机器人电机控制原理——库卡机器人

运动操控与机器人密切相关。工业运用中的机器人有必要透过由多款电机所构成的致动器才能自行移动，以履行使命或透过机器手臂抓取工具。

　　机器人的运动操控体系通常由电机操控器、电机驱动、电机本体(多为伺服电机)组成。电机操控器具有智能运算功用，并可传送指令以驱动电机。驱动可提供增压电流，依据操控器指令以驱动电机。电机可以直接移动机器人，也可经过传动体系或链条体系让机器人移动。

　　输出类型

　　移动机器人往往用于探索大范围面积的土地，并可以运用各种螺旋桨、机器脚、轮子、轨道或机器臂移动。例如各种NI展现渠道，包括VINI、VolksBot与Isadora。这些机器人分别运用了全向轮(Mecanum wheel)、一般轮以及机器手臂。而针对嵌入式操控，则可经过NI CompactRIO等嵌入式渠道，并整合实时操控器与FPGA。CompactRIO亦包括可重装备机箱，可以容纳多样化的I/O装备，包括传感器输入与电机操控。

　　伺服电机操控原理及其类型

　　伺服电机是机器人运用中常见的一种电机，其根本操控原理是运用操控回路、结合必要的电机反应，然后帮忙电机进入所需的状况，如位置与速度等。由于伺服电机有必要经过操控回路了解现在状况，因而其稳定性高于步进电机。

　　伺服电机有不同种类——带刷式与无刷式。有刷伺服电机与无刷伺服电机之间的差异在于其通讯机制。伺服电机的工作原理是依据反向磁力，从而移动或树立转矩。***简略的比如有固定磁场与旋转磁场。只需改动流过磁场的电流方向，即可变更磁极，并让磁极(转子)开端旋转。变更线圈的电流方向，即所谓的“换相”(commutation)。

　　有刷伺服电机

　　有刷伺服电机(brushed motor)的操控原理即是经过机械式电刷，改动电机线圈中的电流。由于有刷电机能改动流入的电流方向，因而可由直流电源(DC)供电。有刷伺服电机可分为2组零件：

　　电机机壳即具有场磁铁(Field magnet)，即定子(Stator)

　　转子(Rotor)是由线圈所构成，中间具有铁制中心，并衔接至电流变换器

　　电刷则接触电流变换器，将电流导入线圈中。在运用一段时间之后，电刷即或许磨耗并对体系发生摩擦力；但在无刷伺服电机中则不会发生此种状况。

　　无刷伺服电机

　　大多数的无刷伺服电机均运用交流电源(AC)。无刷伺服电机的操控原理是将铁制中心置于外部。当转子成为暂时性的磁铁，定子则成为绕铁线圈。外部电路的电流将会在既定的转子位置进行回转。所以，此款伺服电机是由交流电所驱动的。当然亦有无刷DC伺服电机。这些电机一般均具有某些电子切换电路，可针对流入的DC进行变换。无刷伺服电机的价位较高，但较无磨损问题。

　　步进电机

　　在机器人运动运用中，步进电机不如伺服电机普及，但仍为电机的重要典范，并且运用方式较为简易。与伺服电机比较，步进电机的速度较慢亦较为***。步进电机中具有一系列内建的无刷齿(Brushless teeth)，可在电流经过而改动电磁电荷后，由下一组刷齿拉动转子，前一组刷齿推动转子，然后为步进电机通电。

　　相较于伺服电机，由于步进电机可经过刷齿的数量(即等于所移动的距离)从而***进行操控，因而一般状况下并不需要反应。但或许因为障碍物而遗失刷齿，因而可用编码器做为反应。

　　运动操控器与软件架构

　　许多制造商均树立了自家的驱动体系，以操控机器人。在考虑机器人运用中的运动操控体系时，可先了解初阶的网状循环。

　　至于机器人使命规划的较高阶功用，则是让机器人的举动到达***终的方针。它或许是以单一指令囊括多组方针，或可让机器人进入特定位置。若机器人采用遥控(Tele-operated)架构，那么这些指令***或许经过衔接板外(off-board)的计算机而传送的，并且可在此人为操作选择机器人的后续动作或行为。在完全自动化的机器人中，依据决议计划用算法的不同，使命规划亦或许直接在板上履行。

　　在规划途径时，往往会发生“我应该如何到目的地以完结此使命？”或是“我应如何让机器手臂移动到该位置？”等问题。而此种问题均可由机器人运动操控器完结。

　　一旦清楚目的地与跋涉速度之后，伺服电机操控器将宣布操控信号(PWM或电流等)至实际的电机驱动，使其得以到达目的地。一般均以PID建构操控功用。另请留意，此刻亦应建置安全性功用。举例来说，若高速跋涉中的机器人在现在的途径上侦测到人类，则应宣布紧急信号以中止电机或马上煞车。

机器人电机控制原理——库卡机器人

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