工业机器人电动伺服驱动系统 

    机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器

 

人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。

    对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、
低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质
量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳

 

定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。

    

 

机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下：

    1）快速性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令
信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机

 

的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。
    2）起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大 ，

 

转动惯量小。
    3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有

 

时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
    4）调速范围宽。能使用于 1：1000～10000

 

的调速范围。

    5

 

）体积小、质量小、轴向尺寸短。

    6）能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时

 

间内承受过载。

    目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛
应用，一般负载 1000N（相当 100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采
用的关节驱动电动机主要是 AC 伺服电动机，步进电动机和 DC 伺服电动机。其中，交流
伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于
高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高
的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃
易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为 0.1～10kW。工

 

业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：

    1

 

）交流伺服电动机包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。

    2）直流伺服电动机包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量

 

永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。
    3

 

 

）步进电动机 包括永磁感应步进电动机。

    速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。
近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混
合式光电位置传感器，伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电

 

动机驱动单元。

    机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速