yè)中作原動(dòng)機用。

電機轉矩轉速的控制精度測試是如何實(shí)現的？
　　試驗時(shí)驅動(dòng)電機控制器設為直流母線(xiàn)電壓設為額定電壓，驅動(dòng)電機系統宜處于空載、熱態(tài)、電動(dòng)工作狀態(tài)。在轉速控制精度測試時(shí)，每一個(gè)設定的轉速目標值均進(jìn)行以上實(shí)驗，選取轉速控制精度中的最大值作為驅動(dòng)電機系統的轉速控制精度。

新型伺服電機助力提高機器性能
　　新款電機能夠達到或超出IE4額定效率值，與使用IE3或更低額定效率的電機相比可以節省能源成本。與規模更大、能耗更高的電機和變頻器方案相比，Kinetix VPC伺服電機在搭配Kinetix 5700伺服驅動(dòng)器使用時(shí)的耗電量很小。

電機驅動(dòng)集成的發(fā)展。
　　雖然圖騰柱電路是作為一種成熟解決方案已流行多年，但現代和未來(lái)的系統需要更高的集成度和更高的性能。隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步，柵極驅動(dòng)器IC的成本已可與分立電路相比，這使得IC解決方案對于大多數應用而言更具吸引力和可行性。

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