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从静态手臂到AMR机器人的关键技术

大学仕 2020-12-23 11:37

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运动是机器人这么学科的一部分，基于100多年前发现的原理。电动机把势能转化为机械功。工程师了解这是如何发生的，并继续在功能和效率方面进行改进。电机控制是一个非常活跃的研究领域。所有领先的半导体供应商都在开发新的设备，以提供更有效的电机控制。机器人的每个活动部分都需要某种特定型号的电动机。

使用的主要运动形式包括：手臂的垂直、径向和旋转运动，手腕的俯仰、侧滚和偏航移动，或者说从一个地方移动到另一个地方的能力，也需要电动机。电动机的尺寸和功率将因运动方式的不同而有很大的变化。一个设计成在轨道上沿着生产线移动的机器人可以使用简单的马达。步行机器人使用的是看起来更像人类的腿。

使用的电机类型将从交流电机（转矩很重要）到步进电机（当需要更多角度控制时）。在这两者之间，选择包括刷直流电机，这是成本效益和直接，但也低效和容易磨损。现代的替代品可能是无刷直流电动机，因为它们在适当驱动时效率更高，并且没有电刷，因此随着时间的推移磨损更小。

工业自动化已经使用机器人将近70年了。最早的机器人有很好的机动性，可以在固定的底座上移动一只肢体，这是在装配线上将物体从一个位置移动到另一个位置的理想选择。现代机器人的能力更强，也能操纵物体，而不仅仅是移动它们。灵巧度的提高来自于模仿人手的功能。机器人手现在使用肌腱连接肌肉和骨骼。下面的部分是对研究方向的简单描述。

机器人操作是工业自动化发展的一个例子。可以让许多设备可以协同工作。提供机器操作的机器人通常负责将一个物体移动到第二个机器人可以执行附加操作的位置。机器操作是一种典型的由人工操作的角色。随着机器人变得越来越机动性和灵巧性，它们现在更能扮演这个角色。

另一个机器人如何变得更加拟人化的例子，看看大卫吧，一个由德国航空航天中心（DLR）开发的机器人。大卫有76个无刷直流电机（BLDC）和165个位置传感器。David的操作速度与人类相似，被归类为开发DLR所称的可变刚度执行器（VSAs）控制系统的科学平台。这项技术让大卫看起来更像人，具有相似的尺寸、重量和活动范围。

有趣的是，即使像大卫这样先进的设备仍然严重依赖于标准的无刷直流技术。无刷直流仍然是最有效的电机形式之一。改变的是我们控制BLDC的方式。越来越强大的微控制器（MCU）的趋势，现在通常由数字信号处理（DSP）硬件扩展来辅助，这意味着控制算法要复杂得多。对于不熟悉BLDCs控制系统的嵌入式工程师来说，理解如何利用DSP充分利用这些强大的mcu是一项挑战。

许多主要的半导体供应商现在提供MCU目标无刷直流控制，以及软件开发包，包括所有最流行的控制技术。其中包括Microchip的dsPIC33CH好奇心开发板DM330028。双核数字信号控制器（DSC）。这种交叉设备将MCU和DSP功能结合在一个设备中。

Trinamic Motion Control（最近被Maxim Integrated收购）专门为机器人应用提供半导体解决方案。其系列TMC5160A电机控制器和驱动器集成了一系列专用于运动控制的功能，包括负载自适应和负载相关技术。Rohm Semiconductor还拥有强大的步进电机驱动器组合，STMicroelectronics也有其STSPIN32F0高级无刷直流控制器。

（文章来源于贤集网）

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