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方案中心 | 机器人“关节驱动器”

机器人能跑能跳,能上下楼梯,端茶倒水的秘密武器是什么? 答案是伺服驱动器。

伺服驱动器是实现机器人运动能力的核心部件,在机器人系统中的功能等同于人体的关节组织,因此又被称为“关节驱动器”;此外,它还要承担一部分感知能力,感知外界的力之后再给外界一个力反馈,从而实现柔性控制,确保机器人在外界不断变化的环境中安全、顺畅地工作。如果把连杆和关节想象为机器人的骨骼,那么驱动器就起着肌肉的作用。

根据动力源的不同,驱动器分为「电机驱动器」「液压驱动器」和「气动驱动器」三大类。但在机器人界,一般是「电机驱动器」在独领风骚。
驱动器类型和历史

过去30多年驱动器技术的发展,主要集中在以下几方面:

1)驱动器和整机关系方面,经历了驱动器独立设计和整机融合的发展。

2)整体设计方面,经历了刚性驱动器到弹性驱动器和准直驱驱动器的发展。

3)减速器方面,经历了大传动比减速器到小传动减速器的演变。

4)控制方面,经历了从位置控制到力位混合控制和阻抗控制的演变。

3种常用的电机驱动器

电机驱动器和电机强相关,根据电机工作过程和特性的不同,电机驱动器控制电机的实现方式也各不相同。

比如,机器人电动机大多使用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机这三种,常用的机器人驱动器就是步进电机驱动器、直流伺服电动机驱动器以及同步式交流伺服电动机驱动器。

现在市面上的工业机器人,基本上采用伺服驱动器,伺服驱动器也因此和伺服电机合称为机器人伺服系统。

其中,直流伺服电动机驱动器调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强。

驱动器为何如此重要?

还得从电机控制系统说起,机器人在运动时,通常需要控制它的扭矩、速度和位置。而这些,全都靠电机控制系统来实现。一个电机控制系统,包含了电机、MCU、驱动电路、信号调理电路四大硬件。广义上,除电机以外的部分,都属于电机驱动器。

并且电机也要在驱动器的配合下,才能真正动起来。没有了驱动器,电机分分钟罢工,机器人也只能摆烂。

长期以来,日系和欧美品牌盘踞国内驱动器市场,扮演着「老大哥」的角色。

西门子、罗克韦尔、贝加莱、ABB等欧美品牌的驱动器,过载能力强、动态性能好、电磁兼容性好。日本松下、安川电机、发那科等品牌的驱动器体积小、重量轻、价格便宜。

在两座大山的压制下,国内驱动器厂商的生存空间十分有限。

好在近些年数控技术普及,国内驱动器产品已实现国外产品所具备的基本功能,完全能够满足工业机器人的需求,同时还有着更低的销售价格,驱动器的国产化进程正在加快。

本文来自微信公众号“上海市人工智能行业协会”(ID:saia2021)。大作社经授权转载,该文观点仅代表作者本人,大作社平台仅提供信息存储空间服务。