原创《工业机器人伺服驱动器的现状和趋势》：此文是一篇工业机器人论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
摘 要：工业机器人伺服驱动器是工业机器人控制系统的重要部件,随着半导体技术和控制理论技术的快速发展,未来的工业机器人伺服驱动器将向更加集成化、网络化和智能化方向发展.本文对工业机器人伺服驱动器的发展现状和发展趋势等方面进行了分析,可作为工业机器人伺服驱动器设计开发和选型的参考.
关键词：工业机器人；伺服驱动器；发展现状；发展趋势
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.022
1 引言
工业机器人伺服驱动器是指控制机器人伺服电机的专用控制器,可通过位置、速度和转矩三种方式对工业机器人伺服电机进行闭环控制.随着本世纪国内外工业机器人的快速发展,工业机器人伺服驱动器作为机器人的四大核心部件之一,也取得了突飞猛进的发展.但是,国内伺服驱动器仍然和国外伺服驱动器有一定的差距,必须持续提高伺服驱动器性能和可靠性,才能不断提高我国的工业机器人技术水平.
2 工业机器人伺服驱动器的分类和发展现状
2.1 工业机器人伺服驱动器的分类
工业机器人伺服驅动器分类可按照功率等级、编码器类型、总线控制方式等进行分类.工业机器人伺服驱动器按照功率等级可分为：400W伺服驱动器、1KW伺服驱动器、2KW伺服驱动器、5.5KW伺服驱动器、7.5KW伺服驱动器、11KW伺服驱动器、18KW伺服驱动器等；按照电机编码器类型分为：增量式光电编码器伺服驱动器、旋转变压器伺服驱动器、磁编码器伺服驱动器和高精度编码器伺服驱动器等；按照总线控制方式分为：EtherCAT总线伺服驱动器、Powerlink总线伺服驱动器和Mechatrolink总线伺服驱动器等.
2.2 工业机器人伺服驱动器的国内外发展现状
国外的工业机器人伺服驱动器已经有五十多年的发展历史,特别是随着近年电力电子技术、电机永磁材料技术、控制总线技术的发展,在伺服驱动器的处理速度、响应速度、控制精度等方面得到了较大的提升.
目前,欧美系品牌工业机器人伺服驱动器的特点是过载能力强、动态性能好、总线技术性能优秀、开发性较好,典型代表是西门子、倍福、贝加莱、罗克韦尔等.日系品牌工业机器人伺服驱动器的特点是较低、体积较小、重量轻、动态性能稍弱,能够满足绝大部分的应用要求,典型代表是法拉克、安川、松下、三菱等.在中高端工业机器人应用行业,国外品牌的伺服驱动器占据了国内工业机器人伺服驱动器市场份额的80%以上.
国内的工业机器人伺服驱动器起步较晚,但是发展迅速,已经发展有30多家较大规模的伺服厂家,主要代表是汇川、英威腾、广州数控、迈信、埃斯顿等,在伺服驱动器的功能方面,与国外伺服驱动器差距相差已经不大,但是在性能方面,仍然有一定的差距,对伺服驱动器控制性能和精度要求比较高的工业机器人行业,比如焊接机器人、喷涂机器人及打磨机器人等,使用国产伺服驱动器的仍然占比较少.
3 工业机器人伺服驱动器的发展趋势
3.1 高速、高精、高性能化
工业机器人伺服驱动器的主控芯片采用更高速度的处理器,如DSP、FPGA等,提高了伺服驱动器的处理速度和处理能力；采用更高精度的编码器,如17或20位高精度绝对式串行编码器,17位和20位分别对应每圈脉冲数为13万和104万,显著提高了电机的控制精度和低速性能,非常适合高精度工业机器人的应用；采用实时任务调度、先进非线性控制、参数识辨自整定等控制方法和策略,显著提高了伺服驱动的性能指标.通过以上一些措施和办法,实现工业机器人伺服驱动器向高处理速度、高精度、高性能方向发展.
3.2 通用化和专用化
通用化指将工业机器人伺服驱动器的功能进行集成,驱动器内部配置有大量的参数和丰富的菜单功能,便于用户在不改变硬件配置的条件下,灵活地设置开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、电机控制等工作方式,适用于各种场合,可以驱动不同类型的电机,比如异步电机、永磁同步电机、无刷电机、步进电机.这样只需要设计一款伺服驱动器,就能满足大部分应用行业的需求,实现伺服驱动器的通用化和标准化.国外伺服驱动器厂家如西门子已经推出相关通用化伺服驱动器.
虽然通用化的伺服驱动器具有设计改型成本低、生产库存压力小等优点,但是通用化伺服驱动器由于功能齐全,导致较高,某些应该场合就不太适合,这就需要开发专用化的伺服驱动器,比如直角机器人,需要专门设计适合直角机器人应用的驱动器,以减低伺服驱动器的成本和体积.所以,未来通用化和专用化伺服驱动器将会并存.
3.3 集成化和模块化
随着使用工业机器人不断往小型化方向发展,也需要体积更小的伺服驱动器和电机,针对某些特殊应用场合,将伺服驱动器和电机集成一体越来越成为一种趋势.
模块化伺服驱动器是指将驱动器按照功能模块进行划分,每个功能模块做成一个整体,根据不同的需求,将各个功能模块进行叠加.比如,将电源模块做成一个整体,一个电源模块可以给一个或者几个控制模块同时供电.目前国外伺服驱动器厂家采用模块化比较多,比如西门子、贝加莱、罗克韦尔等.国内模块化伺服尚处于起步阶段,只有极少数厂家部分产品推向市场.模块化的优点很多,只需要完成各个功能模块的设计开发,就可以任意组合成不同功率等级、不同功能的伺服驱动器,减少设计开发成本、减低了采购和库存压力、提高了市场快速响应能力.
3.4 网络化
随着工业机器人由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展,对伺服驱动器的总线传输速度和数据量要求越来越高,RS485和CAN通讯技术已经不能满足要求,越来越多的应用场合采用EtherCAT、SERCOS III、Mechatrolink、Powerlink等工业以太网总线.这些总线的使用极大的提升了工业机器人的响应速度,实现了工业机器人的实时控制,提高了机器人的加工精度和生产效率.
3.5 智能化
智能化是工业机器人伺服驱动器的一个重要的发展方向,伺服驱动器可以通过自学习、自适应、自校正等智能控制方法,使其具有人工智能的特性.智能控制方法的应用,包括使用工况的惯量自识别、控制参数的自整定、电机参数的自辨识等.驱动器的智能化简化了工业机器人的工程调试过程,缩短了工业机器人的工程调试时间,降低了对调试人员技术水平的要求.
3.6 从故障诊断到预测性维护
随着安全标准的不断发展,传统的待问题发生后再进行故障诊断和保护的方法已经不能满足要求,新一代工业机器人伺服驱动器需要嵌入预测性维护技术,使用户或者生产厂家可以通过网络及时掌握重要技术参数的动态变化,并采取预防性措施,保证在发生故障前及时维护产品,减少因为驱动器发生故障导致的自动化生产线停产、设备损坏、甚至作业人员的伤亡.比如,实时检测驱动器的电流、IPM模块温升、电机位置及转速信息等,将检测到的参数与标准的参数进行对比,如果发现某些参数出现异常或者有异常的趋势,及时对相应的驱动器进行检测和维护,防止故障的发生和生产线的停产.
4 结束语
随着半导体技术和控制理论技术的发展,工业机器人伺服驱动器的发展将会更加突飞猛进,未来的工业机器人伺服驱动器将会更加集成化、网络化和智能化,随着中国制造2025的推进,工业机器人伺服驱动器将迎来新一轮发展机遇.
参考文献：
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作者简介：周洲（1981-）,男,硕士,工程师,研究方向：电机控制.
工业机器人论文参考资料：
结论：工业机器人伺服驱动器的现状和趋势为关于对写作工业机器人论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文工业机器人论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
