在機械人系統中,為什麼不能直接控制伺服電機轉子轉速控制關節運動,而是還需要減速器?

時間 2021-05-11 19:52:57

1樓:

之前也有用無減速器的電機做過控制嘗試,缺點其他答主也說了,主要的問題就是輸出力/力矩太小。由此引發的問題,就是電機【控不住】。因為輸出力/力矩小,當我們加上負載後,如果是讓電機做勻速運動還好,當速度起來以後,控制力的變化比較小,運動能夠控制住。

但是如果是做變速運動,或是點到點的位置控制運動,電機就會開始發抖,整個系統不穩定。

所以,從實驗結果來看,可能無減速器的方案更適合的是輸出力/力矩較小,同時對速度/位置控制要求不高的場景(控制對機械人的運動剛度要求不高)。

2樓:wangxydegree

直驅下伺服電機提供的力矩是由供給的電流大小決定的,額定電流是電機正常運轉的電流值,當所需的力矩較大,電機不管處在位置、速度、還是力矩模式下,都需要產生大於額定值的電流來提供力矩,會造成發熱,壽命下降的問題。通過減速器可以在額定電流以內的工況下提供大力矩,一定程度上減少過熱和效率低的問題。但是當所需力矩不大,電機在額定電流內能提供的,直驅未嘗不可~只不過直驅下定位精度和速度反饋會比較差,因為負載的拖累使得電機轉軸會滯後於位置(速度)期望值

3樓:張潔

小電機輸出力矩不夠,除非換大電機。

換大電機則需要額外考慮成本(貴)、安裝空間(太大且外形可能不美觀)、功耗(耗電)、重量和散熱等,綜合下來非常不合算。

速度精度的調整表現可能會不如相同價位下電機配減速箱的組合。

以目前的技術,還是配減速箱最方便、有效、可靠且便宜。

4樓:

根據第一性原理來點直觀的解釋。

電機這種東西,無論是電動機還是發電機,無論直流還是交流,內部都在努力使定子和轉子的磁場對齊。這兩個磁場同步旋轉,完全對齊的時候之間是沒有扭矩的,所以還要錯開一點夾角。如果是定子磁場拖著轉子磁場旋轉,就是電動機,反過來就是發電機。

這個夾角就是功角,功角為0就沒有扭矩,就無法做功。但有了扭矩也不一定能做功。力與速度相乘才能得到功率。想象一下電機堵轉的極端情況,有扭矩,但轉速為0,對外不做功。

但不做功不意味著不消耗電能。堵轉時為了維持扭矩仍需要有足夠強的定子和轉子磁場。哪怕用永磁電機,定子磁場也還是要電流產生的。

想要更強的磁場,就要更大的電流。但導線不允許啊,導線的發熱是和電流的平方成正比的。更強的磁場意味著更大的發熱。

問題已經很明顯了,電機在低速狀態下,大部分電能都轉換成了熱能,而不是機械能,效率很低。那我們幹嘛非要靠電磁力去獲得大扭矩?既然低速時需要的不是大功率,而是大扭矩,那我們用槓桿去放大力不就行了?

減速器就是用來放大扭矩,只需較小的電磁力。歸根結底是我們難以在電機中搞出大電流,無法有效散熱會燒毀電機,效率也太低。

PS: 直驅不是一定不可以,尺寸是關鍵。對於小型機械人,需要的力矩不大時,直驅是可以的。

5樓:

這是由他的使用需求決定的啊,不管是那種人形機械人還是工業機械手,通常不要很高的速度,但需要一定的扭矩,用減速機的話可以完美實現,電流還可以很小。直接用電機的話,乙隻12牛公尺的86步進電機就得150mm長,近5公斤重,想大妞矩電機就得更大,讓機械人更臃腫,啟停電流大,而且低速啟停震動很大會影響精度

6樓:習慣老哥

因為轉子有半個週期是不做功的,轉速高,才降低有半個週期不做工慣性運動帶來的動力不濟。其次是步進電機往往成本更高,控制系統更需要精密,而差速控制更成本低,技術成熟。

7樓:

這種問題,我說不出來一大堆理論。目前我所知道的增加減速機的原因,增大扭矩、匹配慣量、給電機散熱、節省關節空間(不用減速機,電機會超級大個一坨才能滿足要求)。除了那些個複製N年前書本知識說通過加減速機降低電機誤差的不敢苟同,其他的基本上都認同。

當然了還有那個扭矩模式和點位模式,扭矩模式可以認為是0和1兩種狀態,至於到什麼位置了,扭矩模式下電機沒有反饋,所以不適合用在機械人上。

還有乙個小小的請求:請回答問題的人不要說什麼增加減速機會提高精度了好不好?增加減速機提高精度那是N多年以前的電機特性決定的,以現有的驅動器解析度精度,決定精度的不是電機,而是機械傳動精度。

比如解析度為2∧20的那種,百萬級的解析度,電機轉一圈接收2∧20個脈衝,你告訴我這精度還不夠,那得什麼級別的驅動器?

現在是多一級傳動多一級累積誤差,咱雖學歷不高,這點認知還是有的,請那些回答增加減速機減小誤差的多去接觸新知識,不要故步自封,盯著幾十年前的老觀點複製貼上出來好嘛?

當然了,我吐槽那些說加減速機提高精度的,不是吐槽專業人士說的訊號干擾問題,訊號干擾這個我是沒了解過。

8樓:張鉅鵬

1.第乙個目的肯定是為了增加扭矩,降低速度

2.大部分的電機在沒有加減速機的情況,速度穩定性不夠好,和電機本身效能有關。比如我們在一些高精密轉台的場合,高精度電機不加減速機是完全可以實現低速控制的,精度由光柵尺來決定。

3.還有看具體什麼機械人,有一些外骨骼機械人是直接驅動的,用無框力矩電機,不加減速機也是可以的,電機的扭矩足夠使用,低速控制在有編碼器的情況下效果也可以。

9樓:路堯

雖然伺服可以做到:低速保持高精度,但是如果直驅,扭矩就要足夠大(大於最大負載力矩),這個不划算!

另外,很多場合其實不至於直接上伺服電機!一般電機經過減速機,加上閉環控制能達到要求的精度,更省了!

10樓:

我自己做過永磁同步的控制,了解一些。以下都以此為準。

1、機械人關節角速度很低,沒見過像風車一樣的關節吧?!哈哈,可電機在極低的速度下轉動是不平穩的,控制不易。減速器可以讓電機在較合理的轉速下運動,保證運動的平順;

2、轉矩,這個上面大家都提到了。減速器除了改變速度的功能外,還能提高轉矩。

3、有一種想法不知道對不對。帶減速器的伺服系統剛性會降低一點,可以提供一定程度的抗衝擊能力和過濾擾動負載的能力,對電機提供某種程度上的保護。

11樓:彈道有痕

電機足夠好,我認為應該可以,比如說電機的極對數較多,但這樣的電機成本高,極對數小的電機,轉速低的時候,尺槽效應過於明顯,導致運動不平滑,

12樓:紅燒小青柑

輸出功率p=Fv,

經過減速器減速後轉速降低,即v減小

則F增大。即扭矩增大。

將高速低扭矩的電機的扭矩增大,這就是減速器的作用,而不是為了減速而減速。

13樓:傅睿卿

這個是電機的特性問題,對於絕大部分電機,在極低轉速下根本沒有力矩輸出能力。

減速器是讓電機的輸出力矩變大,而不僅僅是讓電機的速度變慢。

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