減速器憑什（shí）麽（me）替代電機轉速來控（kòng）製機器人關節運動？
2018-6-1 來（lái）源：轉（zhuǎn）載 作者：-
從機器人臂部結構圖中我們可以看到（dào），在機器人關節處都安裝有電機和（hé）減速機用來控製關節運動，那麽問題（tí）來了：
在機器人係統中，為什麽不能直接控製伺服電機轉（zhuǎn）子轉（zhuǎn）速控製關節運動，為何還需要減速（sù）器？
要回答這個（gè）問題，首先要明確工業機器人關節的工況：
1. 工業機器人的關節需要撐住後端機構由於重力產（chǎn）生的扭矩。
2 . 工業機（jī）器人關節轉速不（bú）高。機器人關節（jiē）角速度很低（dī），可電機（jī）在（zài）極低的速度下轉動（dòng）是不平穩的，控（kòng）製不易，需要一個機械讓（ràng）電機在較合理（lǐ）的轉速下（xià）運動，保證運動的（de）平順。
那麽使用減速機的（de）原因有兩點，第一點是提扭矩，第二點就是提控製分辨率和閉環精度。
例如，一個50:1的諧波減速機就能輕鬆將一個額（é）定100mNm的電機的額定扭矩提升到（dào）5Nm，代價是：
1 .轉子轉速比直驅高49倍
本來工業（yè）機器人的關節轉速就不高，一般都是每秒一兩轉，額（é）定100mNm的電機輕鬆跑6k轉/min，白（bái）不轉那麽快。要是嫌轉的不夠快（kuài）?解決辦法就是提（tí）電（diàn）壓，但這要考慮的是軸承和轉子是否撐得住。
2.重量提（tí）高到原來3倍
舉個例子，maxon EC45最厚的電機（jī）額定轉矩為83mNm，重110g；maxon EC90的額定轉矩為560mNm，重600g。從這（zhè）個兩個數據出發，可（kě）以腦補一下額定5Nm的電機重量是多少倍。
3.維持相同扭矩時，發熱功率是不加減速機的1/2500
其實不是說額定100mNm的電機幹不到5Nm，也（yě）是可以做（zuò）到的，隻要往死（sǐ）裏提電流就好了，但這樣將會造成電機（jī）快速（sù）發燙，撐（chēng）不了幾秒就得冒煙，就算上了水（shuǐ）冷（lěng）電（diàn）費也會比較多（duō）。要想達到相同扭矩又（yòu）不想太燙就得換（huàn）扭矩/發熱效（xiào）率高且（qiě）熱阻小、熱容量（liàng）大的電（diàn）機，但這樣（yàng）就又回到2所說的問題了。
此外，使（shǐ）用減速機的好處有：
1.以更低價格的機械實現更高的分辨率
一個普通5k線的（de）光電碼盤就能（néng）實現1.44mdeg的角度（dù）分（fèn）辨率（當然，如果資金太多上正餘弦編碼器使（shǐ）勁細分也可以實現的）；或者是（shì）一個5相1000步的步進電機可以做到7.2mdeg的分辨率（此處說的就是東方電（diàn）機的33步進+50:1的諧波）。分辨率高的好處是（shì）轉速控製（zhì）可以更精確，由於量化造成的階躍產生的高頻分量變得（dé）很小，控製更加平滑。
2 . 提（tí）高閉環精度，更好的控製控製環路
由於有個50:1的大減（jiǎn）速比，減速機出軸受到擾動傳遞到電機端就比（bǐ）直驅縮減了37dB，使得閉環精度在（zài）減速機出軸顯得更高。同時轉子等效的轉動慣量提高到了2500倍，使得控製環路的滯後環節受轉子慣量占主導，而轉子由於直接受電磁力的（de）驅動從而沒有由於剛度造成的扭矩滯後（hòu），比直驅要好控。
除了上麵技術性方麵的（de）解答，這裏還有一（yī）個（gè）案例（lì），可來從另一個角（jiǎo）度間接回答此問題（tí）。
某客戶一種型（xíng）號為6150的車床，卡盤為10寸（直徑約250mm）液壓卡盤，為（wéi）了達到單（dān）邊7mm的切（qiē）削能力（lì），利用主軸電機（交流異步電機（jī））的低速大扭矩（轉矩）特性，擬選取一款（kuǎn）7.5kw額定轉速1000轉的電機（jī），同（tóng）時使用（yòng）1：2傳動比（減速）的齒輪。
已知傳動比和功（gōng）率、轉矩成正比，即使用1：2的傳（chuán）動比，7.5kw的電機達（dá）到了15kw、同時2倍轉矩（注意，此處不是指2倍額定轉矩）的特性。如果選擇的是15kw的（de）電機，價格就要貴不（bú）少，安裝尺寸也要變大；而加工出（chū）1：2傳動（dòng）比的（de）一對齒輪不需（xū）要很多錢（qián）。
不明白的可查看（kàn）下麵這張異步電機功率、轉矩特性（xìng）曲線圖。（注意：和直流電機不同，異步電機是可能工作（zuò）在（zài）超過橫轉（zhuǎn）矩區的。）
除了獲得低速、大扭矩特性，機器（qì）人上用的直流電機可能也有這方麵（miàn）原因，而所用的減（jiǎn）速機的傳動比可能更大（2級傳動或更高）。
當然，使用減速機並不是完美的，還（hái）是有一些缺（quē）點，但是，兩相比較之下，還是（shì）使用減速機更為合適。
使用減速（sù）機之缺（quē）點：
1. 如果配置了減速機而編（biān）碼器又裝在電機端的話，減速機的製造精度會影（yǐng）響實際精度；
2. 多級減速機裏的齒隙油膜厚度變化等小誤差經過多級放大還是（shì）會造成重複精度的下降（jiàng）；
3. 還有（yǒu）減速機畢竟有齒輪齧合或是柔輪變形，有壽命限製；
4. 對多連杆機構齒隙的非（fēi）線性耦（ǒu）合使（shǐ）得（dé）機器人的（de）絕對精度較差，所以工業機器人隻談重複定位精度不談絕對精度（dù），從（cóng）而使得機器（qì）人很難（nán）純粹地進行離線編程，提高了部署的難度和成本（běn）。
以（yǐ）上就是為什麽不能直接控製伺服電（diàn）機（jī）轉子轉速來控製關節運動，而是需要使用減速器的原因。雖然現在有直（zhí）驅電機驅動的機（jī）器人，但是由於上述問題，成熟度上還差一些。
總之（zhī），工業機器人上用減速機就是用電機容易達到的高轉速換取電機（jī）不易做到（dào）的高扭矩和低（dī）質量。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關（guān）新聞稿件發（fā）表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱（xiāng）：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關（guān）新聞稿件發（fā）表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱（xiāng）：skjcsc@vip.sina.com
更（gèng）多相關信息
業界視點
| 更多
行業數據
| 更多
- 2024年11月 金屬切削機床產（chǎn）量數據
- 2024年11月 分地區（qū）金屬切削機床產量數據（jù）
- 2024年11月 軸承出口情況
- 2024年11月 基本型乘用車（轎車）產量數據
- 2024年11月 新能源汽（qì）車產量數（shù）據
- 2024年11月 新能源汽（qì）車銷量情況
- 2024年10月 新能源汽車產量數（shù）據
- 2024年10月 軸承出口情況
- 2024年10月 分地區金屬切削機床產（chǎn）量數據
- 2024年（nián）10月 金屬切削機床產量數據
- 2024年9月 新能源汽車銷量情況（kuàng）
- 2024年8月 新能源汽車產量數據
- 2028年8月 基本型乘用車（轎車）產量數據
博文選萃
| 更多