如何提高機器人伺服電機的響應速度

　　當前國內(nèi)機器人發(fā)展迅猛，尤其是工業(yè)機器人領域。但在機器人的反應速度、精度上，國內(nèi)外產(chǎn)品還是存在一定差距的，那么關鍵點是在哪呢?

　　關鍵在于機器人的核心零部件——伺服電機。機器人在運行過程中，是通過伺服電機的驅(qū)動實現(xiàn)多自由度的運動的。如果對機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的響應速度、控制精度要足夠高。

　　而在機器人實際運行時，往往伺服電機是處于各種加減速、正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，那就對伺服電機的短時過載能力、慣量適應范圍、頻率響應帶寬、轉(zhuǎn)速/扭矩響應時間提出了很高的要求。

　　其中一個非常重要的指標就是頻率響應帶寬，它決定了該伺服系統(tǒng)對指令的響應速度快慢，是機器人設計者的重要關注指標。

　　伺服電機頻率響應帶寬的定義：伺服系統(tǒng)能響應的最大正弦波頻率就是該伺服系統(tǒng)的頻率響應帶寬。用專業(yè)一些的語言描述，就是幅頻響應衰減到-3dB時的頻率(-3dB帶寬)，或者相頻響應滯后90度時的頻率。

　　更具體一點，像機械部標準《交流伺服驅(qū)動器通用技術條件》(JB T 10184-2000)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，記錄電動機對應的轉(zhuǎn)速曲線，隨著指令正弦頻率的提高，電動機轉(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。

　　頻率響應帶寬國標測試結(jié)果

　　可以說，頻率響應帶寬越快，伺服系統(tǒng)就可以對變化更快的指令實現(xiàn)及時響應，即使工業(yè)機器人的動作再復雜，也能及時響應，驅(qū)動機器人的每一個關節(jié)位置控制到位。

　　而影響頻率響應帶寬的因素有很多，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、負載慣量等都會對伺服系統(tǒng)的響應帶寬產(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載的測試來判斷伺服系統(tǒng)及機器人的響應性能，屬于定性分析，無法定量分析。因此國內(nèi)的伺服系統(tǒng)目前在響應速度一塊仍需加強，像一般的伺服電機，響應帶寬最高只能做到幾百Hz左右，比較優(yōu)質(zhì)的能做到1kHz;而國外的產(chǎn)品，如日系的安川、三菱、松下等，卻在多年以前已突破2kHz的關卡。

　　針對機器人及伺服電機行業(yè)的用戶需求，致遠電子推出MPT混合型電機測試系統(tǒng)，面向伺服電機行業(yè)應用，可獨家提供頻率響應帶寬、轉(zhuǎn)速/扭矩控制響應等伺服電機前沿測試功能，滿足國內(nèi)外用戶對于伺服電機產(chǎn)品的功能研究和產(chǎn)品研發(fā)需要，為中國的“智能制造”目標提供槍炮彈藥。