机器人系统的各模块设计——OTC

机器人是一个十分复杂的体系，在机电一体化和功用性以及电气方面存在许多规划应战，在规划机器人体系的构建块时，需求了解这些方面的需求并挑选适宜的规划思路。

　　不同操控器规划比较

　　我们都知道，操控器是机器人的中心，里面包含运动操控器、内部和外部通讯体系以及任何潜在的功率级。这里多提一下潜在的功率级，这个概念指的是，如果机器人要移动重物需求在电机上施加满足的力才干完成。这个力由电能产生，并从功率级提供给电机，这个功率影响机器人属于高压体系仍是低压体系。

　　操控器规划上有两种思路，集中式和涣散式。集中式的操控器规划将机器人的大多数电子模块(驱动电源模块、伺服驱动模块、通讯模块、IO模块)都集成在操控器中，大多机器人厂商会挑选这种规划，全体打包给下游厂商。

　　涣散式的操控器规划则是将集中式操控器里的一些模块移出到机器人的结尾操作体系中，一般都是将伺服驱动模块移出来，这样结尾的执行器可以支撑更多的外形尺寸，在电缆的挑选上灵敏度也会高一些。涣散式操控器规划的麻烦之处在于伺服驱动相关电子器材的运行环境与在集中式体系中彻底不同，一般需求对部分体系进行重新开发。

　　安全紧凑的伺服驱动器规划

　　工业4.0引入了伺服驱动器的新原则和体系要求，因此，机器人规划人员挑选合适当时和未来伺服驱动器需求的解决方案十分重要。现在的机器人伺服驱动器功率级模块规划，考究的是紧凑、高效而且遭到全面维护，缺一不可。

　　现在机器人的功用安全标准之一IEC 61800-5-2定义了一种称为安全扭矩关闭(STO)的安全功用，为的是体系可以安全停止电机并避免意外发动。像工业机器人、工业移动机器人这种设备，一般为典型的供电电压为48V至60V的直流馈电功率级，这对体系硬件尺寸有很强的约束条件。MCU或其他处理器生成PWM，三相功率级门驱动器操控功率开关，当从外部设备接收到STO命令时，激活脉冲抑制通道以断开电源驱动与门驱动器的衔接完成安全功用。

　　另一方面，既然涉及功率开关，那么使用SiC、GaN来前进电机操控性能也是彻底可行的，能进一步前进机器人的功率密度和功率。这个陈词滥调的话题在机器人规划中就不再赘述。

　　低延时即时通讯

　　轴数越多的机器人对网络传输的要求越高，需求使用实时通讯接口(如快速串行接口或以太网)完成准确、安全的运动，并在一切机器人体系之间完成即时通讯。主处理器能够支撑多协议是十分必要的，如EtherCAT、PROFINET和EtherNet/IP等等，既能节约本钱、减缩布板空间和削减开发工作量，还能更大限度地削减外部组件与主机之间通讯的相关推迟。

　　另一方面，PHY的带宽和推迟也会极大影响机器人整个运动中的协同性。尽可能在物理层设备上缩短推迟将大幅缩短操控器搜集和更新所连器材的数据所需的时刻，大大改进网络更新时刻。只要PHY的带宽满足，降低其推迟是提升多轴体系同步性很稳定的一个办法。

　　精准传感规划

　　机器人相关的传感，从内部的电压、电流、电机速度、温度传感到外部的扭矩传感、红外传感、3D激光雷达传感、视觉传感、IMU等等，涵盖的规模十分广。

　　在内部传感上，目前几乎一切用于机器人的传感器件都是温度敏感元件而且设置了热补偿，该趋势大大提升了内部传感使用的稳定性，消除了电机在重负载下的发热与功耗的危险。外部传感上，跟着机器人技能的前进，交融传感器技能也在前进，将不同的传感技能结合起来，可在将机器人体系部署到变化的环境中时获得最佳作用。

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