用减速器?为什么不直接控制马达速度来控制机器人关节运

发布日期:2022-09-05 浏览次数:18


在机器人系统中,直接控制伺服马达的旋转速度来控制关节运动,为什么需要减速器?

为了回答这个问题,首先必须明确工业机器人关节的工作条件。
 
1.工业机器人的关节需要支撑由重力引起的后端机构产生的扭矩。
 

2.工业机器人的关节速度不高。机器人关节的角速度非常低,但是非常低速的马达旋转不稳定,难以控制。机器为了确保顺畅的运转,需要以适度的速度运转马达。


使用还原器的理由有两个。第一是增加扭矩,第二是改善控制分辨率和闭环精度。

1.旋转速度比直接驱动器高49倍
 
原本,工业机器人的关节速度并不高。一般来说,1秒转1圈或2圈。额定速度100mNM的马达容易行驶6K圈数/min。如果你不够快的话?虽然解决方案是增加电压,但是应该考虑的是轴承和转子是否能够支持。

2.重量增加到原来的3倍
 
例如,麦克森EC 45的最厚马达的额定转矩为83mNm,重量为110g的maxon EC90的额定转矩为560mnm,重量为600g。从这两个数据可以确认额定5nm的电机重量是多少次。
 
3.维持同样的扭矩时,加热功率是没有回馈器的1/2500
 
实际上100mnm的额定电动机在5nm以下并不意味着不能干。不过,虽然会提高死亡电流,但这是快速取得马达,数秒内会产生烟雾。即使水冷电费也更多。如果想在无热的情况下达到同样的扭矩,你必须用高扭矩/暖气效率、小的热阻和大的热容来改变马达,但是,这会回到2所述的问题。


此外,使用还原剂的优点如下。

1.通过低价格机器实现高分辨率
 
通常5K线的光电码盘可以达到1.44mdeg的角度分辨率(当然,如果有太多的钱,也可以通过信号和余弦编码器进行复杂的细分来实现)。或者,5相1000级步进电机可以实现7.2mdeg的分辨率(这里是Dongfang电机的33步+50:1谐波)。高分辨率的优点是速度控制更准确。在量化步骤中产生的高频成分变得非常小,控制变得顺畅。

2.改善闭环精度,更好的控制循环
 
由于50:1的大缩小比,从减速器的输出轴向电动机端传递的干扰与直接驱动相比减少37dB,在减速器的输出轴上闭环精度变高。同时,转子的惯性力矩增加了2500倍,控制环路的延迟链路主要由转子惯性控制。由于转子是由电磁力直接驱动的,所以没有由于刚性而引起的扭矩延迟,比直接驱动要好。

当然,还原剂的使用不完美,有几个缺点,但是与2个相比,使用还原剂更合适。
 

使用还原剂的缺点

1.减速器构成,编码器安装在马达端部时,减速器的制造精度影响实际精度
2.多步骤减速器的后冲油膜厚度变化等小错误依然会降低多次放大后的重复精度
3.最后,减速机会有齿轮、网状物或灵活的车轮变形
4.多链接机构的后包装的非线性结合会降低机器人的绝对精度,因此工业机器人不仅要计算重复精度,而且不需要绝对精度,机器人很难纯粹地离线编程提高展开的难度和成本。