多軸機械手臂行業(yè)現(xiàn)狀.doc

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1、多軸機械手臂行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)研AuthorVersionEmailYanqing.Wang1.0Yanqing.wanggitech.DateModifyContent目錄第一章伺服電機及驅(qū)動器31.1伺服電機31.2反饋設備41.2.1旋轉(zhuǎn)變壓器51.2.2增量式編碼器51.2.3Sin/Cos編碼器61.2.4絕對值式編碼器71.3伺服驅(qū)動器81.3.1整流電路91.3.2再生制動電路91.3.3逆變電路91.3.4主控單元10第二章多軸機械手臂及驅(qū)動器設計方案122.1機械手臂122.2機械手臂驅(qū)動器13第一章伺服電機及驅(qū)動器目前伺服電機主要分為歐系和日系兩大系列，兩種系列的伺服電機各有

2、其特點，歐系伺服電機價格偏貴、質(zhì)量偏重（金屬件多）以及應用圍廣，日系電機價格適中、質(zhì)量輕便（有部分為塑料件）以及偏向于常規(guī)應用，在市場上形成兩雄并立、互為補充的局面。伺服電機和伺服驅(qū)動器一般都是同公司的伺服產(chǎn)品配套使用。對于日系伺服產(chǎn)品，同公司的伺服驅(qū)動器只能與該公司的伺服電機配套使用，無法與他家的伺服電機兼容；對于歐系產(chǎn)品，同公司的伺服驅(qū)動器不僅能與該公司的伺服電機配套使用，也可以與他家的伺服電機兼容使用，像西門子的伺服驅(qū)動器可以與市面上所有的同步以及異步電機兼容使用，但使用他家的伺服電機需要對伺服驅(qū)動器的參數(shù)做較大的調(diào)整修改，對使用者的專業(yè)技能要求非常高。在沒有足夠的伺服技術儲備的情

3、況下，請盡量遵循同公司伺服產(chǎn)品配套使用這一原則，避免不必要的技術風險。因此，在本文中對伺服電機和伺服驅(qū)動器進行討論，以期對了解伺服工作原理有所幫助。歐系和日系伺服電機的典型品牌如表格1：表格1典型品牌歐系Siemens（西門子），Kollmorgen（科爾摩根），ABB，施耐德，GE，Bosch（博士力士樂），ParkerHannifin（派克漢芬尼）日系Panasonic（松下），Mitsubishi（三菱），Yaskawa（安川），F(xiàn)anuc（發(fā)那科），Delta（臺達為三菱系的仿制品），匯川（國產(chǎn)品牌）1.1伺服電機國的歐系伺服電機以西門子伺服電機最為常見，市場占有率最高，相應的技

4、術支持以及售后服務也最為完善。Kollmorgen伺服電機為美國伺服電機品牌，與NI公司的運動控制產(chǎn)品具有最好的兼容性（與西門子伺服產(chǎn)品兼容性較差），在國的市場也有一定占有率。在高端以及特殊的應用場合中，歐系伺服電機具有良好的性價比。國的日系伺服電機因其價格低廉，易操作等優(yōu)點，在國具有相當大的市場占有率。目前市場上常見的日系伺服電機品牌有三菱、松下以及安川，其操作使用方式基本類似。Figure1伺服電機部結(jié)構伺服電機的主要組成部分如圖1所示，電機前端由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子由永磁材料制作，電機后端由編碼器組成。某些特殊的應用中，還需要加剎車制動器，防止當電機靜止時負載拖動電機運動。伺服電機

5、和和普通異步電機的區(qū)別在于轉(zhuǎn)子。異步電機因其轉(zhuǎn)子需要加勵磁電壓，所以無法做到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與磁場變化速度同步，具有轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差的大小是反映電機好壞的一個重要指標。伺服電機必須加入三相電（UVW），電壓和頻率由伺服驅(qū)動器決定，伺服驅(qū)動器根據(jù)設定的位置、速度和扭矩命令通過PID控制器實時調(diào)整電壓以及頻率的大小。目前，伺服電機的功率已經(jīng)可以做到幾十ＫＷ級別。選用伺服電機有以下幾個技術指標：l額定扭矩/最大扭矩l額定轉(zhuǎn)速/最大轉(zhuǎn)速l電機功率l工作溫度圍1.2反饋設備高性能的伺服電機離不開高性能的反饋設備，通過反饋設備可得到以下數(shù)據(jù)：?為部/外部位置控制提供位置信息?為放大器提供軸位置?在充當?shù)诙幋a

6、器時的位置信息?停車后的絕對位置增量式編碼器因其價格便宜、安裝方便、使用簡單，能滿足常見的反饋控制需求，故目前市場上絕大部分伺服電機配備的反饋設備為增量式編碼器，對精度要求高的場合可選用Sin/Cos增量式編碼器；對絕對定位要求高的情況下，通常選用絕對值式編碼器；在超高超低溫度以及其他惡劣的環(huán)境下，旋轉(zhuǎn)變壓器因其無電子芯片，無疑是最佳選擇。1.2.1旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器就是一個旋轉(zhuǎn)的變壓器。最常見的是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器有三個線圈繞組。給定信號，比如一個8kHz的正弦波，通過一個變壓器連接到設備的旋轉(zhuǎn)部分。這使承載給定的線圈與軸旋轉(zhuǎn)在相同的速度。其它兩個線圈90度相移放置。旋轉(zhuǎn)的線

7、圈在這兩個線圈上感應電壓。輸出信號送到放大器，通過這些信號可以得到轉(zhuǎn)子的速度和位置。經(jīng)常的，旋轉(zhuǎn)變壓器信號被轉(zhuǎn)換成脈沖列，用于外部運動控制器。也就是說，輸出一個模仿編碼器通道A,B和Z脈沖，讀取編碼器信息。Figure2旋轉(zhuǎn)變壓器原理1.2.2增量式編碼器增量式編碼器基本原理是基于一個光源，圓盤，感光單元（傳感器）。圓盤裝在光源和傳感器之間。圓盤上有細孔，使光對于傳感器可見或不可見。當光可見時，傳感器輸出數(shù)字化的方波脈沖。當圓盤轉(zhuǎn)動