發布日期：2022-10-09 點擊率：282
機器人的應用日漸廣泛，對工業生產與提高效能有重要作用。工業機器人主要利用伺服電機進行運動控制，從而實現移動和抓取工具。本文將詳細討論伺服電機的特點以及不同類型伺服電機相應的控制原理。
運動控制原理
運動控制與機器人密切相關。工業應用中的機器人必須透過由多款電機所構成的致動器才能自行移動，以執行任務或透過機器手臂抓取工具。
機器人的運動控制系統通常由電機控制器、電機驅動、電機本體(多為伺服電機)組成。電機控制器具備智能運算功能，并可傳送指令以驅動電機。驅動可提供增壓電流，根據控制器指令以驅動電機。電機可以直接移動機器人，也可通過傳動系統或鏈條系統讓機器人移動。
圖2：VINI機器人
VolksBot搭載的車輪是由德國的弗勞恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)所開發的。
圖4：Isadora跳舞機器人
伺服電機控制原理及其類型
伺服電機是機器人應用中常見的一種電機，其基本控制原理是利用控制回路、結合必要的電機反饋，從而協助電機進入所需的狀態，如位置與速度等。由于伺服電機必須通過控制回路了解目前狀態，因此其穩定性高于步進電機。
伺服電機有不同種類——帶刷式與無刷式。有刷伺服電機與無刷伺服電機之間的差異在于其通訊機制。伺服電機的工作原理是根據反向磁力，進而移動或建立轉矩。最簡單的例子有固定磁場與旋轉磁場。只要改變流過磁場的電流方向，即可變更磁極，并讓磁極(轉子)開始旋轉。變更線圈的電流方向，即所謂的“換相”(commutation)。
有刷伺服電機
有刷伺服電機(brushed motor)的控制原理即是通過機械式電刷，改變電機線圈中的電流。由于有刷電機能改變流入的電流方向，因此可由直流電源(DC)供電。有刷伺服電機可分為2組零件：
電機機殼即具有場磁鐵(Field magnet)，即定子(Stator)
轉子(Rotor)是由線圈所構成，中間具有鐵制核心，并連接至電流變換器
電刷則接觸電流變換器，將電流導入線圈中。在使用一段時間之后，電刷即可能磨耗并對系統產生摩擦力；但在無刷伺服電機中則不會發生此種情況。
無刷伺服電機
大多數的無刷伺服電機均使用交流電源(AC)。無刷伺服電機的控制原理是將鐵制核心置于外部。當轉子成為暫時性的磁鐵，定子則成為繞鐵線圈。外部電路的電流將會在既定的轉子位置進行反轉。所以，此款伺服電機是由交流電所驅動的。當然亦有無刷DC伺服電機。這些電機一般均具備某些電子切換電路，可針對流入的DC進行變換。無刷伺服電機的價位較高，但較無磨損問題。
步進電機
在機器人運動應用中，步進電機不如伺服電機普及，但仍為電機的重要范例，而且使用方式較為簡易。與伺服電機相比，步進電機的速度較慢亦較為精確。步進電機中具有一系列內建的無刷齒(Brushless teeth)，可在電流通過而改變電磁電荷后，由下一組刷齒拉動轉子，前一組刷齒推動轉子，從而為步進電機通電。
相較于伺服電機，由于步進電機可通過刷齒的數量(即等于所移動的距離)進而精確進行控制，因此一般情況下并不需要反饋。但可能因為障礙物而遺漏刷齒，因此可用編碼器做為反饋。
運動控制器與軟件架構
許多制造商均建立了自家的驅動系統，以操控機器人。在考慮機器人應用中的運動控制系統時，可先了解初階的網狀循環，如下圖所示。
機器人的應用日漸廣泛，對工業生產與提高效能有重要作用。工業機器人主要利用伺服電機進行運動控制，從而實現移動和抓取工具。本文將詳細討論伺服電機的特點以及不同類型伺服電機相應的控制原理。
運動控制原理
運動控制與機器人密切相關。工業應用中的機器人必須透過由多款電機所構成的致動器才能自行移動，以執行任務或透過機器手臂抓取工具。
機器人的運動控制系統通常由電機控制器、電機驅動、電機本體(多為伺服電機)組成。電機控制器具備智能運算功能，并可傳送指令以驅動電機。驅動可提供增壓電流，根據控制器指令以驅動電機。電機可以直接移動機器人，也可通過傳動系統或鏈條系統讓機器人移動。
圖2：VINI機器人
VolksBot搭載的車輪是由德國的弗勞恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)所開發的。
圖4：Isadora跳舞機器人
伺服電機控制原理及其類型
伺服電機是機器人應用中常見的一種電機，其基本控制原理是利用控制回路、結合必要的電機反饋，從而協助電機進入所需的狀態，如位置與速度等。由于伺服電機必須通過控制回路了解目前狀態，因此其穩定性高于步進電機。
伺服電機有不同種類——帶刷式與無刷式。有刷伺服電機與無刷伺服電機之間的差異在于其通訊機制。伺服電機的工作原理是根據反向磁力，進而移動或建立轉矩。最簡單的例子有固定磁場與旋轉磁場。只要改變流過磁場的電流方向，即可變更磁極，并讓磁極(轉子)開始旋轉。變更線圈的電流方向，即所謂的“換相”(commutation)。
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