若說當(dāng)下什么話題最熱門，機(jī)器人絕對算一個。機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化技術(shù)密集型產(chǎn)品，它是如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)作的？據(jù)小編了解，機(jī)器人的控制分為機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制兩大類，伺服控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制的重要部分。因而要了解機(jī)器人的運(yùn)作過程，必然繞不過伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

通常情況下，我們所說的機(jī)器人伺服系統(tǒng)是指應(yīng)用于多軸運(yùn)動控制的精密伺服系統(tǒng)。一個多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)是由高階運(yùn)動控制器與低階伺服驅(qū)動器所組成，運(yùn)動控制器負(fù)責(zé)運(yùn)動控制命令譯碼、各個位置控制軸彼此間的相對運(yùn)動、加減速輪廓控制等等，其主要作用在于降低整體系統(tǒng)運(yùn)動控制的路徑誤差;伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的位置控制，其主要作用在于降低伺服軸的追隨誤差。

下圖展示的是一個雙軸運(yùn)動控制系統(tǒng)的簡化控制方塊圖，在一般的情況下X-軸與Y-軸的動態(tài)響應(yīng)特性會有相當(dāng)大的差異，在高速輪廓控制時(shí)會造成明顯的誤差，因此必須設(shè)計(jì)一個運(yùn)動控制器以整體考慮的觀點(diǎn)來解決這個題目。

簡化控制方塊圖

伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就是靠它來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的，伺服驅(qū)動器是伺服電機(jī)的功率電源，指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動器正常工作的。

機(jī)器人對伺服電機(jī)的要求比其它兩個部分都高。首先要求伺服電機(jī)具有快速響應(yīng)性。電機(jī)從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)的大小來說明伺服電機(jī)快速響應(yīng)的性能。其次，伺服電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩慣量比要大。在驅(qū)動負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。最后，伺服電機(jī)要具有控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比。

當(dāng)然，為了配合機(jī)器人的體形，伺服電機(jī)必須體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。還要經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受數(shù)倍過載。

伺服驅(qū)動器是可利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人中應(yīng)用比較廣泛。

隨著伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，用戶對伺服驅(qū)動技術(shù)的要求也越來越高?？偟膩碚f，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢可以概括為以下幾個方面：

集成化：伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中，構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化顯著地縮小了整個控制系統(tǒng)的體積。

智能化：伺服系統(tǒng)的智能化表現(xiàn)在以下幾個方面:系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)都可以通過人機(jī)對話的方式由軟件來設(shè)置;它們都具有故障自診斷與分析功能;參數(shù)自整定的功能等。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運(yùn)行，自動將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來，并自動實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)化：伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是綜合自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

簡易化：這里所說的“簡”不是簡單而是精簡，是根據(jù)用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強(qiáng)化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益。

機(jī)器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而精密伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進(jìn)性比較的首要因素。國外先進(jìn)伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應(yīng)絕大多數(shù)應(yīng)用的需求，其研發(fā)資源集中在個別高端應(yīng)用及整體性能提升方面，處于精雕細(xì)刻階段。而國內(nèi)廠家的產(chǎn)品很多連基本要求都尚未達(dá)到，所以國內(nèi)伺服系統(tǒng)市場仍由國外企業(yè)占據(jù)大半壁江山，國產(chǎn)伺服任重而道遠(yuǎn)，還需努力追趕。

來源：中國智能制造網(wǎng)

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