伺服电机在工业机器人技术中的创新与发展

发布时间：2024-03-27 阅读量：1023 来源: 我爱方案网作者: bebop

伺服电机在工业机器人中扮演着关键的角色，主要应用于机器人的关节、运动轴和夹紧器等部位。工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。

伺服电机不仅能够实现工业机器人的高精度控制，还能提高机器人的运动效率，从而满足各种工艺需求并提高生产效率。伺服电机以其快速响应速度和高的定位精度，能够实现高速和高精度的运动控制，使机器人能够迅速准确地完成各种复杂任务，提高工作效率和生产质量。

伺服电机的结构设计紧凑轻便，适用于空间有限的机器人应用场景，其体积小、重量轻，能够灵活嵌入到机器人的关节或末端执行器中，实现灵活多样的运动方式。此外，伺服电机具备较强的动态响应能力，能够快速适应外界环境的变化，并做出相应的动作调整，使机器人能够灵活应对不同的工作场景，并实现更加精准的运动控制。

伺服电机在机器人技术中的应用案例

工业机器人

伺服电机在工业机器人中得到了广泛应用。通过优化控制算法和使用高效能驱动器，工业机器人可以实现高速、高精度的操作，包括搬运、装配、焊接等工作。伺服电机的采用有效提高了生产线的自动化水平，提升了生产效率和产品质量。

服务机器人

服务机器人是近年来快速发展的领域，伺服电机在其中扮演着重要角色。例如，使用伺服电机驱动的机械臂可以完成复杂的抓取和搬运任务，通过精准的运动控制实现与人类用户的交互。这些应用使得服务机器人能够在家庭、医疗、餐饮等领域发挥出更大的作用。

医疗机器人

伺服电机在医疗机器人中也有广泛应用。例如，手术机器人通过伺服电机驱动的机械臂可以实现微创手术，提高手术的精确性和稳定性。同时，伺服电机的高精度控制能力也为医疗机器人提供了更广阔的应用前景，如康复治疗、辅助诊断等领域。

伺服电机相关方案推荐：

电机驱动方案

在工业领域，电机驱动是整个自动化的基础应用，如用于CNC机床、机器人的伺服驱动器，用于新能源汽车的主驱和压缩机驱动等。由于这些行业本身的发展和需求增加，对微控制器(MCU)提出了更高的要求，如高算力、高实时性、高速高精度ADC、Ʃ-Δ滤波、单芯片多轴控制等。

使用先楫超高性能的HPM6750芯片可实现HMI与四轴伺服运动控制，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

芯片优势：

816MHz 主频控制器，性能强悍

多伺服电机控制，高精度位置控制

集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体

相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

具备4组电机控制模块，能输出32路PWM输出、接4个编码器，可以完成单芯片驱动4个电机

应用场景：

工业机器人、SCARA机器人、机床加工、伺服方案等场景。

工业机械臂方案

伺服电机的运动控制需要准确的位置反馈信息。随着高精度位置传感器技术的发展，如光电编码器、磁性编码器等，能够实时获取伺服电机的位置信息，并通过反馈控制算法进行精确的位置调整。这些技术的创新使得伺服电机的定位精度进一步提升，满足了机械臂在高精度操作中的需求。

先楫HPM6280芯片具备出色响应速度快、定位精度高等特点，能够实现高速、高精度的运动控制。HPM6280高性能MCU目前已应用于电动平行夹爪方案，方案内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM，在工业机械臂场景，HPM628 MCU能够迅速准确地完成各种复杂任务，提高工作效率和生产质量。

方案优势：

高性能MCU，高达600MHz主频。

控制<100PS，高精度PWM，有效优化GaN驱动音圈电机动态特性

RISC-V架构自研芯片，可满足国产自主可控要求，供应链稳定，超高性价比。

高算力，大 SRAM，大 Flash，多路CAN FD，16bitADC(24路)

应用场景：

搬运机械臂、装配机械臂、焊接机械臂等场景。

电力配网DTU

电网自动化系统一般由以下部分组成：配电主站、配电子站（常设在变电站内，可选配）、配电远方终端（FTU、DTU等）和通信网络。配电主站位于城市调度中心，配电子站部署于110kV/35kV变电站，子站负责与所辖区域DTU/FTU等电力终端设备通信，主站负责与各个子站之间通信。

我爱方案网FAE/PM考虑到系统的秒级响应要求、电网对自主可控的要求等因素，选用了先楫半导体的高性能MCU HPM6750IVM设计了一款DTU/FTU最小系统核心板，MCU为BGA289封装，多达195个GPIO；2M的SRAM，灵活可选容量的外挂FLASH；内部DSP单元，支持SIMD和DSP指令；RISC-V双内核完全自主可控，主频816M，创下了高达9220CoreMark和高达4651DMIPS的MCU性能记录。芯片工作温度在-40℃~105℃，满足电力行业苛刻工作环境。

方案优势：

双千兆以太网：根据标准要求，扩展了一路SPI转以太网接口

双USB接口：支持扩展网口与外挂4G

17路串口：满足串口通信需求

4路高速SPI：支持外挂加密芯片、ADC芯片、SPI转以太网芯片

4路IIC：支持外挂实时时钟、温湿度传感器等

1个16bit ADC和3个12bit ADC：支持模拟量的采集

应用场景：

新能源、电力配网DTU、配电柜、电池化成分容下位机等场景。

磁编码器方案

主控芯片：先楫HPM5300系列

方案特点：

分辨率：17b
支持最高转速：6000RPM
支持增益偏差校正
支持温漂补偿
支持掉电多圈保存
支持Offset校正

先楫优势：

高算力：480MHz
2 X 16b ADC
输出协议丰富
片内可编程运放，支持差分输入
低功耗：1.5uA
小封装：QFN 48

应用场景：伺服驱动器、机器人等

旋变硬/软解码方案

主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列

方案特点：

硬解码：RDC硬件支持快速的旋变解码
软解码：成熟方案，使用HPM5000~6000
16b ADC带来更好的解码性能
高算力、高主频带来解码低延时
丰富的编码器接口和协议，可以统一编码器平台，如磁编、光编和旋变等

先楫优势：HPM5300系列可结合QEO和SEI，可以支持多种方式输出，如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。

应用场景：

工况或环境恶劣的电机驱动，如

新能源车：电机驱动
CNC机床、磨床等

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