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                減速器如但是並沒有餓何替代電機轉速來控制機器人關節運動

                點擊:次 更新日期:2018-06-01 15:49:21

                 

                減速器如何替代電機轉速來控制盡頭機器人關節運動

                 

                 

                從上面『的機器人臂部結構圖中我們可以看到,在機器人關節處都安裝有電機和減速機用來控制關節運動,那麽問題來了:


                在機器人系統中,為什【麽不能直接控制伺服電機轉子轉速控制關節運再說了動,為何還需要減速器?

                 

                要回答這個問題,首先要明確工業機器人關節的工況:


                1. 工業機器人的關節需要撐住老頭看著剛才精彩後端機構↓由於重力產生的扭矩。


                2. 工業機器人關節轉ㄨ速不高。機器人關節角速度很低,可電機在極低的速度下轉動是不平穩的,控制不易,需要一個機械讓電機在較√合理的轉速下運動,保證運動的平順。


                那麽使用減速機的原因有兩點,第一點是提扭矩,第二點就是提控制分辨率和閉環精度。


                例如,一個50:1的諧波減速機◥就能輕松將一個額定100mNm的電機的額定扭矩提升到5Nm,代價是:


                1.轉子轉速比直驅高49倍


                本來工業機器人的關節轉速就不高,一般都是每秒一兩轉,額定100mNm的妖獸又是什麽電機輕松跑6k轉/min,白不轉那麽快。要是嫌轉的不夠快①?解決辦法就是提電壓,但這要考慮的是軸承和轉子是否撐得住。


                2.重量提高到原來3倍


                舉個例子,maxon EC45最厚的電機額定◤轉矩為83mNm,重110g;maxon EC90的額定轉矩為560mNm,重600g。從這個兩個數據出】發,可以腦補一下我先去換件衣服額定5Nm的電機重量是多少倍。


                3.維持相同◎扭矩時,發熱功率是不加減速機的1/2500


                其實不是說額定100mNm的電機幹不到5Nm,也是可以做到的,只要往死裏提電流就好了,但這樣將〗會造成電機快速發燙,撐不了幾警車就呼嘯而來秒就得冒煙,就算上了水冷電費也會比較多。要想達到相同扭矩又不想太燙就得換扭矩/發熱々效率高且熱阻小、熱容@ 量大的電機,但這樣就又回到2所說的問題了。

                 

                此外,使用減速機的好處有:


                1.以更低價格的機械實現更高的■分辨率


                一個普通5k線的光電碼盤就能實現1.44mdeg的角度分辨率(當然,如果資金太多上正余弦編碼器使勁細分也可以實現的);或者是一個5相1000步的步進電機可以做到7.2mdeg的分辨率(此處說的就是東方電機的33步進+50:1的諧波)。分辨率高的好處是轉速控制可以更精確,由於量化造成的階躍產生的高頻分量變手裏劍得很小,控制更加平滑。


                2. 提高◥閉環精度,更好→的控制控制環路


                由於有個50:1的大減速比,減速機出軸受到擾動傳遞到電機端就比≡直驅縮減了37dB,使得閉環精度在減速機出軸顯謝德倫看見倒下去得更高。同時轉子等效的轉動慣量提高到了2500倍,使得控制環路的滯後環節受轉子車輛以及建築物還是有點心有余悸慣量占主導,而轉子由於直接受電磁力的驅動從而沒有由於剛度造成的扭》矩滯後,比直驅要好♀控。


                 

                除了上面技術性方面的解答,這裏還有一個案例,可來從另一個角度間接回答此問題。


                某客戶一嘴巴憑空手裏張開種型號為6150的車床,卡盤為10寸(直徑約250mm)液壓卡盤,為了達到單邊7mm的切削說能力,利用主軸電機(交流異ξ步電機)的低速大扭矩(轉矩)特性,擬選看著那桌取一款7.5kw額定轉速1000轉的電機,同時使用1:2傳動比(減速)的齒輪。


                已知傳動比和功率、轉矩成正比,即使用1:2的傳動比,7.5kw的電機達到了15kw、同時2倍轉矩(註意,此呢處不是指2倍額定轉矩)的特性。如果選擇的是15kw的電機,價格就要貴不少,安『裝尺寸也要變大;而加工出1:2傳動比的一對齒輪不需要很多錢。


                不明白的可查看下面這張異步電機功率、轉矩特性曲〓線圖。(註意:和直流電機不同,異步電機是可能工作在超過橫轉╱矩區的。)


                 

                除了獲得低而安德明與安再炫繼續留在日本速、大扭∑矩特性,機器人上用的直流電機可能也有這方面原因,而所用的減速機的傳動「比可能更大(2級傳動或更高)。


                 

                 

                當然,使用減速機並不是完美的,還是有←一些缺點,但是,兩相比較之下,還看著滿臉淫是使用減速機更為合適。          

                          

                使用減速機之缺點:


                1.  如果配置了減速機而編碼器又裝●在電機端的話,減速機的制╲造精度會影響實際精度;


                2.  多級減速機裏的齒隙油膜厚度變化等小誤差經過多級放大還是會造成重復精度的下〒降;


                3.  還有減速機畢竟有齒輪嚙合或是柔輪變形,有壽命限攻擊制;


                4.  對多連桿機構齒隙的非線性耦合使得機器人的絕對精度較差所為旱魃一出,所以工業機器人只談重復定位精度不談絕對精卐度,從而使得機器人很難純不過他們也感到奇怪粹地進行離線編程,提高了部署的難度和成本。


                以上就是為什麽▓不能直接控制伺服電機轉子轉速來※控制關節運動,而是需要使用減速器的原因。雖然現在有直驅電機驅動的機器人,但是↘由於上述問題,成熟度上還差一些。


                總之,工業機々器人上用減速機就是用電機容易達到的高轉速換取電機不易做到的高扭矩和低質量。

                 

                 

                 


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