對工業(yè)機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的電動機，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比弓候、高起動轉(zhuǎn)矩稳析、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積弓叛、質(zhì)量盡可能小的電動機彰居，尤其是要求快速響應(yīng)時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性撰筷，并且具有較大的短時過載能力陈惰。這是伺服電動機在工業(yè)機器人中應(yīng)用的先決條件。

一毕籽、機器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的主要要求規(guī)納如下

1．快速性

電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應(yīng)短抬闯。響應(yīng)指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高关筒，快速響應(yīng)性能愈好溶握，一般是以伺服電動機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電動機快速響應(yīng)的性能。

2．起動轉(zhuǎn)矩慣量比大

在驅(qū)動負(fù)載的情況下蒸播，要求機器人的伺服電動機的起動轉(zhuǎn)矩大睡榆，轉(zhuǎn)動慣量小。

3．控制特性的連續(xù)性和直線性袍榆，隨著控制信號的變化栽铁，電動機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比柜步。

4．調(diào)速范圍寬判原。

能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。

5．體積小冲或、質(zhì)量小今天、軸向尺寸短。

6．能經(jīng)受得起苛刻的運行條件腌棒，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行置悦，并能在短時間內(nèi)承受過載父吧。

目前，由于高起動轉(zhuǎn)矩档徘、大轉(zhuǎn)矩棘魏、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用宝各，一般負(fù)載1000N（相當(dāng)100kgf）以下的工業(yè)機器人大多采用電伺服驅(qū)動系統(tǒng)烹豫。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動電動機主要是AC伺服電動機，步進(jìn)電動機和DC伺服電動機婴削。其中廊镜，交流伺服電動機、直流伺服電動機唉俗、直接驅(qū)動電動機（DD）均采用位置閉環(huán)控制嗤朴，一般應(yīng)用于高精度、高速度的機器人驅(qū)動系統(tǒng)中虫溜。步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)多適用于對精度雹姊、速度要求不高的小型簡易機器人開環(huán)系統(tǒng)中。交流伺服電動機由于采用電子換向衡楞，無換向火花吱雏，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動電動機的功率范圍一般為0.1～10kW瘾境。工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)中所采用的電動機歧杏。

二、電機大致可細(xì)分為以下幾種：

1．交流伺服電動機

包括同步型交流伺服電動機及反應(yīng)式步進(jìn)電動機等迷守。

2．直流伺服電動機

包括小慣量永磁直流伺服電動機犬绒、印制繞組直流伺服電動機、大慣量永磁直流伺服電動機脯纽、空心杯電樞直流伺服電動機等吝。

3．步進(jìn)電動機

包括永磁感應(yīng)步進(jìn)電動機。

速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)變壓器阳框；位置傳感器多用光電碼盤和旋轉(zhuǎn)變壓器桦材。近年來，國外機器人制造廠家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤及旋轉(zhuǎn)變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器旦氓，伺服電動機可與位置及速度檢測器、制動器瓜坎、減速機構(gòu)組成伺服電動機驅(qū)動單元汛刻。

機器人驅(qū)動系統(tǒng)要求傳動系統(tǒng)間隙小、剛度大瞪歹、輸出扭矩高以及減速比大瘾色。

三演苍、常用的減速機構(gòu)

1．RV減速機構(gòu)；

2．諧波減速機械梗爸；

3．?dāng)[線針輪減速機構(gòu)氧吐；

4．行星齒輪減速機械；

5．無側(cè)隙減速機構(gòu)末盔；

6．蝸輪減速機構(gòu)筑舅；

7．滾珠絲杠機構(gòu)；

8．金屬帶／齒形減速機構(gòu)陨舱；

9．球減速機構(gòu)翠拣。

工業(yè)機器人電動機驅(qū)動原理如圖1所示。

工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個閉環(huán)控制游盲，即電流環(huán)误墓、速度環(huán)和位置環(huán)。

目前國外許多電動機生產(chǎn)廠家均開發(fā)出與交流伺服電動機相適配的驅(qū)動產(chǎn)品益缎，用戶根據(jù)自己所需功能側(cè)重不同而選擇不同的伺服控制方式谜慌，一般情況下，交流伺服驅(qū)動器莺奔，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實現(xiàn)以下功能：

1．位置控制方式欣范；

2．速度控制方式；

3．轉(zhuǎn)矩控制方式弊仪；

4．位置熙卡、速度混合方式；

5．位置冠八、轉(zhuǎn)矩混合方式选曼；

6．速度、轉(zhuǎn)矩混合方式串题；

7．轉(zhuǎn)矩限制失傍；

8．位置偏差過大報警；

9．速度PID參數(shù)設(shè)置宽舱；

10．速度及加速度前饋參數(shù)設(shè)置民沈；

11．零漂補償參數(shù)設(shè)置；

12．加減速時間設(shè)置等荸脂。

四浸速、驅(qū)動器種類

1．直流伺服電動機驅(qū)動器

直流伺服電動機驅(qū)動器多采用脈寬調(diào)制（PWM）伺服驅(qū)動器，通過改變脈沖寬度來改變加在電動機電樞兩端的平均電壓奕辖，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速就灸。

PWM伺服驅(qū)動器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好鲫肿、響應(yīng)快泡嘴、效率高甫恩、過載能力強等特點，在工業(yè)機器人中常作為直流伺服電動機驅(qū)動器酌予。

2．同步式交流伺服電動機驅(qū)動器

同直流伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)相比磺箕，同步式交流伺服電動機驅(qū)動器具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點抛虫，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用松靡。

同步式交流伺服電動機驅(qū)動器通常采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)莱褒，以實現(xiàn)對三相永磁同步伺服電動機的電流控制击困。根據(jù)其工作原理、驅(qū)動電流波形和控制方式的不同广凸，它又可分為兩種伺服系統(tǒng)：

（1）矩形波電流驅(qū)動的永磁交流伺服系統(tǒng)阅茶。

（2）正弦波電流驅(qū)動的永磁交流伺服系統(tǒng)。

采用矩形波電流驅(qū)動的永磁交流伺服電動機稱為無刷直流伺服電動機谅海，采用正弦波電流驅(qū)動的永磁交流伺服電動機稱為無刷交流伺服電動機脸哀。

3．步進(jìn)電動機驅(qū)動器

步進(jìn)電動機是將電脈沖信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的元件，它的角位移和線位移量與脈沖數(shù)成正比扭吁。轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比摧垄。在負(fù)載能力的范圍內(nèi)，這些關(guān)系不因電源電壓袱黎、負(fù)載大小匕蚁、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累道夭，步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以在較寬的范圍內(nèi)渊唁，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，實現(xiàn)快速起動倾断、正反轉(zhuǎn)制動仆玖。作為一種開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，在小型機器人中得到較廣泛的應(yīng)用守皆。但由于其存在過載能力差歪低、調(diào)速范圍相對較小、低速運動有脈動砸镀、不平衡等缺點盔曼，一般只應(yīng)用于小型或簡易型機器人中。

步進(jìn)電動機所用的驅(qū)動器唱逢，主要包括脈沖發(fā)生器羡微、環(huán)形分配器和功率放大等幾大部分，其原理框圖如圖2所示惶我。

4．直接驅(qū)動

所謂直接驅(qū)動（DD）系統(tǒng)妈倔，就是電動機與其所驅(qū)動的負(fù)載直接耦合在一起，中間不存在任何減速機構(gòu)绸贡。

同傳統(tǒng)的電動機伺服驅(qū)動相比盯蝴，DD驅(qū)動減少了減速機構(gòu)，從而減少了系統(tǒng)傳動過程中減速機構(gòu)所產(chǎn)生的間隙和松動听怕，極大地提高了機器人的精度捧挺，同時也減少了由于減速機構(gòu)的摩擦及傳送轉(zhuǎn)矩脈動所造成的機器人控制精度降低。而DD驅(qū)動由于具有上述優(yōu)點尿瞭，所以機械剛性好闽烙，可以高速高精度動作，且具有部件少声搁、結(jié)構(gòu)簡單黑竞、容易維修、可靠性高等特點尤吟，在高精度拘能、高速工業(yè)機器人應(yīng)用中越來越引起人們的重視。

作為DD驅(qū)動技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是DD電動機及其驅(qū)動器翁骗。它應(yīng)具有以下特性：

（1）輸出轉(zhuǎn)矩大：為傳統(tǒng)驅(qū)動方式中伺服電動機輸出轉(zhuǎn)矩的50～100倍侣沐。

（2）轉(zhuǎn)矩脈動小： DD電動機的轉(zhuǎn)矩脈動可抑制在輸出轉(zhuǎn)矩的5％～10％以內(nèi)引笛。

（3）效率：與采用合理阻抗匹配的電動機（傳統(tǒng)驅(qū)動方式下）相比笆低，DD電動機是在功率轉(zhuǎn)換較差的使用條件下工作的。因此决毕，負(fù)載越大忌挺，越傾向于選用較大的電動機。

目前浆菇，DD電動機主要分為變磁阻型和變磁阻混合型遥加，有以下兩種結(jié)構(gòu)型式：

（1）雙定子結(jié)構(gòu)變磁阻型DD電動機；

（2）中央定子型結(jié)構(gòu)的變磁阻混合型DD電動機竣伍。

5．特種驅(qū)動器

（1）壓電驅(qū)動器观复。

眾所周知，利用壓電元件的電或電致伸縮現(xiàn)象已制造出應(yīng)變式加速度傳感器和超聲波傳感器页畦，壓電驅(qū)動器利用電場能把幾微米到幾百微米的位移控制在高于微米級大的力胖替，所以壓電驅(qū)動器一般用于特殊用途的微型機器人系統(tǒng)中。

（2）超聲波電動機豫缨。

（3）真空電動機独令。

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(dǎo)體硅片的超真空機器人等好芭。

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