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    如何提升機器人伺服電機的響應性能

    發布時間: 2016-08-15 10:08:19 來源:國際金屬加工網

    核心提示: 當前國內機器人發展迅猛,尤其是工業機器人領域。但在機器人的反應速度、精度上,國內外產品還是存在一定差距的,那么關鍵點是在哪呢?

    當前國內機器人發展迅猛,尤其是工業機器人領域。但在機器人的反應速度、精度上,國內外產品還是存在一定差距的,那么關鍵點是在哪呢?

    關鍵在于機器人的核心零部件——伺服電機。機器人在運行過程中,是通過伺服電機的驅動實現多自由度的運動的。如果對機器人運行的動作速度、精度要求高的話,實際就是要求伺服電機的響應速度、控制精度要足夠高。


    而在機器人實際運行時,往往伺服電機是處于各種加減速、正反轉狀態,那就對伺服電機的短時過載能力、慣量適應范圍、頻率響應帶寬、轉速/扭矩響應時間提出了很高的要求。

    其中一個非常重要的指標就是頻率響應帶寬,它決定了該伺服系統對指令的響應速度快慢,是機器人設計者的重要關注指標。

    伺服電機頻率響應帶寬的定義:伺服系統能響應的最大正弦波頻率就是該伺服系統的頻率響應帶寬。用專業一些的語言描述,就是幅頻響應衰減到-3dB時的頻率(-3dB帶寬),或者相頻響應滯后90度時的頻率。

    更具體一點,像機械部標準《交流伺服驅動器通用技術條件》(JB T 10184-2000)中規定了伺服驅動器帶寬的測試方法:驅動器輸入正弦波轉速指令,其幅值為額定轉速指令值的0.01倍,頻率由1Hz逐漸升高,記錄電動機對應的轉速曲線,隨著指令正弦頻率的提高,電動機轉速的波形曲線對指令正弦波曲線的相位滯后逐漸增大,而幅值逐漸減小。相位滯后增大至90度時的頻率作為伺服系統90度相移的頻帶寬度;幅值減小至低頻時0.707倍的頻率作為伺服系統-3dB頻帶寬度。

                                                                                            頻率響應帶寬國標測試結果

    可以說,頻率響應帶寬越快,伺服系統就可以對變化更快的指令實現及時響應,即使工業機器人的動作再復雜,也能及時響應,驅動機器人的每一個關節位置控制到位。

    而影響頻率響應帶寬的因素有很多,像伺服驅動器或者控制系統參數、傳動鏈的剛度或精度、傳動間隙、負載慣量等都會對伺服系統的響應帶寬產生影響。過去業內很多研究者由于缺乏測試裝備,故只能通過加實際負載的測試來判斷伺服系統及機器人的響應性能,屬于定性分析,無法定量分析。因此國內的伺服系統目前在響應速度一塊仍需加強,像一般的伺服電機,響應帶寬最高只能做到幾百Hz左右,比較優質的能做到1kHz;而國外的產品,如日系的安川、三菱、松下等,卻在多年以前已突破2kHz的關卡。

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