機器人的應(yīng)用日漸廣泛，對工業(yè)生產(chǎn)與提高效能有重要作用。工業(yè)機器人主要利用伺服電機進(jìn)行運動控制，從而實現(xiàn)移動和抓取工具。本文將詳細(xì)討論伺服電機的特點以及不同類型伺服電機相應(yīng)的控制原理。
運動控制原理
運動控制與機器人密切相關(guān)。工業(yè)應(yīng)用中的機器人必須透過由多款電機所構(gòu)成的致動器才能自行移動，以執(zhí)行任務(wù)或透過機器手臂抓取工具。
機器人的運動控制系統(tǒng)通常由電機控制器、電機驅(qū)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(qū)動電機。驅(qū)動可提供增壓電流，根據(jù)控制器指令以驅(qū)動電機。電機可以直接移動機器人，也可通過傳動系統(tǒng)或鏈條系統(tǒng)讓機器人移動。
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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(fā)的。
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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(yīng)用中常見的一種電機，其基本控制原理是利用控制回路、結(jié)合必要的電機反饋，從而協(xié)助電機進(jìn)入所需的狀態(tài)，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(tài)，因此其穩(wěn)定性高于步進(jìn)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(jù)反向磁力，進(jìn)而移動或建立轉(zhuǎn)矩。最簡單的例子有固定磁場與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子)開始旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)子(Rotor)是由線圈所構(gòu)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(dǎo)入線圈中。在使用一段時間之后，電刷即可能磨耗并對系統(tǒng)產(chǎn)生摩擦力；但在無刷伺服電機中則不會發(fā)生此種情況。
無刷伺服電機
大多數(shù)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(dāng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置進(jìn)行反轉(zhuǎn)。所以，此款伺服電機是由交流電所驅(qū)動的。當(dāng)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(jìn)行變換。無刷伺服電機的價位較高，但較無磨損問題。
步進(jìn)電機
在機器人運動應(yīng)用中，步進(jìn)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(jìn)電機的速度較慢亦較為精確。步進(jìn)電機中具有一系列內(nèi)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(zhuǎn)子，前一組刷齒推動轉(zhuǎn)子，從而為步進(jìn)電機通電。
相較于伺服電機，由于步進(jìn)電機可通過刷齒的數(shù)量(即等于所移動的距離)進(jìn)而精確進(jìn)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(gòu)
許多制造商均建立了自家的驅(qū)動系統(tǒng)，以操控機器人。在考慮機器人應(yīng)用中的運動控制系統(tǒng)時，可先了解初階的網(wǎng)狀循環(huán)，如下圖所示。
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機器人的應(yīng)用日漸廣泛，對工業(yè)生產(chǎn)與提高效能有重要作用。工業(yè)機器人主要利用伺服電機進(jìn)行運動控制，從而實現(xiàn)移動和抓取工具。本文將詳細(xì)討論伺服電機的特點以及不同類型伺服電機相應(yīng)的控制原理。
運動控制原理
運動控制與機器人密切相關(guān)。工業(yè)應(yīng)用中的機器人必須透過由多款電機所構(gòu)成的致動器才能自行移動，以執(zhí)行任務(wù)或透過機器手臂抓取工具。
機器人的運動控制系統(tǒng)通常由電機控制器、電機驅(qū)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(qū)動電機。驅(qū)動可提供增壓電流，根據(jù)控制器指令以驅(qū)動電機。電機可以直接移動機器人，也可通過傳動系統(tǒng)或鏈條系統(tǒng)讓機器人移動。
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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(fā)的。
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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(yīng)用中常見的一種電機，其基本控制原理是利用控制回路、結(jié)合必要的電機反饋，從而協(xié)助電機進(jìn)入所需的狀態(tài)，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(tài)，因此其穩(wěn)定性高于步進(jìn)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(jù)反向磁力，進(jìn)而移動或建立轉(zhuǎn)矩。最簡單的例子有固定磁場與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子)開始旋轉(zhuǎn)。變更線圈的電流方向，即所謂的“換相”(commutation)。
