伺服电机在工业机器人中的应用有哪些（伺服电机在工业机器人中的应用论文）

什么是伺服电机

伺服电机是指伺服系统中控制机械部件运行的发动机。它是辅助电动机的间接传动装置。

伺服电机可以非常精确地控制速度和位置精度，并且可以将电压信号转换为扭矩和转速来驱动控制对象。伺服电机的转子转速由输入信号控制，能够快速响应。在自动控制系统中，用作执行机构，具有机电时间常数小、线性度高、启动电压高等特点，可以将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。它们分为两类：直流和交流伺服电机。它们的主要特点是信号电压为零时不旋转，随着扭矩的增大，转速匀速减小。

伺服电机工作原理

伺服电机在工业机器人中的应用

机器人产业发展如火如荼，遍地开花。大量机床制造商、伺服制造商等有条件的企业正在转向机器人市场。为什么机床制造商和伺服制造商如此积极地改造和开发机器人？工业机器人有四大部分组成，即本体、伺服器、减速器和控制器。

步进电机用于驱动机器人的关节。要求具有最大的功率质量比和扭矩惯量比、高启动扭矩、低惯量以及宽而平滑的速度范围。

机器人产业的成长需要在伺服、集成控制等领域不断突破才能获得成功。目前我国在伺服等领域仍处于突破阶段，这对本土机器人产业造成负面影响。

工业机器人电动伺服系统的总体结构是三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般来说，对于交流伺服驱动器来说，可以通过手动设置其内部功能参数来实现位置控制、速度控制、扭矩控制等各种功能。

随着工业自动化进程不断推进，对自动化软硬件设备的需求依然很高。其中，国内工业机器人市场一直稳定增长，预计2015年我国将成为全球最大的需求市场。

同时，也直接带动了伺服系统的市场需求。美莱克提供的MOONS步进伺服电机系统将伺服控制技术完美地融入到一体化电机中，具有精度高、稳定性好、速度快的特点。

目前，交直流伺服电机因其启动扭矩大、扭矩大、惯量低等特点，在工业机器人中得到广泛应用。根据不同的应用需求，其他电机，如交流伺服电机、步进电机也可以用于工业机器人。

特别是对于机器人末端执行器（夹具），应使用尺寸和质量最小的电机。特别是要求快速响应时，伺服电机必须具有高可靠性和较大的短期过载能力。具体使用要求：

快速。

起动力矩惯量比大。

控制特性的连续性和线性。随着控制信号的变化，电机的转速可以连续变化。有时速度需要与控制信号成比例或近似成比例。

速度范围宽。

体积小、质量小、轴向尺寸短。

它能承受恶劣的工作条件，能进行非常频繁的正向和反向操作、加速和减速，并能在短时间内承受过载。

伺服电机行业未来趋势

现代交流伺服系统经历了从模拟到数字的转变后，其内部的数字控制回路已经无处不在，如换向、电流、速度和位置控制等；它们的实现主要是通过新型功率半导体器件，比如高性能DSP加FPGA甚至伺服专用模块的加入也就不足为奇了。而且，新的功率器件或模块每2到2.5年就会更新一次，新的软件算法也日新月异。国际厂商的伺服产品也将大约每5年更新一次。 —— 总之，产品生命周期越来越短，变化也越来越频繁。来得越来越快。总结国内外伺服厂商的技术路线和产品路线，结合市场需求的变化，我们可以看出伺服电机系统的最新发展趋势如下：

高效率

虽然效率一直是伺服系统的重要发展课题，但仍需要不断加强。主要包括电机本身的高效率：如永磁材料性能的提高和更好的磁体安装结构设计；还包括驱动系统的高效率：包括逆变驱动电路的优化、加减速运动的优化、再生系统的优化。动态和能量反馈以及更好的冷却方法等。

直接驱动

直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的直线伺服驱动。通过消除中间机械传动设备（如变速箱）的传动误差，实现高速度和高定位精度。线性电机能够轻松改变形状，使得使用线性线性机构的各种设备能够小型化和轻量化。

高速、高精度、高性能

采用更高精度的编码器、更高的采样精度和数据位、更快的DSP、无齿槽的高性能旋转电机和直线电机，以及自适应、人工智能等多种现代控制策略的应用，不断提高伺服的基本指标系统（控制速度、控制精度）。

整合与整合

电机、反馈、控制、驱动、通信的垂直集成已成为当前低功耗伺服系统的发展方向。有时我们把集驱动和通信于一体的电机称为智能电机，有时我们把集运动控制和通信于一体的驱动器称为智能伺服驱动器。电机、驱动、控制的一体化，使三者从设计制造到运维一体化更加紧密。但这种方式面临较大的技术挑战和工程师的使用习惯，因此很难成为主流，是整个伺服市场中小而有特色的一部分。

普遍的

通用驱动器配置了大量参数和丰富的菜单功能，使用户无需改变硬件即可轻松设置V/F控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁控制等配置。无刷交流伺服电机控制及再生单元等五种工作模式，适用于各种场合，可驱动不同类型的电机，如异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、步进电机，也可适应不同的传感器类型甚至没有位置传感器。您可以使用电机本身配置的反馈来构成半闭环控制系统，也可以使用接口与外部位置或速度或扭矩传感器一起构成高精度全闭环控制系统。

聪明的

现代交流伺服驱动器具有参数记忆、故障自诊断和分析功能。大多数进口驱动器都具有负载惯量测量和自动增益调节功能。有的可以自动识别电机参数并自动确定编码器零位，有的可以自动抑制振动。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能与驱动器相结合，为伺服用户提供更好的体验。

网络化和模块化

将现场总线和工业以太网技术，甚至无线网络技术集成到伺服驱动器中，已经成为欧美制造商的普遍做法。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点是如何适应高性能运动控制数据传输的实时性、可靠性和同步性要求。随着国内大型集散控制装置需求的不断增长和高端数控系统的成功开发，网络化数字伺服的发展成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通信模块的组合，还指伺服驱动器内部软硬件的模块化和可复用性。

从故障诊断到预测性维护

随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术已经过时。最新产品嵌入了预测性维护技术，可以让人们通过互联网及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防措施。例如：注意电流上升，评估负载变化时的峰值电流，在外壳或核心温度上升时监视温度传感器，并对电流波形中的任何失真保持警惕。

**专业化与多元化**

虽然市场上有通用的伺服产品系列，但也有许多针对某些特定应用专门设计和制造的伺服系统。利用磁性材料的不同特性、形状、表面粘合结构和嵌入式永磁转子结构的电机的出现。日本采用分体铁芯结构技术，使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、规模化运行。批量化、自动化，并引起国内厂商研究