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机器人电机挑选留神事项

2017-04-15 13:04分类:机械维修 阅读:

  机器人施行预先计划好的详细使命,比方拼装线作业、手术帮助、库房提货/检索,乃至是清扫地雷等风险使命。如今的机器人不只能够处理高重复性的作业,还能结束在方向和动作上需求活络性的凌乱功用。跟着技能的跋涉、速度与活络性的跋涉、本钱的下降,机器人将被逐渐广泛选用。低于人工的本钱优势也让咱们看到了机器人工业的曙光。此外,机器视觉、核算才调以及网络的跋涉也将推进机器人运用的广泛。
这些高功用机器人的结束得益于以下几个方面的跋涉:
1.凌乱的传感器;
2.实实习时挑选计划与动作的核算才调与算法;
3.活络、精确跋涉机械动力结束凌乱使命的电机;
在详细挑选电机类型和类型时,计划师要思考三个首要的要素计划师要思考:
1.电机的最小和最大转速(还有加快度);
2.电机能够供应的最大扭矩,以及扭矩和速度曲线的联络;
3.电机操作(不必传感器和闭环操控时)的精确性和重复性;
当然,在挑选电机时还有很多其它如规范、分量还有本钱等首要要素要思考。简直关于悉数小型到中型等巨细的机器人驱动器来说,驱动电机的挑选通常有刷直流电机、无刷直流电机(BLDC)和步进电机。(可是,某些景象下液压与气压机才是最佳的挑选。)
有刷直流电机是最陈腐的直流电机技能,最简略、本钱也最低。由于电刷与转子间的触摸,电机转子的翻滚会切换(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,因而驱动恳求不高,但处理扭矩却很难。由于电刷磨损、需求拾掇维护,以及或许会变成电子噪声源(电磁搅扰)等要素,作业时也存在牢靠性疑问。由于这些疑问的存在,大大都状况下,有刷直流电机变成机器人计划中最不具有招引力的挑选。
无刷直流电机呈现于19世纪60时代,它得益于两方面的翻开:一是呈现了安靖、体积小、低本钱的永磁铁;二是呈现了体积小功率高的电子开关(通常为MOSFET)来切换流向绕组的电流。“电子换向”替代了有刷电机的机械换历来操控磁场的切换,周围固定的切换线圈与旋转芯上的磁铁间的彼此作用替代了有刷电机的机械换向,即运用了磁场与电场之间的彼此作用。经过改动MOFSET的开关频率,电机速度然后能够被操控。别的,有关于有刷电机,其电机操控器能非常好地操控电机功用。
更妙的是,高档算法如PID(份额-积分-微分)校对算法或许FOC(磁场定向操控,有时也称之为矢量操控)操控算法能被固化到电机操控器中。这使志趣的电机操作与实习的负载及负载改动相匹配,然后使电机功用愈加健旺与精确。例如,电机操控算法/程序能够思考到转子惯性等有关要素,而且使电机驱动器习气并逐渐削减由于机械要素致使的过错。这么的算法使精确操控加快度和转矩变成或许。
与有刷电机比照,无刷电机(BLDC)虽需更凌乱的操控电路但却能够体现出更优的功用。通常BLDC电机需求装备一个方位反响传感器,比方霍尔效应传感器、光学编码器,或许反电动势查看器材。
机器人中常用的另一种BLDC电机是步进电机,此刻用到开关式电磁铁,坐落永磁环基地磁芯旁。步进电机不以惯例办法“旋转”;而是仰仗于不断翻滚的轴,逐渐跋涉转速,因而能够结束某一个视点的旋转或继续旋转。步进电机具有可重复的运动操控;在需求时能够回来之前的方位。
步进视点计划为1.8°(200步/转)至30°(12步/转),步进角或步数取决于电机所具有的永磁铁个数,但这个计划以外的值也是能够结束的。
关于步进电机,假定通电却没有步进指向,它们会坚持在原方位;步进电机能以低rpm供应高扭矩。退让进电机翻滚最直接的办法是有序通断电磁铁,但这或许会带来哆嗦或振荡。无刷电机和步进电机的运用范畴有有些堆叠。步进电机更适宜需求精确的进退动作(如捡拾和安顿)的运用范畴,而不是需求长时刻继续翻滚的范畴,也适宜适不需求电机供应高转矩或速度的小运用范畴。此外,步进电机关于动力功率的恳求也低于无刷直流电机。除了这儿列出的电机以外,还有很多其它类型可供挑选。电机系列很多而且也很凌乱,有很多的分支。例如,永磁铁同步电机(PMSM)是无刷直流电机(有关于转子)和沟通感应电机(有关于定子构造)的联络体。它具有高能效、单位小体积相对密度高、扭矩分量比、活络照料时刻,以及相对简略操控等特征,但报价相对也比照高。
机器人运动体系不只触及电机,它包含三个首要功用模块。
1.实时操控器,体现为以下三种办法。
作通常用处、作业运动-操控固件的活络核算处理器;
运用在操控方面、面向DSP的FPGA;
带硬连线和内置算法的专用操控器IC电路。
2.一个或多个级联的驱动层,以把低层信号从操控器输出中取出,然后输出操控电子器材通断所需求的高电压/电流。
3.MOSFET(或许其它开关器材,如IGBT或许双极型晶体管),它操控流向电机绕组的电流。
详细MOSFET的挑选首要取决于电机和绕组所需的电流和电压巨细。MOSFET类型断定下交游后再挑选驱动器,MOSFET驱动器的挑选由MOSFET的额外值挑选;有时或许需求一系列升压驱动器,详细取决于MOSFET的规范。
3.挑选操控器时或许会遇到的疑问
操控器类型挑选也很赋有战略性,需求在挑选详细供货商和类型之前作出挑选。挑选是运用一个仅作电机操控的通用处理器,仍是具有高核算才调的FPGA,抑或是一个专用的操控IC电路(通常出自特定的电机操控供货商)时有很多需求权衡思考的本地。计划师需求思考要素包含:
你需求何种凌乱度的操控算法,有多少I/O口?
谁来供应操控算法及代码:是IC供货商、第三方协作火伴,仍是不有关的第三方开发者?他们怎样供认并验证电机及其运用的功用?
你需求多少用户编程才调?即即是专用的、不需求编程的操控器,也会恳求用户挑选算法类型、闭环操控办法
(方位、速度或加快度),而且需求设置一些操作参数。
电机和运用有一同的特征要设置吗?假定答案是必定的,那挑选可编程IC会非常好。相反,假定不需求批改算法,这种状况下,比照彻底可编程的IC,挑选带有硬连线、固化算法的专用IC会比照好。
操控器需求支撑多种电机型吗?即即是同一种,操控器是只需支撑该类型中某种规范的电机,仍是支撑一系列规范计划?
供货商供应何种程度的技能支撑?他们有哪些实习着手开发的电机履历?他们会不会供应早年树立且验证过的详细参看计划,包含操控IC和MOSFET驱动器间的接口电路?
是不是有一些监管疑问需求留神?如授权的能效评价
(很多电机运用如今有必要满意各种“绿色”环保恳求)。假定是,供货商了解这些疑问吗,他们的元器材和算法满意这些恳求吗?
4.开发套件展现操控器与接口功用
关于很多工程师来说,将悉数的有些-包含带有固化或独立算法的操控器、驱动器、MOSFET等-交融到一同,是一个需求多有些协作结束的使命,一个他们不想“从零开端”的使命。出于这个要素,很多供货商供应包含了操控器、示例算法、驱动器和MOSFET的评价板乃至是无缺的套件。举例来说,FreescaleMTRCKTSPNZVM128三相无传感器PMSM套件选用无传感器电机操控技能驱动三相BLDC或PMSM电机。该套件计划用于经过仰仗微操控器集成ADC模块支撑运用反电动势活络进行原型计划和评价。此外,此套件(具有MC9S12ZVML12微操控器)还可装备为依据传感器评价运用霍尔传感器或解析器的操作。
跟着技能的跋涉,包含经过改善电机操控和传感所带来的精确施即将发明新的机会,机器人的远景也非常可观。传感、操控和电机这些要害范畴的改造将继续影响机器人技能的改造。

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