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減速機是怎么代替電動機轉速來控制機器人的關節運動?

作者: 1190 次瀏覽 時間:2020-04-23

信息摘要:西瑪電機認為,在工業用機器人中使用減速機,是將電動機中容易達到的高轉速與電動機中難以達到的高轉矩和低品質進行交換。...

  西瑪電機技術部資料:減速機是什么代替電動機轉速來控制機器人的關節運動?要回答這個問題,首先要明確工業機器人關節的狀況


  1 .工業機器人的關節需要支撐后端機構的重力引起的扭矩。


  2 .工業機器人關節轉速不高。 機器人的關節角速度非常低,電動機以極低的速度旋轉是不穩定的,難以控制,需要一臺機器人以比較合理的旋轉速度使電動機運動,保證運動的平滑度。


  使用減速機的理由之一是提高轉矩,二是提高分辨率和閉環精度。


  例如,50:1的高次諧波減速機可輕松將額定值100mNm的電動機的額定轉矩提高到5Nm


  1 .轉子轉速比直接驅動器高49倍


  原本工業機器人的關節轉速就不高,一般是每秒1、2轉,額定100mNm的電動機是6k轉/min,跑得像白轉一樣快。 如果周圍不夠的話? 解決方法是提高電壓,但這需要考慮軸承和轉子是否支撐。


  2 .重量是原來的3倍


  舉個例子,maxon  EC45的最厚電動機額定扭矩為83mNm,重量為110g的maxon  EC90的額定扭矩為560mNm,重量為600g。 根據這兩個數據,大腦可以彌補額定值為5Nm的電動機重量的幾倍。


  3 .維持相同轉矩時,發熱功率為不加減速機的1/2500


  實際上,額定值100mNm的電動機并不是不到5Nm,只要死亡時流過電流就可以了,但是這樣的話電動機會迅速變熱,不到幾秒鐘就會冒煙,成為水冷電費也很多。 如果不想達到相同的扭矩而變熱,必須更換扭矩/發熱效率高、熱阻小、熱容量大的電動機,回到2所述的問題。


  此外,西瑪電機認為使用減速機的優點如下:


  1 .以更低價格的機器實現更高的分辨率


  普通的5k線光電編碼盤可以實現1.44mdeg的角度分辨率(當然,資金過多的話正馀弦編碼器強烈細分也可以實現)。 可替換地,在5相1000步驟0-x  642中產生7.2mdeg的分辨率(在這里為東方0-x  642的33步驟50:1的諧波)。 分辨率高的優點是旋轉速度控制變得更,由此基于量化的步進的高頻分量變小,控制變得更加平滑。


  2 .提高閉環精度,建立更好的控制環


  由于減速比為50:1,因此減速器的軸受到干擾而傳輸至電動機端的比直接驅動器減少37dB,并且減速器的軸的閉環精度看起來更高。 同時,由于轉子等效轉矩為2500倍,因此控制環的延遲由轉子轉矩支配,轉子由直接電磁力驅動,因此沒有剛性引起的轉矩延遲,控制比直接驅動更好。減速機是什么代替電動機轉速來控制機器人的關節運動?


  當然,使用減速機并不完美,也有缺點,但是兩相比較來說,使用減速機比較好。


  減速機是怎么代替電動機轉速來控制機器人的關節運動?


  西瑪電機總結的使用減速機的缺點:


  1 .配置減速機,將編碼器安裝在電動機端時,減速機的制造精度會影響實際的精度


  2 .多級減速機的間隙油膜厚度的變化等小誤差多級放大時,重復精度可能會降低


  3 .減速機有齒輪嚙合和柔輪的變形,壽命有限


  4 .由于多連桿機構相對于齒隙的非線性耦合,機器人的精度差,因此工業機器人不僅精度高,而且機器人很難單純地進行離線編程,提高了展開的難度和成本。


  以上是無法直接控制伺服電動機的轉子轉速來控制關節運動而需要使用減速機的理由。 目前有機器人由電動機驅動,但由于上述問題,成熟度仍稍差。


  也就是說,在工業用機器人中使用減速機,是將電動機中容易達到的高轉速與電動機中難以達到的高轉矩和低品質進行交換。


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