機(ji)器人(ren)的使用日漸(jian)普(pu)遍，對(dui)工(gong)業生產與進步效能有緊張作用。工(gong)業機(ji)器人(ren)次要應用伺服(fu)電(dian)機(ji)停止運動節制，從而實現挪動跟抓取(qu)對(dui)象。本文(wen)將(jiang)具體探討伺服(fu)電(dian)機(ji)的特色(se)和分歧類型伺服(fu)電(dian)機(ji)響(xiang)應的節制原(yuan)理。
運動節制原理
運動節制與機(ji)器人(ren)密切相關。工業(ye)使(shi)用(yong)中(zhong)的機(ji)器人(ren)必需透(tou)(tou)過(guo)由多款機(ji)電所組成的致動器才氣(qi)自行(xing)挪(nuo)動，以(yi)履行(xing)使(shi)命或透(tou)(tou)過(guo)機(ji)械手臂抓取對象(xiang)。
機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)的運(yun)動(dong)(dong)控(kong)(kong)制系統平常由(you)機(ji)(ji)電(dian)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)、機(ji)(ji)電(dian)驅(qu)動(dong)(dong)、機(ji)(ji)電(dian)本體(ti)(多(duo)為伺服電(dian)機(ji)(ji))構成。機(ji)(ji)電(dian)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)具有智能運(yun)算功用，并可(ke)傳遞指令(ling)以驅(qu)動(dong)(dong)機(ji)(ji)電(dian)。驅(qu)動(dong)(dong)可(ke)供給(gei)增壓(ya)電(dian)流，依據控(kong)(kong)制器(qi)(qi)指令(ling)以驅(qu)動(dong)(dong)機(ji)(ji)電(dian)。機(ji)(ji)電(dian)可(ke)以間接移動(dong)(dong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)，也可(ke)經由(you)過程傳動(dong)(dong)系統或鏈條體(ti)系讓(rang)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)挪動(dong)(dong)。
圖1：機器人的運動控制系統。
輸出類型
VINI是利用全向(xiang)輪(lun)(lun)(lun)的機器人平臺(tai)，能以多標(biao)的目的前進。除像傳統輪(lun)(lun)(lun)子般的行(xing)進與(yu)前進，全向(xiang)輪(lun)(lun)(lun)亦可將輪(lun)(lun)(lun)軸扭轉為(wei)相反(fan)標(biao)的目的，以任何標(biao)的目的前進。此款車輪(lun)(lun)(lun)已遍及(ji)用于(yu)必需能正在狹小空間中挪(nuo)動的自動堆高機等(deng)使用。
垃圾分揀機器人與大數據VINI仍(reng)是一(yi)款輿圖描畫機器(qi)人(ren)，經(jing)由過程NI工業(ye)級控制(zhi)器(qi)與(yu)CompactRIO履(lv)行(xing)門路計劃(hua)與(yu)數(shu)據處(chu)理(li)功(gong)課。嵌入式的(de)工業(ye)級控制(zhi)器(qi)供給雷射掃描輿圖，并(bing)履(lv)行(xing)機械(xie)視覺處(chu)置懲(cheng)罰(fa)，讓CompactRIO吸收傳感器(qi)數(shu)據，并(bing)正在攝像機體系上節(jie)制(zhi)伺服電機。
圖2：VINI機器人。
VolksBot搭(da)載(zai)的(de)車輪是由德國(guo)的(de)弗勞恩霍夫研究所(FraunhoferInstitute)所開辟的(de)。
圖3：德(de)國FraunhoferInstitute研討機構開(kai)辟的RT3VolksBot。
Isadora則是一種會舞蹈(dao)的(de)(de)(de)人(ren)形機(ji)器(qi)(qi)人(ren)，經過人(ren)類操縱(zong)縮小版(ban)(ban)的(de)(de)(de)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)以取得(de)輸(shu)入數(shu)據(ju)。接著起頭(tou)挪動(dong)本人(ren)的(de)(de)(de)機(ji)械手臂(bei)與(yu)軀干，以仿照縮小版(ban)(ban)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)運動(dong)。Isadora采取2組CompactRIO，此中1組用于仿真已(yi)紀錄的(de)(de)(de)運動(dong)，另1組則是讓機(ji)器(qi)(qi)人(ren)重現運動(dong)軌跡。
圖4：Isadora舞蹈(dao)機器人。
伺服電機節(jie)制原理及(ji)其類型(xing)
伺服電機(ji)(ji)是機(ji)(ji)器人使用(yong)(yong)中(zhong)罕見的(de)一種機(ji)(ji)電，其根本節(jie)制原(yuan)理(li)是應(ying)用(yong)(yong)節(jie)制回路、聯(lian)合需(xu)(xu)要的(de)機(ji)(ji)電反應(ying)，從(cong)而輔佐機(ji)(ji)電進入所(suo)需(xu)(xu)的(de)形態(tai)，如(ru)地(di)位與速率(lv)等。因為伺服電機(ji)(ji)必需(xu)(xu)經(jing)由過程節(jie)制回路相識(shi)現階(jie)段形態(tai)，是以其穩定性高于步(bu)進機(ji)(ji)電。
伺服電(dian)機有(you)(you)分(fen)歧(qi)品(pin)種——帶刷式(shi)與無刷式(shi)。有(you)(you)刷伺服電(dian)機與無刷伺服電(dian)機之間的(de)差別在于其通信機制。伺服電(dian)機的(de)事情原理是依據反向磁(ci)力，進而(er)挪(nuo)動或樹立轉矩(ju)。最簡略(lve)的(de)例子有(you)(you)流(liu)動磁(ci)場(chang)與旋轉磁(ci)場(chang)。只有(you)(you)轉變(bian)流(liu)過(guo)磁(ci)場(chang)的(de)電(dian)流(liu)標的(de)目的(de)，便可(ke)變(bian)換磁(ci)極(ji)，并(bing)讓磁(ci)極(ji)(轉子)起(qi)頭扭轉。變(bian)換線圈的(de)電(dian)流(liu)標的(de)目的(de)，即所謂的(de)“換相”(commutation)。
有刷伺服電機
有(you)刷(shua)(shua)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)(brushedmotor)的(de)(de)節制原(yuan)理即(ji)是(shi)經由過程機(ji)械式(shi)電(dian)(dian)刷(shua)(shua)，轉(zhuan)變機(ji)電(dian)(dian)線圈中(zhong)的(de)(de)電(dian)(dian)流。因為(wei)有(you)刷(shua)(shua)機(ji)電(dian)(dian)能轉(zhuan)變流入的(de)(de)電(dian)(dian)流標(biao)的(de)(de)目的(de)(de)，是(shi)以可由直流電(dian)(dian)源(DC)供電(dian)(dian)。有(you)刷(shua)(shua)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)可分(fen)為(wei)2組(zu)整機(ji)：
機(ji)電機(ji)殼即存(cun)在場磁鐵(Fieldmagnet)，即定子(Stator)
轉子(Rotor)是由線(xian)圈所組(zu)成(cheng)，中央存在鐵制焦(jiao)點(dian)，并(bing)毗鄰至電流變換器
電(dian)刷則打仗電(dian)流變換器(qi)，將電(dian)流導入線圈中。正(zheng)在利用一段時間之后，電(dian)刷即(ji)能夠磨(mo)耗并(bing)對(dui)系(xi)統發生(sheng)摩擦力；但(dan)正(zheng)在無刷伺服電(dian)機中則不會(hui)產生(sheng)此種環境(jing)。
無刷伺服電機
大(da)多(duo)數的(de)(de)(de)無(wu)(wu)刷(shua)伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)均利(li)用(yong)交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源(AC)。無(wu)(wu)刷(shua)伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)節(jie)制(zhi)原理是將鐵制(zhi)焦(jiao)點置于(yu)內部。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)成(cheng)為暫時(shi)性的(de)(de)(de)磁鐵，定子(zi)則成(cheng)為繞鐵線圈。內部電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)將會正在既定的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)地位(wei)停(ting)止(zhi)反轉(zhuan)(zhuan)。以(yi)是，此款伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)是由交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)所驅動的(de)(de)(de)。當(dang)然亦有沒有刷(shua)DC伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)。這(zhe)些機(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)普通均具(ju)有某些電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)切換電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路，可針對(dui)流(liu)入(ru)的(de)(de)(de)DC停(ting)止(zhi)變更。無(wu)(wu)刷(shua)伺(si)服(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)價位(wei)較下(xia)，但較無(wu)(wu)磨(mo)損問(wen)題。
步進機電
正(zheng)在(zai)機(ji)(ji)器人運動使用中，步(bu)進(jin)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)不如(ru)伺服電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)提高，但仍為(wei)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)的緊張典范榜樣，并且利(li)用方法較(jiao)為(wei)簡(jian)略單(dan)純(chun)。與(yu)伺服電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)比擬，步(bu)進(jin)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)的速率較(jiao)慢亦較(jiao)為(wei)正(zheng)確。步(bu)進(jin)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)中存(cun)在(zai)一(yi)系列內建的無刷(shua)(shua)齒(Brushlessteeth)，可正(zheng)在(zai)電(dian)(dian)(dian)流經由(you)過(guo)程而轉(zhuan)變電(dian)(dian)(dian)磁電(dian)(dian)(dian)荷(he)后，由(you)下一(yi)組刷(shua)(shua)齒拉動轉(zhuan)子，前(qian)一(yi)組刷(shua)(shua)齒鞭策轉(zhuan)子，從而為(wei)步(bu)進(jin)機(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)通電(dian)(dian)(dian)。
倉儲分揀機器人視頻相較于(yu)伺服電機，因為(wei)步進機電可經由(you)過(guo)程刷齒的數(shu)目(即即是所挪動的距(ju)離)進而正(zheng)確停止節(jie)制，是以普通環境下并不需要(yao)反(fan)應。但能夠由(you)于(yu)障礙物而漏掉(diao)刷齒，是以可用編碼器做為(wei)反(fan)應。
智能分揀機器人的圖片運(yun)動(dong)控制器(qi)與軟件架構
許多(duo)制造商均樹(shu)立了自家的驅動體系(xi)，以操(cao)控(kong)機(ji)器人(ren)。正在思(si)量(liang)機(ji)器人(ren)使用中的運動控(kong)制系(xi)統(tong)時，可先相識(shi)初階(jie)的網狀(zhuang)輪回(hui)，以下(xia)圖所示(shi)。
圖5：運動(dong)節(jie)制軟件(jian)架構。
至(zhi)于機(ji)器(qi)人(ren)使命計劃(hua)的(de)較高階功用(yong)，則是(shi)讓(rang)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)行(xing)為到達終極的(de)方(fang)針。它能夠是(shi)以(yi)單一指令席卷(juan)多組方(fang)針，或可(ke)讓(rang)機(ji)器(qi)人(ren)進入特定地位(wei)。若機(ji)器(qi)人(ren)采(cai)取遙控(kong)(Tele-operated)架構(gou)，那么這(zhe)些指令最能夠經由過(guo)程毗鄰板(ban)外(wai)(off-board)的(de)計算機(ji)而傳遞的(de)，并(bing)且(qie)可(ke)正(zheng)(zheng)在這(zhe)人(ren)為操縱(zong)取舍(she)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)后續舉措或行(xing)動。正(zheng)(zheng)在完整(zheng)自(zi)動化的(de)機(ji)器(qi)人(ren)中，依據決議(yi)計劃(hua)用(yong)算法的(de)分(fen)歧，使命計劃(hua)亦能夠間接正(zheng)(zheng)在板(ban)上履行(xing)。
正在(zai)計(ji)劃門(men)路時，常常會發生“我該當(dang)若(ruo)何到目(mu)的地以實(shi)現此(ci)使命？”或(huo)是(shi)“我應若(ruo)何讓機械手臂挪動到該地位？”等問題。而此(ci)種問題均可由機器(qi)人運動控制(zhi)器(qi)實(shi)現。
一(yi)旦(dan)清晰目(mu)的地與前進(jin)速率之后，伺服(fu)電機控制(zhi)(zhi)器將收(shou)回節制(zhi)(zhi)旌旗(qi)燈號(PWM或電流等(deng))至實際的機電驅動，使其得以達到(dao)目(mu)的地。普(pu)通均以PID建構(gou)節制(zhi)(zhi)功用(yong)(yong)。另請留神，此時亦應建置安全性功用(yong)(yong)。舉(ju)例來說，若高速前進(jin)中(zhong)的機器人正在現階(jie)段的門路上(shang)偵測到(dao)人類，則應收(shou)回急迫旌旗(qi)燈號以終止機電或連忙煞(sha)車(che)。
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