就像人類手臂中的關(guān)節(jié)一樣，機(jī)器人中的各個(gè)可移動(dòng)部分也通過機(jī)器人關(guān)節(jié)相連。就像人體一樣，每個(gè)零件都是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由許多緊密相連的更小的零件組成。這些零件包括電動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)和齒輪。
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第1步
控制器從控制設(shè)備獲取命令并創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)曲線。
第2步
依靠這個(gè)曲線，控制器為電動(dòng)機(jī)生成信號(hào)，設(shè)置運(yùn)動(dòng)的速度和運(yùn)動(dòng)軌跡。
第三步
齒輪增加輸出扭矩。
第4步
編碼器監(jiān)視過程并將消息發(fā)送回控制器。
第5步
控制器分析來自編碼器的信號(hào)。如果存在錯(cuò)誤，則控制器會(huì)調(diào)整到設(shè)定的參數(shù)。
組件的特性會(huì)影響機(jī)器人的性能。讓我們看一下機(jī)器人關(guān)節(jié)中的關(guān)鍵組件：交流伺服電機(jī)
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機(jī)器人的引擎應(yīng)滿足幾個(gè)要求，確保您的機(jī)器人手臂搖動(dòng)。它應(yīng)該緊湊，并同時(shí)確保輸出功率。這里最合適，最可靠的決策是交流或直流伺服電機(jī)。它們與常規(guī)電動(dòng)機(jī)不同，因?yàn)樗鼈兓诜答伩刂撇⑶覂H在接收到信號(hào)后才移動(dòng)。我們使用交流伺服電機(jī)。下表說明了用于機(jī)器人技術(shù)的交流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)。
交流和直流伺服電機(jī)的區(qū)別
參數(shù) 交流電 直流電
重量和大小 更輕更小 更大更重
速度與扭矩 施加電壓的頻率和磁極數(shù)決定速度適用于高轉(zhuǎn)矩 恒定負(fù)載的電源電壓與速度成正比
穩(wěn)定性 更穩(wěn)定 不穩(wěn)定
控制 更復(fù)雜的控制 易于控制
價(jià)錢 更貴 不會(huì)那么貴
應(yīng)用 更多伺服系統(tǒng)，無額外要求（CNC） 伺服系統(tǒng)要求超高精度和重復(fù)性。（機(jī)器人）
噪聲 大 小
轉(zhuǎn)矩是伺服電機(jī)的核心效率特性。可以產(chǎn)生多少力？伺服器的最大負(fù)載是多少？它取決于多種因素-運(yùn)動(dòng)類型，齒輪箱，電源電壓，軸轉(zhuǎn)速，電機(jī)尺寸等。
我們創(chuàng)建了6種類型的交流伺服電機(jī)來滿足客戶的需求：
模型 RDrive 50 RDrive 60 RDrive 70 RDrive 85 RDrive 110
額定功率 65瓦 225瓦 155瓦 450瓦 450瓦
額定轉(zhuǎn)速 55轉(zhuǎn) 55轉(zhuǎn) 30轉(zhuǎn) 40轉(zhuǎn) 20轉(zhuǎn)
電源電壓 48伏 48伏 48伏 48伏 48伏
RMS電流 1,6安 3,1安 5安 8.8安 9個(gè)
工作溫度 0 - 35°C 0 - 35°C 0 - 35°C 0 - 35°C 0 - 35°C
額定扭矩 11Nm 39Nm 49Nm 108Nm 216Nm
RMS電流 28Nm 54Nm 82Nm 157Nm 333Nm
對(duì)比人類，電機(jī)是肌肉，而控制電路則是控制機(jī)器人關(guān)節(jié)的大腦。它通常基于控制回路反饋系統(tǒng)：控制器將命令傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)，將實(shí)際結(jié)果與輸入的結(jié)果進(jìn)行比較，并在需要時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)，速度和軌跡。電動(dòng)機(jī)越靠近所需位置，運(yùn)動(dòng)越慢。當(dāng)達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，電源將停止。
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這些控制器既小巧又高效，可以將它們集成到緊湊型伺服電機(jī)外殼中。精巧的設(shè)計(jì)節(jié)省了空間，避免了額外的連接器，并降低了EMC（電磁兼容性）。
在機(jī)器人關(guān)節(jié)中，編碼器就像機(jī)器人的接收器或反饋傳感器。它檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以及它如何改變其在空間和時(shí)間上的位置。然后，編碼器將此信息轉(zhuǎn)換為電脈沖，并將其發(fā)送到控制器。
傳感器分為兩個(gè)大的“種類”-增量式和絕對(duì)式。主要區(qū)別在于它們的跟蹤方法。增量編碼器需要一個(gè)參考點(diǎn)開始。換句話說，每次給傳感器供電時(shí)，編碼器將無法報(bào)告當(dāng)前位置，除非有參考點(diǎn)，否則從零開始計(jì)數(shù)。絕對(duì)值編碼器使用特殊的比例尺為電動(dòng)機(jī)位置生成唯一的代碼，無需任何校準(zhǔn)。通常，增量式編碼器比絕對(duì)式編碼器便宜，但絕對(duì)式編碼器具有難以比擬的優(yōu)勢(shì)。絕對(duì)編碼器不受停電影響，即使電池耗盡也不會(huì)丟失定位。
在選擇編碼器時(shí)，強(qiáng)烈建議考慮要使用機(jī)器人關(guān)節(jié)的環(huán)境。與磁性傳感器不同，光學(xué)傳感器具有抗電磁干擾的功能，但受到過多的灰塵，濕氣或振動(dòng)的影響很大。
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RDrive中使用的磁性編碼器可抵抗高溫，振動(dòng)和非鐵磁性顆粒。兩個(gè)編碼器的組合提高了整個(gè)過程的準(zhǔn)確性和速度。當(dāng)一個(gè)編碼器監(jiān)視輸出軸的運(yùn)動(dòng)和速度時(shí)，另一個(gè)編碼器將轉(zhuǎn)子的位置和速度報(bào)告給控制器。
齒輪
工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的主要趨勢(shì)是創(chuàng)建小型但功能強(qiáng)大的工具。小型電動(dòng)機(jī)可以快速旋轉(zhuǎn)，但不會(huì)產(chǎn)生高扭矩。齒輪在這里發(fā)揮了主要作用-將高輸出轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為高扭矩，從而提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的效率。在機(jī)械手關(guān)節(jié)中，齒輪比為1：100。因此，如果伺服電機(jī)產(chǎn)生2 N·m的輸入轉(zhuǎn)矩，則輸出轉(zhuǎn)矩將為200 N·m。
一些伺服電機(jī)不包含齒輪箱，因此，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行額外集成。它增加了聯(lián)軸器故障，零件不匹配以及效率降低的風(fēng)險(xiǎn)。因此，此類伺服電機(jī)不是您的機(jī)器人的最佳選擇。
齒輪齒之間的距離通常會(huì)導(dǎo)致空轉(zhuǎn)，速度降低和定位不精確。為了使機(jī)器人關(guān)節(jié)快速準(zhǔn)確地使用，使用了零背隙諧波齒輪箱。應(yīng)變波或諧波齒輪箱由外部固定環(huán)，內(nèi)部柔性環(huán)和帶有鋼球軸承的橢圓波發(fā)生器組成。這種結(jié)構(gòu)允許同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制和高扭矩的最小反沖。
