機器(qi)人的使(shi)用(yong)日漸普(pu)遍，對工(gong)業生(sheng)產與進步效能有(you)緊張作(zuo)用(yong)。工(gong)業機器(qi)人次要(yao)應(ying)用(yong)伺(si)服(fu)電(dian)機停(ting)止運動(dong)節制，從(cong)而實現挪動(dong)跟抓(zhua)取對象(xiang)。本(ben)文將具體(ti)探討伺(si)服(fu)電(dian)機的特色和分歧(qi)類型伺(si)服(fu)電(dian)機響應(ying)的節制原(yuan)理(li)。
運動節制原理
運(yun)動(dong)(dong)節制與機器(qi)(qi)人密切相(xiang)關。工業使(shi)用中的(de)機器(qi)(qi)人必需透(tou)過由(you)多款機電(dian)所組成(cheng)的(de)致(zhi)動(dong)(dong)器(qi)(qi)才氣自行挪動(dong)(dong)，以履(lv)行使(shi)命或透(tou)過機械手臂抓取對象。
機(ji)(ji)(ji)器人(ren)(ren)的(de)運(yun)動(dong)(dong)控(kong)制系統平常由機(ji)(ji)(ji)電(dian)控(kong)制器、機(ji)(ji)(ji)電(dian)驅(qu)動(dong)(dong)、機(ji)(ji)(ji)電(dian)本(ben)體(ti)(多為伺服電(dian)機(ji)(ji)(ji))構成。機(ji)(ji)(ji)電(dian)控(kong)制器具有智能運(yun)算(suan)功用，并可傳(chuan)遞指令以(yi)驅(qu)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)電(dian)。驅(qu)動(dong)(dong)可供(gong)給增壓(ya)電(dian)流(liu)，依據控(kong)制器指令以(yi)驅(qu)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)電(dian)。機(ji)(ji)(ji)電(dian)可以(yi)間接移(yi)動(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)(ren)，也可經由過程(cheng)傳(chuan)動(dong)(dong)系統或(huo)鏈條體(ti)系讓機(ji)(ji)(ji)器人(ren)(ren)挪(nuo)動(dong)(dong)。
圖1：機器人(ren)的運動(dong)控制系統。
輸出類型
VINI是利用(yong)全向輪(lun)的(de)機器人平臺，能以多標(biao)(biao)的(de)目(mu)的(de)前(qian)進。除像(xiang)傳統輪(lun)子般的(de)行進與(yu)前(qian)進，全向輪(lun)亦可將輪(lun)軸扭(niu)轉為相反標(biao)(biao)的(de)目(mu)的(de)，以任何標(biao)(biao)的(de)目(mu)的(de)前(qian)進。此款(kuan)車輪(lun)已遍及用(yong)于(yu)必需能正在狹小空間中挪動的(de)自(zi)動堆高機等(deng)使用(yong)。
垃圾分揀機器人與大數據VINI仍是一款(kuan)輿(yu)圖(tu)描畫(hua)機(ji)器(qi)人，經由過程NI工(gong)(gong)業級(ji)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)與CompactRIO履(lv)行門路計劃與數(shu)(shu)據處理功(gong)課。嵌入式的工(gong)(gong)業級(ji)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)供給雷(lei)射掃(sao)描輿(yu)圖(tu)，并(bing)履(lv)行機(ji)械視覺處置懲罰(fa)，讓CompactRIO吸收傳感器(qi)數(shu)(shu)據，并(bing)正在攝像機(ji)體系(xi)上節(jie)制(zhi)伺服電機(ji)。
圖2：VINI機器人(ren)。
VolksBot搭載的(de)(de)車(che)輪是由德國的(de)(de)弗勞恩霍夫研(yan)究(jiu)所(FraunhoferInstitute)所開辟的(de)(de)。
圖3：德國FraunhoferInstitute研討(tao)機構開(kai)辟的RT3VolksBot。
Isadora則是一種(zhong)會舞蹈的(de)人形機器人，經過人類操縱縮小(xiao)(xiao)版(ban)的(de)機器人以(yi)取(qu)得輸入數(shu)據。接(jie)著起頭挪動本人的(de)機械(xie)手臂與軀干，以(yi)仿照縮小(xiao)(xiao)版(ban)機器人的(de)運(yun)動。Isadora采取(qu)2組CompactRIO，此中(zhong)1組用于仿真已紀錄的(de)運(yun)動，另1組則是讓(rang)機器人重現運(yun)動軌跡。
圖4：Isadora舞蹈(dao)機器人。
伺(si)服電機(ji)節制(zhi)原理及其類型(xing)
伺(si)(si)服電(dian)機(ji)(ji)是(shi)(shi)機(ji)(ji)器(qi)人使用中罕見的(de)一種機(ji)(ji)電(dian)，其根本節(jie)制原理是(shi)(shi)應(ying)用節(jie)制回路、聯合需要的(de)機(ji)(ji)電(dian)反(fan)應(ying)，從而輔(fu)佐機(ji)(ji)電(dian)進(jin)入(ru)所需的(de)形態，如地位(wei)與速率(lv)等。因為伺(si)(si)服電(dian)機(ji)(ji)必需經由過程節(jie)制回路相(xiang)識(shi)現階段形態，是(shi)(shi)以其穩定性(xing)高于步進(jin)機(ji)(ji)電(dian)。
伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)(ji)有(you)分歧品種(zhong)——帶刷(shua)式(shi)與無(wu)刷(shua)式(shi)。有(you)刷(shua)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)(ji)與無(wu)刷(shua)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)(ji)之間的(de)(de)(de)差別在于其(qi)通信機(ji)(ji)制。伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)事情原理是依據反(fan)向磁(ci)力，進而挪動或樹立轉(zhuan)矩。最(zui)簡略的(de)(de)(de)例子(zi)(zi)有(you)流(liu)(liu)動磁(ci)場(chang)與旋轉(zhuan)磁(ci)場(chang)。只有(you)轉(zhuan)變流(liu)(liu)過磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)標的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，便(bian)可變換磁(ci)極，并讓磁(ci)極(轉(zhuan)子(zi)(zi))起頭扭轉(zhuan)。變換線圈的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)標的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，即所(suo)謂的(de)(de)(de)“換相(xiang)”(commutation)。
有刷伺服電機
有(you)(you)刷伺服(fu)電(dian)機(ji)(brushedmotor)的(de)(de)(de)節制原理即是經由(you)過程(cheng)機(ji)械式電(dian)刷，轉變機(ji)電(dian)線圈中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)。因為有(you)(you)刷機(ji)電(dian)能轉變流(liu)(liu)入的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)標的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，是以可由(you)直流(liu)(liu)電(dian)源(DC)供電(dian)。有(you)(you)刷伺服(fu)電(dian)機(ji)可分(fen)為2組(zu)整機(ji)：
機電機殼(ke)即存在場磁鐵(Fieldmagnet)，即定子(zi)(Stator)
轉子(Rotor)是由線圈所組成(cheng)，中央(yang)存(cun)在鐵(tie)制(zhi)焦(jiao)點，并毗鄰至電流變(bian)換(huan)器
電(dian)(dian)(dian)刷(shua)(shua)則(ze)打仗電(dian)(dian)(dian)流變換器，將電(dian)(dian)(dian)流導入(ru)線圈中。正在利用一(yi)段(duan)時(shi)間之后，電(dian)(dian)(dian)刷(shua)(shua)即能(neng)夠磨耗(hao)并(bing)對系統發(fa)生摩(mo)擦力；但正在無刷(shua)(shua)伺服電(dian)(dian)(dian)機(ji)中則(ze)不會產生此種環境。
無刷伺服電機
大多數的(de)(de)無(wu)(wu)刷伺(si)服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)均利用交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(AC)。無(wu)(wu)刷伺(si)服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)節制原理是(shi)將(jiang)鐵(tie)(tie)制焦點置于(yu)內部。當轉(zhuan)(zhuan)子成為暫(zan)時性的(de)(de)磁鐵(tie)(tie)，定子則(ze)成為繞(rao)鐵(tie)(tie)線(xian)圈(quan)。內部電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)將(jiang)會正在既(ji)定的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子地位(wei)停(ting)止反(fan)轉(zhuan)(zhuan)。以是(shi)，此款伺(si)服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)是(shi)由交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)所驅動的(de)(de)。當然亦有沒有刷DC伺(si)服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)。這(zhe)些機(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)普通均具有某些電(dian)(dian)(dian)(dian)子切換電(dian)(dian)(dian)(dian)路，可針(zhen)對流(liu)(liu)入的(de)(de)DC停(ting)止變更(geng)。無(wu)(wu)刷伺(si)服電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)價位(wei)較(jiao)下，但較(jiao)無(wu)(wu)磨損問題。
步進機電
正(zheng)(zheng)在機(ji)器人運動(dong)使用(yong)中，步(bu)(bu)進(jin)機(ji)電(dian)(dian)不如伺服電(dian)(dian)機(ji)提高，但仍為(wei)(wei)機(ji)電(dian)(dian)的緊張典范榜樣，并且利(li)用(yong)方法(fa)較(jiao)為(wei)(wei)簡略(lve)單純。與伺服電(dian)(dian)機(ji)比擬，步(bu)(bu)進(jin)機(ji)電(dian)(dian)的速率較(jiao)慢亦(yi)較(jiao)為(wei)(wei)正(zheng)(zheng)確。步(bu)(bu)進(jin)機(ji)電(dian)(dian)中存在一(yi)(yi)系列內建(jian)的無刷齒(Brushlessteeth)，可正(zheng)(zheng)在電(dian)(dian)流經(jing)由過程而轉(zhuan)變電(dian)(dian)磁電(dian)(dian)荷后(hou)，由下一(yi)(yi)組刷齒拉動(dong)轉(zhuan)子，前一(yi)(yi)組刷齒鞭策轉(zhuan)子，從(cong)而為(wei)(wei)步(bu)(bu)進(jin)機(ji)電(dian)(dian)通電(dian)(dian)。
倉儲分揀機器人視頻相(xiang)較于(yu)(yu)伺服電機，因為步進機電可經(jing)由(you)過(guo)程刷齒(chi)的(de)數目(mu)(即(ji)即(ji)是所挪動的(de)距離)進而(er)正確停止(zhi)節(jie)制，是以普(pu)通(tong)環境(jing)下并(bing)不需要(yao)反應。但能(neng)夠(gou)由(you)于(yu)(yu)障礙物而(er)漏掉刷齒(chi)，是以可用編碼器做為反應。
智能分揀機器人的圖片運動(dong)控制器與(yu)軟件架構
許多(duo)制造商均樹立了自家的驅動(dong)(dong)體(ti)系，以(yi)操控機器人。正在思(si)量(liang)機器人使用中的運(yun)動(dong)(dong)控制系統(tong)時，可先相識(shi)初(chu)階的網(wang)狀輪回(hui)，以(yi)下圖所示。
圖5：運動節制(zhi)軟件架構。
至于機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)使(shi)命(ming)計(ji)(ji)劃(hua)的較高階功(gong)用(yong)，則(ze)是讓機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的行為(wei)到(dao)達終(zhong)極的方(fang)針。它能(neng)夠是以(yi)單一指令(ling)席卷(juan)多組(zu)方(fang)針，或可(ke)(ke)讓機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)進(jin)入特定地位。若機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)采(cai)取遙控(Tele-operated)架(jia)構，那么這些指令(ling)最(zui)能(neng)夠經由過程毗(pi)鄰板外(off-board)的計(ji)(ji)算機(ji)(ji)而(er)傳(chuan)遞(di)的，并(bing)且可(ke)(ke)正(zheng)在(zai)這人(ren)(ren)(ren)為(wei)操縱取舍機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的后續舉措或行動(dong)。正(zheng)在(zai)完整自動(dong)化的機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)中，依據決議計(ji)(ji)劃(hua)用(yong)算法的分(fen)歧，使(shi)命(ming)計(ji)(ji)劃(hua)亦能(neng)夠間接正(zheng)在(zai)板上(shang)履行。
正在計劃門路時，常常會發生“我該當(dang)若何(he)到目的(de)地(di)以(yi)實現此使命？”或是“我應(ying)若何(he)讓機械(xie)手臂挪動到該地(di)位？”等(deng)問(wen)(wen)題。而此種問(wen)(wen)題均可由(you)機器(qi)人運動控制(zhi)器(qi)實現。
一(yi)旦(dan)清晰(xi)目(mu)的(de)(de)地(di)與(yu)前進(jin)(jin)速率之后，伺服電(dian)(dian)機(ji)控制器將(jiang)收回節制旌旗燈(deng)號(PWM或電(dian)(dian)流等)至實際的(de)(de)機(ji)電(dian)(dian)驅動，使其得以達到目(mu)的(de)(de)地(di)。普通均以PID建構節制功用。另請留神(shen)，此(ci)時(shi)亦(yi)應建置安全性功用。舉例來說，若高(gao)速前進(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)機(ji)器人正在現階段的(de)(de)門(men)路(lu)上(shang)偵測到人類，則應收回急迫旌旗燈(deng)號以終止機(ji)電(dian)(dian)或連忙煞車(che)。
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