技術(shù)

機器人上應(yīng)用三菱伺服電機和驅(qū)動器控制系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)

機器人是一類用于接受人類的命令完成相應(yīng)的動作，也可以預(yù)計設(shè)程序來完成相應(yīng)的任務(wù)，且具有可編程能力的機器裝置。但是在生活中，機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，即使機器人有人類的外形，但是其人工智能水平遠遠在人類之下，而且大多數(shù)的機器人并不具有人類的外形。一般來說，機器人能夠增加生產(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，機器人是一個協(xié)助或取代人類工作的的機械裝置。

現(xiàn)在的用于工業(yè)的機器人起源于數(shù)控機床和遙操作控制器。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，在墻上有幾個可供觀測的小孔孔。此時，遙操作控制器代替人的手，其里面裝有一對

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

年，第一臺伺服電機驅(qū)動的遙操作控制器研發(fā)完成。

一．工業(yè)機器人應(yīng)用中伺服電機的“慣量匹配”如何確定？
傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會使系統(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有利，因此，機械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。
衡量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，越難控制，但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構(gòu)，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。不同的機構(gòu)動作及加工質(zhì)量要求對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)機械的工藝特點及加工質(zhì)量要求來確定。對于基礎(chǔ)金屬切削機床，對于伺服電機來說，一般負載慣量建議應(yīng)小于電機慣量的5倍。
慣量匹配對于電機選型很重要的，同樣功率的電機，有些品牌有分輕慣量，中慣量，或大慣量。其實負載慣量最好還是用公式計算出來。常見的形體慣量計算公式在以前學(xué)的書里都有現(xiàn)成的（可以去查機械設(shè)計手冊）。我們曾經(jīng)做過一試驗，在一伺服電機的軸伸，加一大的慣量盤準備用來做測試，結(jié)果是：伺服電機低速時停不住，搖頭擺尾，不停地振蕩怎么也停不下來。后來改為：在兩個伺服電機的軸伸對接加裝聯(lián)軸器，對其中一個伺服電機通電，作為動力即主動，另一個伺服電機作為從動，即做為一個小負載。原來那個搖頭擺尾的伺服電機，啟動、運動、停止，運轉(zhuǎn)一切正常！

二．伺服電機選型

在選擇好機械傳動方案以后，就必須對伺服電機的型號和大小進行選擇和確認。

（1）選型條件：一般情況下，選擇伺服電機需滿足下列情況：

1.馬達最大轉(zhuǎn)速＞系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速。

2.馬達的轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配。

3連續(xù)負載工作扭力≤馬達額定扭力

4.馬達最大輸出扭力＞系統(tǒng)所需最大扭力（加速時扭力）

（2）選型計算：

1. 慣量匹配計算（JL/JM）

2. 回轉(zhuǎn)速度計算（負載端轉(zhuǎn)速，馬達端轉(zhuǎn)速）

3. 負載扭矩計算（連續(xù)負載工作扭矩，加速時扭矩）

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

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

自動操舵、飛機的自動駕駛等，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，如雷達天線的自動瞄準跟蹤控制，高射

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

在機器人領(lǐng)域，伺服系統(tǒng)得到大量應(yīng)用

工業(yè)機器人擁有多個自由度，每臺工業(yè)機器人的手臂和電機數(shù)量在

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

結(jié)束語：

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