技术猿 | 伺服在工业机器人技术中的运用

自2008年以来，工业机器人在中国的销量迅速放大，2012年销售量已经达到23000台。工业机器人保有量从2000年的3500台跃升至近10万台。这些增长需求主要来自于汽车、金属、电子和机械制造等行业。 ABB精密组装中心运营经理迟永琳表示：“在所有应用领域中，工业机器人的渗透率还不足12%，市场需求潜力巨大，尤其在中国市场，随着制造成本增加、人口红利开始消退，以机器人替代人工的需求上升，将带动整个制造设备和技术升级。” 机器人产业的增长如火如荼，遍地开花，大量机床厂家、伺服厂家和其他有条件的企业都纷纷转向机器人市场。为何机床厂家和伺服厂家如此积极转型研发机器人?工业机器人有4大组成部分，分别为本体，伺服，减速器和控制器。其中伺服和控制器都是机床厂家所擅长的，因此大量机床厂商选择机器人作为产品转型升级的方向。 工业机器人的控制系统和自动化产品主要涉及伺服电机、减速机、控制器和传感器等。而伺服电机可以分为两大块，一块是电机本体，一块则是运动控制系统。 电机 电机用于驱动机器人的关节，要求是要有最大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器(手爪)应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性，并且有较大的短时过载能力。 目前，高启动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛的应用。 伺服控制系统 是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床、机器人等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量(使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量)较大。为了能够和丝杠等机械部件直接相连，伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。 工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。