工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求

2020-10-14 11:39

机器人电动伺服驱动体系是运用各种电动机发生的力矩和力,直接或间接地驱动机器人本体以取得机器人的各种运动的执行组织。


对工业机器人关节驱动的电动机,要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较广大且滑润的调速规模。特别是像机器人结尾执行器应选用体积、质量尽可能小的电动机,尤其是要求快速呼应时,伺服电动机有必要具有较高的可靠性和稳定性,而且具有较大的短时过载才能。这是伺服电动机在工业机器人中运用的先决条件。


一、机器人对关节驱动电机的首要要求规纳如下


1.快速性


电动机从取得指令信号到完结指令所要求的作业状况的时刻应短。呼应指令信号的时刻愈短,电伺服体系的灵敏性愈高,快速呼应功用愈好,一般是以伺服电动机的机电时刻常数的巨细来阐明伺服电动机快速呼应的功用。


2.起动转矩惯量比大


在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电动机的起动转矩大,转动惯量小。


3.操控特性的接连性和直线性,跟着操控信号的改动,电动机的转速能接连改动,有时还需转速与操控信号成正比或近似成正比。


4.调速规模宽。


能运用于1:1000~10000的调速规模。


5.体积小、质量小、轴向尺寸短。


6.能饱尝得起严苛的运转条件,可进行非常频频的正反向和加减速运转,并能在短时刻内接受过载。


现在,因为高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛运用,一般负载1000N以下的工业机器人大多选用电伺服驱动体系。所选用的关节驱动电动机首要是AC伺服电动机,步进电动机和DC伺服电动机。其间,沟通伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机均选用方位闭环操控,一般运用于高精度、高速度的机器人驱动体系中。步进电动机驱动体系多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环体系中。沟通伺服电动机因为选用电子换向,无换向火花,在易燃易爆环境中得到了广泛的运用。机器人关节驱动电动机的功率规模一般为0.1~10kW。工业机器人驱动体系中所选用的电动机。


二、电机大致可细分为以下几种:


1.沟通伺服电动机   


包含同步型沟通伺服电动机及反应式步进电动机等。


2.直流伺服电动机   


包含小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。


3.步进电动机  


包含永磁感应步进电动机。


速度传感器多选用测速发电机和旋转变压器;方位传感器多用光电码盘和旋转变压器。近年来,国外机器人制作厂家已经在运用一种集光电码盘及旋转变压器功用为一体的混合式光电方位传感器,伺服电动机可与方位及速度检测器、制动器、减速组织组成伺服电动机驱动单元。


机器人驱动体系要求传动体系空隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大。


三、常用的减速组织


1.RV减速组织;

2.谐波减速机械;

3.摆线针轮减速组织;

4.行星齿轮减速机械;

5.无侧隙减速组织;

6.蜗轮减速组织;

7.滚珠丝杠组织;

8.金属带/齿形减速组织;

9.球减速组织。 


工业机器人电动机驱动原理如图1所示。



工业机器人电动伺服体系的一般结构为三个闭环操控,即电流环、速度环和方位环。


现在国外许多电动机生产厂家均开宣布与沟通伺服电动机相适配的驱动产品,用户依据自己所需功用偏重不同而挑选不同的伺服操控方法,一般情况下,沟通伺服驱动器,可经过对其内部功用参数进行人工设定而完成以下功用:


    1.方位操控方法;


    2.速度操控方法;


    3.转矩操控方法;


    4.方位、速度混合方法;


    5.方位、转矩混合方法;


    6.速度、转矩混合方法;


    7.转矩约束;


    8.方位差错过大报警;


    9.速度PID参数设置;


    10.速度及加速度前馈参数设置;  


    11.零漂补偿参数设置;


    12.加减速时刻设置等。


四、驱动器品种


1.直流伺服电动机驱动器


直流伺服电动机驱动器多选用脉宽调制伺服驱动器,经过改动脉冲宽度来改动加在电动机电枢两头的均匀电压,然后改动电动机的转速。


PWM伺服驱动器具有调速规模宽、低速特性好、呼应快、功率高、过载才能强等特色,在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器。


2.同步式沟通伺服电动机驱动器


同直流伺服电动机驱动体系比较,同步式沟通伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等长处,在工业机器人中得到广泛运用。


同步式沟通伺服电动机驱动器一般选用电流型脉宽调制相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环操控体系,以完成对三相永磁同步伺服电动机的电流操控。依据其作业原理、驱动电流波形和操控方法的不同,它又可分为两种伺服体系:


矩形波电流驱动的永磁沟通伺服体系。


正弦波电流驱动的永磁沟通伺服体系。


选用矩形波电流驱动的永磁沟通伺服电动机称为无刷直流伺服电动机,选用正弦波电流驱动的永磁沟通伺服电动机称为无刷沟通伺服电动机。


3.步进电动机驱动器


步进电动机是将电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件,它的角位移和线位移量与脉冲数成正比。转速或线速度与脉冲频率成正比。在负载才能的规模内,这些联系不因电源电压、负载巨细、环境条件的动摇而改动,差错不长时间堆集,步进电动机驱动体系能够在较宽的规模内,经过改动脉冲频率来调速,完成快速起动、正反转制动。作为一种开环数字操控体系,在小型机器人中得到较广泛的运用。但因为其存在过载才能差、调速规模相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺陷,一般只运用于小型或简易型机器人中。


步进电动机所用的驱动器,首要包含脉冲发生器、环形分配器和功率放大等几大部分,其原理框图如图2所示。


4.直接驱动


所谓直接驱动体系,便是电动机与其所驱动的负载直接耦合在一起,中心不存在任何减速组织。


同传统的电动机伺服驱动比较,DD驱动减少了减速组织,然后减少了体系传动过程中减速组织所发生的空隙和松动,极大地提高了机器人的精度,一起也减少了因为减速组织的冲突及传送转矩脉动所形成的机器人操控精度下降。而DD驱动因为具有上述长处,所以机械刚性好,能够高速高精度动作,且具有部件少、结构简略、简单修理、可靠性高级特色,在高精度、高速工业机器人运用中越来越引起人们的注重。


作为DD驱动技能的关键环节是DD电动机及其驱动器。它应具有以下特性:


输出转矩大:为传统驱动方法中伺服电动机输出转矩的50~100倍。


转矩脉动小:DD电动机的转矩脉动可抑制在输出转矩的5%~10%以内。


功率:与选用合理阻抗匹配的电动机比较,DD电动机是在功率转化较差的运用条件下作业的。因而,负载越大,越倾向于选用较大的电动机。


现在,DD电动机首要分为变磁阻型和变磁阻混合型,有以下两种结构型式:


双定子结构变磁阻型DD电动机;


中心定子型结构的变磁阻混合型DD电动机。


5.特种驱动器


压电驱动器。


众所周知,运用压电元件的电或电致弹性现象已制作出应变式加速度传感器和超声波传感器,压电驱动器运用电场能把几微米到几百微米的位移操控在高于微米级大的力,所以压电驱动器一般用于特别用处的微型机器人体系中。


超声波电动机。


真空电动机。


用于超洁净环境下作业的真空机器人,例如用于转移半导体硅片的超真空机器人等。


步进电动机驱动器原理框图

技术支持

新闻资讯

周一至周五 08:30~17:30