機(jī)械人的操作日漸普遍，對(duì)工業(yè)出產(chǎn)與提高效能有首要浸染。工業(yè)機(jī)械人首要操作伺服電機(jī)進(jìn)行步履節(jié)制，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和抓取工具。本文將具體構(gòu)和伺服電機(jī)的特點(diǎn)和不合類型伺服電機(jī)響應(yīng)的節(jié)制事理。步履節(jié)制事理步履節(jié)制與機(jī)械人慎密慎密親密相關(guān)。工業(yè)操作中的機(jī)械人必需透過(guò)由多款電機(jī)所組成的致動(dòng)器才能自行移動(dòng)，以履行使命或透過(guò)機(jī)械手臂抓取工具。機(jī)械人的步履節(jié)制系統(tǒng)凡是由電機(jī)節(jié)制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)本體(多為伺服電機(jī))組成。電機(jī)節(jié)制器具有智能運(yùn)算功能，并可傳送指令以驅(qū)念頭電。驅(qū)動(dòng)可供給增壓電流，遵循節(jié)制器指令以驅(qū)念頭電。電機(jī)可以直接移念頭械人，也可經(jīng)由過(guò)程傳動(dòng)系統(tǒng)或鏈條系統(tǒng)讓機(jī)械人移動(dòng)。圖1：機(jī)械人的步履節(jié)制系統(tǒng)。輸出類型移念頭械人經(jīng)常用于試探除夜規(guī)模面積的土地，并能夠操作各類螺旋槳、機(jī)械腳、輪子、軌道或機(jī)械臂移動(dòng)。例如各類NI揭示平臺(tái)，搜羅VINI、VolksBot與Isadora。這些機(jī)械人分袂操作了全向輪(Mecanum wheel)、一般輪和機(jī)械手臂。而針對(duì)嵌入式節(jié)制，則可經(jīng)由過(guò)程N(yùn)I CompactRIO等嵌入式平臺(tái)，并整合實(shí)時(shí)節(jié)制器與FPGA。CompactRIO亦包含可重設(shè)置設(shè)備放置機(jī)箱，能夠容納多樣化的I/O設(shè)置設(shè)備放置，包含傳感器輸入與電機(jī)節(jié)制。VINI是操作全向輪的機(jī)械人平臺(tái)，能以多標(biāo)的方針行進(jìn)。除像傳統(tǒng)輪子般的前進(jìn)與猬縮猬縮猬縮，全向輪亦可將輪軸改變?yōu)橄喾礃?biāo)的方針，以任何標(biāo)的方針行進(jìn)。此款車輪已普遍用于必需能在狹小空間中移動(dòng)的自動(dòng)堆高機(jī)等操作。VINI仍是一款地圖描繪機(jī)械人，經(jīng)由過(guò)程N(yùn)I工業(yè)級(jí)節(jié)制器與CompactRIO履行路徑籌算與數(shù)據(jù)措置功課。嵌入式的工業(yè)級(jí)節(jié)制器供給雷射掃描地圖，并履行機(jī)械視覺(jué)措置，讓CompactRIO領(lǐng)受傳感器數(shù)據(jù)，并在攝像機(jī)系統(tǒng)上節(jié)制伺服電機(jī)。圖2：VINI機(jī)械人。VolksBot搭載的車輪是由德國(guó)的弗勞恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)所斥地的。圖3：德國(guó)Fraunhofer Institute研究機(jī)構(gòu)斥地的RT3 VolksBot。Isadora則是一種會(huì)跳舞的人形機(jī)械人，經(jīng)由人類操作縮小版的機(jī)械人以獲得輸入數(shù)據(jù)。接著早移動(dòng)自己的機(jī)械手臂與軀干，以摹擬縮小版機(jī)械人的步履。Isadora采納2組CompactRIO，其中1組用于仿真已記實(shí)的步履，另1組則是讓機(jī)械人重現(xiàn)步履軌跡。圖4：Isadora跳舞機(jī)械人。伺服電機(jī)節(jié)制事理及其類型伺服電機(jī)是機(jī)械人操作中常見(jiàn)的一種電機(jī)，其根底節(jié)制事理是操作節(jié)制回路、連絡(luò)需要的電機(jī)反饋，從而協(xié)助電機(jī)進(jìn)入所需的狀況，如位置與速度等。因?yàn)樗欧姍C(jī)必需經(jīng)由過(guò)程節(jié)制回路體味今朝狀況，是以其不變性高于步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)有不合種類——帶刷式與無(wú)刷式。有刷伺服電機(jī)與無(wú)刷伺服電機(jī)之間的分歧在于其通信機(jī)制。伺服電機(jī)的工作事理是遵循反向磁力，進(jìn)而移動(dòng)或成立轉(zhuǎn)矩。簡(jiǎn)單的例子有固定磁場(chǎng)與改變磁場(chǎng)。只要改變流過(guò)磁場(chǎng)的電流標(biāo)的方針，便可變換磁極，并讓磁極(轉(zhuǎn)子)早改變。變換線圈的電流標(biāo)的方針，即所謂的“換相”(commutation)。有刷伺服電機(jī)有刷伺服電機(jī)(brushed motor)的節(jié)制事理即是經(jīng)由過(guò)程機(jī)械式電刷，改變電機(jī)線圈中的電流。因?yàn)橛兴㈦姍C(jī)能改變流入的電流標(biāo)的方針，是以可由直流電源(DC)供電。有刷伺服電機(jī)可分為2組零件：．電機(jī)機(jī)殼即具有場(chǎng)磁鐵(Field magnet)，即定子(Stator)．轉(zhuǎn)子(Rotor)是由線圈所組成，中心具有鐵制焦點(diǎn)，并毗連至電流變換器電刷則接觸電流變換器，將電流導(dǎo)入線圈中。在操作一段時(shí)刻往后，電刷便可能磨耗并對(duì)系統(tǒng)發(fā)生摩擦力；但在無(wú)刷伺服電機(jī)中則不會(huì)發(fā)生此種氣象。無(wú)刷伺服電機(jī)除夜除夜都的無(wú)刷伺服電機(jī)均操作交流電源(AC)。無(wú)刷伺服電機(jī)的節(jié)制事理是將鐵制焦點(diǎn)置于外部。當(dāng)轉(zhuǎn)子成為且則性的磁鐵，定子則成為繞鐵線圈。外部電路的電流將會(huì)在既定的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行反轉(zhuǎn)。所以，此款伺服電機(jī)是由交流電所驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)然亦有沒(méi)有刷DC伺服電機(jī)。這些電機(jī)一般均具有某些電子切換電路，可針對(duì)流入的DC進(jìn)行變換。無(wú)刷伺服電機(jī)的價(jià)位較高，但較無(wú)磨損問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)在機(jī)械人步履操作中，步進(jìn)電機(jī)不如伺服電機(jī)普及，但仍為電機(jī)的首要典型，而且操作編制較為簡(jiǎn)純摯真。與伺服電機(jī)對(duì)比，步進(jìn)電機(jī)的速度較慢亦較為切確。步進(jìn)電機(jī)中具有一系列內(nèi)建的無(wú)刷齒(Brushless teeth)，可在電暢經(jīng)由過(guò)程而改變電磁電荷后，由下一組刷齒拉動(dòng)轉(zhuǎn)子，前一組刷齒催促轉(zhuǎn)子，從而為步進(jìn)電機(jī)通電。相較于伺服電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)可經(jīng)由過(guò)程刷齒的數(shù)目(即等于所移動(dòng)的距離)進(jìn)而切確進(jìn)行節(jié)制，是以一般氣象下其實(shí)不需要反饋。但可能因?yàn)檎系K物而漏失蹤蹤刷齒，是以可用編碼器做為反饋。步履節(jié)制器與軟件架構(gòu)良多制造商均成立了自家的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以操控機(jī)械人。在考慮機(jī)械人操作中的步履節(jié)制系統(tǒng)時(shí)，可先體味初階的網(wǎng)狀輪回，以下圖所示。圖5：步履節(jié)制軟件架構(gòu)。至于機(jī)械人使命籌算的較高階功能，則是讓機(jī)械人的步履達(dá)到事實(shí)下場(chǎng)的方針。它多是以單一指令搜羅多組方針，或可讓機(jī)械人進(jìn)入特定位置。若機(jī)械人采納遙控(Tele-operated)架構(gòu)，那么這些指令可能經(jīng)由過(guò)程毗連板外(off-board)的計(jì)較機(jī)而傳送的，而且可在此酬報(bào)操作選擇機(jī)械人的后續(xù)動(dòng)作或步履。在完全自動(dòng)化的機(jī)械人中，遵循抉擇妄圖用算法的不合，使命籌算亦可能直接在板上履行。在籌算路徑時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生“我理當(dāng)若何到方針地以完成此使命？”或是“我應(yīng)若何讓機(jī)械手臂移動(dòng)到該位置？”等問(wèn)題。而此種問(wèn)題都可由機(jī)械人步履節(jié)制器完成。一旦清楚方針地與行進(jìn)速度往后，伺服電機(jī)節(jié)制器將發(fā)出節(jié)制燈號(hào)記號(hào)(PWM或電流等)至現(xiàn)實(shí)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使其得以達(dá)到方針地。一般均以PID建構(gòu)節(jié)制功能。另請(qǐng)寄望，此時(shí)亦應(yīng)建置安然性功能。舉例來(lái)講，若高速行進(jìn)中的機(jī)械人在今朝的路徑上偵測(cè)到人類，則應(yīng)發(fā)出緊迫燈號(hào)記號(hào)以遏制電機(jī)或馬上煞車。本文來(lái)自《電子工程專輯》2018年3月刊，版權(quán)所有，回絕轉(zhuǎn)載