當(dāng)前內(nèi)智能機(jī)器人發(fā)展迅猛,尤其是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。但在機(jī)器人的反應(yīng)速度、精度上,內(nèi)外產(chǎn)品還是存在定差距的,那么關(guān)鍵點是在哪呢?
關(guān)鍵在于機(jī)器人的核心零部件——伺服電機(jī)。機(jī)器人在運行過程中,是通過伺服電機(jī)的驅(qū)動實現(xiàn)多自由度的運動的。如果對機(jī)器人運行的動作速度、精度要求高的話,實際就是要求伺服電機(jī)的響應(yīng)速度、控制精度要足夠高。
而在機(jī)器人實際運行時,往往伺服電機(jī)是處于各種加減速、正反轉(zhuǎn)狀態(tài),那就對伺服電機(jī)的短時過載能力、慣量適應(yīng)范圍、頻率響應(yīng)帶寬、轉(zhuǎn)速/扭矩響應(yīng)時間提出了很高的要求。
其中個非常重要的指標(biāo)就是頻率響應(yīng)帶寬,它決定了該伺服系統(tǒng)對指令的響應(yīng)速度快慢,是機(jī)器人設(shè)計者的重要關(guān)注指標(biāo)。
伺服電機(jī)頻率響應(yīng)帶寬的定義:伺服系統(tǒng)能響應(yīng)的大正弦波頻率就是該伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)帶寬。用專業(yè)些的語言描述,就是幅頻響應(yīng)衰減到-3dB時的頻率(-3dB帶寬),或者相頻響應(yīng)滯后90度時的頻率。
更具體點,像機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)《交流伺服驅(qū)動器通用技術(shù)條件》(JBT10184-2000)中規(guī)定了伺服驅(qū)動器帶寬的測試方法:驅(qū)動器輸入正弦波轉(zhuǎn)速指令,其幅值為額定轉(zhuǎn)速指令值的0.01倍,頻率由1Hz逐漸升高,記錄電動機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速曲線,隨著指令正弦頻率的提高,電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波形曲線對指令正弦波曲線的相位滯后逐漸增大,而幅值逐漸減小。相位滯后增大至90度時的頻率作為伺服系統(tǒng)90度相移的頻帶寬度;幅值減小至低頻時0.707倍的頻率作為伺服系統(tǒng)-3dB頻帶寬度。
可以說,頻率響應(yīng)帶寬越快,伺服系統(tǒng)就可以對變化更快的指令實現(xiàn)及時響應(yīng),即使工業(yè)機(jī)器人的動作再復(fù)雜,也能及時響應(yīng),驅(qū)動機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)位置控制到位。
而影響頻率響應(yīng)帶寬的因素有很多,像伺服驅(qū)動器或者控制系統(tǒng)參數(shù)、傳動鏈的剛度或精度、傳動間隙、負(fù)載慣量等都會對伺服系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬產(chǎn)生影響。過去業(yè)內(nèi)很多研究者由于缺乏測試裝備,故只能通過加實際負(fù)載的測試來判斷伺服系統(tǒng)及機(jī)器人的響應(yīng)性能,屬于定性分析,無法定量分析。因此內(nèi)的伺服系統(tǒng)目前在響應(yīng)速度塊仍需加強(qiáng),像般的伺服電機(jī),響應(yīng)帶寬高只能做到幾百Hz左右,比較的能做到1kHz;而外的產(chǎn)品,如日系的安川、三菱、松下等,卻在多年以前已突破2kHz的關(guān)卡。