您好,欢迎登录天津新濠天地机电设备股份有限公司官网!                                                                                                                                中文          ENGLISH           进入邮箱

机器人电机选择注意事项

日期:2018-11-29 22:52

  机 器 人 执 行 预 先 规 划 好 的 具 体 任 务 , 比 如 组 装 线 工作、手术援助、仓库提货/检索,甚至是排除地雷等危险任 务。如今的机器人不仅能够处理高重复性的工作,还能完成 在方向和动作上需要灵活性的复杂功能(图1)。随着技术 的进步、速度与灵活性的提升、成本的降低,机器人将被逐 渐广泛采用。低于人工的成本优势也让我们看到了机器人产 业的曙光。此外,机器视觉、计算能力以及网络的进步也将 推动机器人应用的普及。

  这 些 高 性 能 机 器 人 的 实 现 得 益 于 以 下 几 个 方 面 的 提 升:

  绕组里的线圈进行电流切换。图中,空缺的转子位于中间位置。(图片 来源:Microchip AN885)

  2. 电机可以提供的最大扭矩,以及扭矩和速度曲线. 电机操作(不用传感器和闭环控制时)的精确性和 重复性;

  当然,在选择电机时还有许多其它如尺寸、重量还有 成本等重要因素要考虑。几乎对于所有小型到中型等大小的 机器人驱动器来说,驱动电机的选择通常有刷直流电机、无 刷直流电机(BLDC)和步进电机。(然而,某些情形下液压 与气压机才是最好的选择。)

  有刷直流电机是最古老的直流电机技术,最简单、成 本也最低。由于电刷与转子间的接触,电机转子的转动会切 换(换向)绕在转子上的绕组磁场。电机的速度是施加电压 的函数,因此驱动要求不高,但管理扭矩却很难。由于电刷 磨损、需要清理维护,以及可能会成为电子噪声源(电磁干 扰)等因素,工作时也存在可靠性问题。由于这些问题的存 在,大多数情况下,有刷直流电机成为机器人设计中最不具 有吸引力的选择。

  无刷直流电机(图2)出现于19世纪60年代,它得益于两方面的发展:一是出现了坚固、体积小、低成本 的 永 磁 铁 ; 二 是 出 现 了 体积小效率高的电子开关(通常为MOSFET)来切 换流向绕组的电流。“电 子换向”取代了有刷电机 的机械换向来控制磁场的 切换,周围固定的切换线 圈与旋转芯上的磁铁间的 相互作用取代了有刷电机 的机械换向,即利用了磁 场 与 电 场 之 间 的 相 互 作 用。通过改变MOFSET的 开关频率,电机速度从而 可以被控制。另外,相对 于有刷电机,其电机控制器 能 更 好 地 控 制 电 机 性能。

  更妙的是,高级算法如PID(比例-积分-微分)校正算 法或者FOC(磁场定向控制,有时也称之为矢量控制)控制 算法能被固化到电机控制器中。这使理想的电机操作与实 际的负载及负载变化相匹配,从而使电机性能更加强大与精 确。例如,电机控制算法/程序可以考虑到转子惯性等相关 因素,并且使电机驱动器适应并逐渐减少由于机械因素导致 的错误。这样的算法使精确控制加速度和转矩成为可能。

  与有刷电机相比,无刷电机 (BLDC) 虽需更复杂的控制 电路但却可以表现出更优的性能。通常BLDC电机需要配备 一个位置反馈传感器,比如霍尔效应传感器、光学编码器, 或者反电动势检测器件。

  3),此时用到开关式电磁铁,位于永磁环中央磁芯旁。步 进电机不以常规方式“旋转”;而是借助于不断转动的轴, 逐步提升转速,因此可以实现某一个角度的旋转或持续旋 转。步进电机具有可重复的运动控制;在需要时可以返回之 前的位置。

  步进角度范围为1.8°(200步/转)至30°(12步/转),步 进角或步数取决于电机所拥有的永磁铁个数,但这个范围之外的值也是可以实现的。

  对于步进电机,如果通电却没有步进指向,它们会维持在原位置;步进电机能以低rpm提供高扭矩。让步进电机 转动最直接的方法是有序通断电磁铁,但这可能会带来抖动 或振动。无刷电机和步进电机的应用领域有部分重叠。步进电 机更适合需要精确的进退动作(如捡拾和安置)的应用领域, 而不是需要长时间持续转动的领域,也适合于不需要电机提 供高转矩或速度的小应用领域。此外,步进电机对于能源效 率的要求也低于无刷直流电机。除了这里列出的电机以外,还有许多其它类型可供选 择。电机系列很多而且也很复杂,有很多的分支。例如,永 磁铁同步电机 (PMSM)是无刷直流电机(相对于转子)和交 流感应电机(相对于定子结构)的结合体。它具有高能效、 单位小体积相对密度高、扭矩重量比、快速响应时间,以及 相对容易控制等特点,但价格相对也比较高。

  2. 一个或多个级联的驱动层,以把低层信号从控制器 输出中取出,然后输出控制电子器件通断所需要的高电压/ 电流。

  3. MOSFET(或者其它开关器件,如IGBT或者双极型 晶体管),它控制流向电机绕组的电流。

  具体MOSFET的选取主要取决于电机和绕组所需的电 流和电压大小。MOSFET型号确定下来之后再选择驱动器, MOSFET驱动器的选择由MOSFET的额定值决定;有时可能 需要一系列升压驱动器,具体取决于MOSFET的尺寸。

  控制器型号选择也很富有策略性,需要在选择具体供 应商和型号之前作出决定。选择是使用一个仅作电机控制的 通用处理器,还是具有高计算能力的FPGA,抑或是一个专 用的控制IC电路(通常出自特定的电机控制供应商)时有许多需要权衡考虑的地方。设计师需要考虑因素包括:

  • 谁来提供控制算法及代码:是IC供应商、第三方合作 伙伴,还是不相关的第三方开发者?他们如何确认并验证电 机及其应用的性能?

  • 你需要多少用户编程能力?即使是专用的、不需要编 程的控制器,也会要求用户选择算法类型、闭环控制模式

  • 电机和应用有独特的属性要设置吗?如果答案是肯定 的,那选择可编程IC会更好。相反,如果不需要修改算法, 这种情况下,相比完全可编程的IC,选择带有硬连线、固化 算法的专用IC会比较好。

  • 控制器需要支持多种电机型吗?即便是同一种,控制 器是只需支持该型号中某种尺寸的电机,还是支持一系列尺 寸范围?

  • 供应商提供何种程度的技术支持?他们有哪些实际动 手开发的电机经验?他们会不会提供曾经搭建且验证过的具 体参考设计,包括控制IC和MOSFET驱动器间的接口电路?

  (许多电机应用现在必须满足各种“绿色”环保要求)。如 果是,供应商理解这些问题吗,他们的元器件和算法满足这 些要求吗?

  对于许多工程师来说,将所有的部分 - 包括带有固化或 独立算法的控制器、驱动器、MOSFET等 - 融合到一起,是 一个需要多部门配合完成的任务,一个他们不想“从零开 始”的任务。出于这个缘由,许多供应商提供包含了控制 器、示例算法、驱动器和MOSFET的评估板甚至是完整的套 件。举例来说,Freescale MTRCKTSPNZVM128三相无传感 器PMSM套件采用无传感器电机控制技术驱动三相BLDC或 PMSM电机。该套件设计用于通过借助微控制器集成ADC模 块支持使用反电动势快速进行原型设计和评估。此外,此套 件(具有MC9S12ZVML12 微控制器)还可配置为基于传感 器评估使用霍尔传感器或解析器的操作。

  随着技术的进步,包括通过改进电机控制和传感所带 来的精确执行将创造新的机遇,机器人的前景也非常可观。 传感、控制和电机这些关键领域的革命将持续影响机器人技 术的变革。

      新濠天地,澳门新濠天地

所属类别: 新濠天地

该资讯的关键词为:澳门新濠天地

 网站地图