5)能经受住苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受数倍过载。交流伺服驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点,在工业机器人中得到广泛应用。
2、伺服电机的核心技术
1)信号接插件的可靠性。国产伺服需要继续改进,而且接插件的小型化、高密度化也是趋势,与伺服电机本体的集成设计是个很好的做法,目前日系的伺服电机很多就是这样设计的,方便安装、调试、更换。
2)编码器的高精度。尤其工业机器人上用的多圈绝对值编码器,目前严重依赖进口 ,是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈之一。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。纵观日系伺服电机产品的更迭,都是伴随着电机磁路和编码器的协同发展升级。
另外,国内的伺服系统的基础性研究缺失,包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定等等。这些都需要国内机器人行业的核心零部件企业去完善。
3、机器人伺服电机的部分企业
控制器
工业机器人控制器是机器人控制系统的核心大脑。控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解,以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换,完成机器人的轨迹规划任务,实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。
机器人控制器由机器人控制器硬件和机器人控制器软件组成。机器人控制器的软件部分是工业机器人的“心脏”,随着科技的发展,工业机器人从下位机到上位机的应用软件方面都有了不同程度的研究成果。
机器人轴数越多,对控制器性能要求也越高:机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目,关节数愈多,自由度越高,位移精准度也越高,其所使用的伺服电机数量就相对较多,即越精密的工业型机器人所用的伺服电机数量愈多。一般每台多轴机器人由一套控制系统控制,也意味着控制器性能要求越高。
控制系统的开发涉及较多的核心技术,包括硬件设计,底层软件技术,上层功能应用软件等,随着技术和应用经验的积累,国内企业机器人控制器产品已经较为成熟,是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件,国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距, 差距主要在控制算法和二次开发平台的易用性方面。
工业机器人控制器的部分企业
减速器
工业机器人核心部件减速器是机械传动的核心,机器人的速度、精度都与减速器有关,工业机器人使用的减速器主要包含:谐波减速器、RV减速器。
1、谐波齿轮减速器
谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器,由波发生器、柔轮和刚轮组成,依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形,并靠柔轮与刚轮啮合来传递运动和动力。
谐波传动具有运动精度高,传动比大、质量小、体积小、较小的传动惯量等优点。最重要的是能在密闭空间传递运动,这一点是其他任何机械传动无法实现的。其缺点为在谐波齿轮传动中柔轮每转发生两次椭圆变形,极易引起材料的疲劳损坏,损耗功率大。同时,其引起的扭转变形角达到20’一30’甚至更大。受轴承间隙等影响可能引起3 7~6’的回程误差,不具有自锁功能。
谐波齿轮减速器
2、RV减速器
RV减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。RV传动是新兴起的一种传动,它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的,不仅克服了一般针摆传动的缺点,而且具有体积小、质量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。