微特电机在机器人中的应用与发展

微特电机在机器人中的应用与发展

     前言
    
     微特电机所组成的驱动伺服系统和位置速度传感系统是机器人关键部件，研制开发直接驱动、大力矩、小体积、重量轻、精度高、反应灵敏、工作可靠的各类微特电机是提高我国机器人的研究开发水平，满足国内机器人高性能微特电机的基础保障。据报道，一台普通的机器人需应用26台性能不同的微特电机，完成驱动、伺服和位置、速度传感等功能。可以认为，进入2l世纪，微特电机在机器人领域中必将大显身手，具有巨大的发展市场。
    
     微特电机在机器人中的应用
    
     微特电机在机器人中作驱动伺服用，是头部、驱体、上下肢和仿真机械手作动部件的关键机电元件。由于机器人的工作性质和运行环境，对微特电机提出了下列基本技术要求:
    
     ●转动惯量小、机电时间常数低、定位精度高，以适应机器人定位精度高、快速响应的要求。
    
     ●体积小、重量轻，因为微特电机通常都装在机器人运动关节部位，直接成为负载。
    
     ●电机采用盘式、扁平的外形结构，可直接与机器人的关节部位机构组成一个整体。
    
     ●足够的调速范围，在零度附近可控。低速运行平稳、力矩波动小。
    
     ●高的功率/体积比和高的功率/重量比，在伺服定位、电机堵转时，仍能输出大的力矩。
    
     ●直接驱动，满足机器人高精度、重量轻的需要。
    
     ●电机运行可靠，满足机器人运行在不便维修的场合。
    
     ●全封闭的结构，以适应机器人在特殊环境下工作，例如:水下、高空、含有腐蚀性气体、防爆、排雷等运行的场合。
    
     机器人中应用的微特电机主要有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、直线电动机、直接驱动力矩电动机、非电磁原理的电动机和位置、速度传感器等七大类产品。表1列出了它们在机器人中所应用的部位和它的伺服、控制特性。
    
     发展趋势
    
     微特电机在机器人应用的前景是非常乐观的，而且要求微特电机技术的发展，满足机器人智能化、可靠性、灵活性、长寿命的需要。因此机器人用微特电机技术发展趋势可归纳为朝高精度、高可靠性、直接驱动、新原理、新结构、机电一体化、超微化方向发展。
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     高精度
    
     要求微特电机惯量小、响应快、精度高。所以稀土永磁伺服电动机，将是机器人所用的首选品种。
    
     高可靠性
    
     要求微特电机维护少、控制简单。直流无刷电动机和交流伺服电动机将被广泛应用。
    
     直接驱动
    
     超大力矩电动机越来越引起人们的重视，可变磁阻式高力矩步进电动机、低速无刷力矩电动机已是机器人典型的选型品种。
    
     新原理微特电机开发
    
     形状记忆合金电动机，作为仿真机械手指关节驱动的执行元件，己取得应用成果。
    
     超微型电动机的研究 应用于微机电系统中的超微型电动机，已成为国外的一个研究热点。美国麻省理工学院(MIT)研制了一台“Squirt”微小型智能移动式机器人，采用轮式结构。它的传动机构由转子外径100 m的超微型电动机、行星齿轮和蜗轮组成，包括计算机、传感器、控制电路在内，全部尺寸仅为l立方英寸。这类超微型电动机将在微型机器人中获得应用。
    
     机电一体化组件
    
     开发伺服、驱动电动机、传感器与控制电路组成一体的伺服系统，充分发挥各部分的功能，达到最佳的耦合和匹配，从而更好地满足机器人高精度、小体积、轻量化的要求。
    
     机器人用位置和速度传感器发展方向
    
     这类传感器的总的开发趋势朝高精度、数字化、固态化、组合化、高可靠性的方向发展。将更多地采用高分辨率的光学编码器和磁性编码器，还有多极无刷旋转变压器和RDC，作为机器人驱动伺服系统的位置和速度传感器。