如何利用减速器替代电机转速控制机器人运动.doc
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1、如何利用减速器替代电机转速控制机器人运动从上面的机器人臂部结构图中我们可以看到,在机器人关节处都安装有电机和减速机用来控制关节运动,那么问题来了:在机器人系统中,为什么不能直接控制伺服电机转子转速控制关节运动,为何还需要减速器?要回答这个问题,首先要明确工业机器人关节的工况:1.工业机器人的关节需要撑住后端机构由于重力产生的扭矩。2.工业机器人关节转速不高。机器人关节角速度很低,可电机在极低的速度下转动是不平稳的,控制不易,需要一个机械让电机在较合理的转速下运动,保证运动的平顺。那么使用减速机的原因有两点,第一点是提扭矩,第二点就是提控制分辨率和闭环精度。例如,一个50:1的谐波减速机就能轻松
2、将一个额定100mNm的电机的额定扭矩提升到5Nm,代价是:1.转子转速比直驱高49倍本来工业机器人的关节转速就不高,一般都是每秒一两转,额定100mNm的电机轻松跑6k转/min,白不转那么快。要是嫌转的不够快?解决办法就是提电压,但这要考虑的是轴承和转子是否撑得住。2.重量提高到原来3倍举个例子,maxon EC45最厚的电机额定转矩为83mNm,重110g;maxon EC90的额定转矩为560mNm,重600g。从这个两个数据出发,可以脑补一下额定5Nm的电机重量是多少倍。3.维持相同扭矩时,发热功率是不加减速机的1/2500其实不是说额定100mNm的电机干不到5Nm,也是可以做到的
3、,只要往死里提电流就好了,但这样将会造成电机快速发烫,撑不了几秒就得冒烟,就算上了水冷电费也会比较多。要想达到相同扭矩又不想太烫就得换扭矩/发热效率高且热阻小、热容量大的电机,但这样就又回到2所说的问题了。此外,使用减速机的好处有:1.以更低价格的机械实现更高的分辨率一个普通5k线的光电码盘就能实现1.44mdeg的角度分辨率(当然,如果资金太多上正余弦编码器使劲细分也可以实现的);或者是一个5相1000步的步进电机可以做到7.2mdeg的分辨率(此处说的就是东方电机的33步进+50:1的谐波)。分辨率高的好处是转速控制可以更精确,由于量化造成的阶跃产生的高频分量变得很小,控制更加平滑。2.提
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