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工业机器人伺服电机的特点以及不同类型伺服电机相应的控制原理

时间:2018-03-09 07:54来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
机器人的应用日渐广泛,对工业生产与提高效能有重要作用。工业机器人主要利用伺服电机进行运动控制,从而实现移动和抓取工具。本文将详细讨论伺服电机的特点以及不同类型伺服电机相应的控制原理。 运动控制原理 运动控制与机器人密切相关。工业应用中的机器

  机器人的应用日渐广泛,对工业生产与提高效能有重要作用。工业机器人主要利用伺服电机进行运动控制,从而实现移动和抓取工具。本文将详细讨论伺服电机的特点以及不同类型伺服电机相应的控制原理。

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  运动控制原理

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  运动控制与机器人密切相关。工业应用中的机器人必须透过由多款电机所构成的致动器才能自行移动,以执行任务或透过机器手臂抓取工具。 本文来自www.eadianqi.com

  机器人的运动控制系统通常由电机控制器、电机驱动、电机本体(多为伺服电机)组成。电机控制器具备智能运算功能,并可传送指令以驱动电机。驱动可提供增压电流,根据控制器指令以驱动电机。电机可以直接移动机器人,也可通过传动系统或链条系统让机器人移动。

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  图1:机器人的运动控制系统 本文来自www.eadianqi.com

  输出类型 本文来自www.eadianqi.com

  移动机器人往往用于探索大范围面积的土地,并能够使用各种螺旋桨、机器脚、轮子、轨道或机器臂移动。例如各种NI展示平台,包括VINI、VolksBot与Isadora。这些机器人分别使用了全向轮(Mecanum wheel)、一般轮以及机器手臂。而针对嵌入式控制,则可通过NI CompactRIO等嵌入式平台,并整合实时控制器与FPGA。CompactRIO亦包含可重配置机箱,能够容纳多样化的I/O配置,包含传感器输入与电机控制。 本文来自www.eadianqi.com

  VINI是使用全向轮的机器人平台,能以多方向行进。除了像传统轮子般的前进与后退,全向轮亦可将轮轴旋转为相反方向,以任何方向行进。此款车轮已普遍用于必须能在狭小空间中移动的自动堆高机等应用。

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  VINI还是一款地图描绘机器人,通过NI工业级控制器与CompactRIO执行路径规划与数据处理作业。嵌入式的工业级控制器提供雷射扫描地图,并执行机器视觉处理,让CompactRIO接收传感器数据,并在摄像机系统上控制伺服电机。 本文来自www.eadianqi.com

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  图2:VINI机器人 本文来自www.eadianqi.com

  VolksBot搭载的车轮是由德国的弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)所开发的。

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  图3:德国Fraunhofer Institute研究机构开发的RT3 VolksBot

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  Isadora则是一种会跳舞的人形机器人,经由人类操作缩小版的机器人以取得输入数据。接着开始移动自己的机器手臂与躯干,以模仿缩小版机器人的运动。Isadora采用2组CompactRIO,其中1组用于仿真已记录的运动,另1组则是让机器人重现运动轨迹。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

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  图4:Isadora跳舞机器人 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

  伺服电机控制原理及其类型 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

  伺服电机是机器人应用中常见的一种电机,其基本控制原理是利用控制回路、结合必要的电机反馈,从而协助电机进入所需的状态,如位置与速度等。由于伺服电机必须通过控制回路了解目前状态,因此其稳定性高于步进电机自动控制网www.eadianqi.com版权所有

  伺服电机有不同种类——带刷式与无刷式。有刷伺服电机与无刷伺服电机之间的差异在于其通讯机制。伺服电机的工作原理是根据反向磁力,进而移动或建立转矩。最简单的例子有固定磁场与旋转磁场。只要改变流过磁场的电流方向,即可变更磁极,并让磁极(转子)开始旋转。变更线圈的电流方向,即所谓的“换相”(commutation)。

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