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机械手关节用精密减速机,为啥不让电机直接上,多此一举吗?
来源: | 作者:pro25b703 | 发布时间: 429天前 | 495 次浏览 | 分享到:
机械手关节用精密减速机,为啥不让电机直接上,多此一举吗?

  我们知道,机器人臂部结构中机器人关节处都安装有电机和减速机用来控制关节运动,那么大家不禁会想到一个问题在机器人系统中,为什么不能直接控制伺服电机转子转速控制关节运动,为何机械手关节还要用精密减速机

  要回答这个问题,首先要明确机械手关节用精密减速机的作用:

  1.工业机器人的关节需要撑住后端机构由于重力产生的扭矩。

  2.工业机器人关节转速不高。机器人关节角速度很低,可电机在极低的速度下转动是不平稳的,控制不易,需要一个机械让电机在较合理的转速下运动,保证运动的平顺。

  那么机械手关节用精密减速机的原因有两点,第一点是提扭矩,第二点就是提控制分辨率和闭环精度。

  例如,一个50:1的谐波减速机就能轻松将一个额定100mNm的电机的额定扭矩提升到5Nm,代价是:
  1.转子转速比直驱高49倍

  本来工业机器人的关节转速就不高,一般都是每秒一两转,额定100mNm的电机轻松跑6k转/min,白不转那么快。要是嫌转的不够快?解决办法就是提电压,但这要考虑的是轴承和转子是否撑得住。

  2.重量提高到原来3倍

  举个例子,maxon EC45最厚的电机额定转矩为83mNm,重110g;maxon EC90的额定转矩为560mNm,重600g。从这个两个数据出发,可以脑补一下额定5Nm的电机重量是多少倍。

  3.维持相同扭矩时,发热功率是不加减速机的1/2500

  其实不是说额定100mNm的电机干不到5Nm,也是可以做到的,只要往死里提电流就好了,但这样将造成电机快速发烫,撑不了几秒就得冒烟,就算上了水冷电费也会比较多。要想达到相同扭矩又不想太烫就得换扭矩/发热效率高且热阻小、热容量大的电机,但这样就又回到2所说的问题了。

  除了上面的解答,这里还有一个案例,可来从另一个角度间接回答此问题。

  某客户一种型号为6150的车床,卡盘为10寸(直径约250mm)液压卡盘,为了达到单边7mm的切削能力,利用主轴电机(交流异步电机)的低速大扭矩(转矩)特性,拟选取一款7.5kw额定转速1000转的电机,同时使用1:2传动比(减速)的齿轮。

  已知传动比和功率、转矩成正比,即使用1:2的传动比,7.5kw的电机达到了15kw、同时2倍转矩(注意,此处不是指2倍额定转矩)的特性。如果选择的是15kw的电机,价格就要贵不少,安装尺寸也要变大;而加工出1:2传动比的一对齿轮不需要很多钱。

  不明白的可查看一下异步电机功率、转矩特性曲线图。(注意:和直流电机不同,异步电机是可能工作在超过横转矩区的)
  以上就是为什么不能直接控制伺服电机转子转速来控制关节运动,而是机械手关节用精密减速机的原因。虽然现在有直驱电机驱动的机器人,但是由于上述问题,成熟度上还差一些。

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