机器人硬件方案介绍

 

根据几年的工业经验，以下文章介绍一下关于双足、四足、协作、医疗机械臂的电机、驱动器、编码器、减速机以及制动器的选型和指导。

 

 

一、当前应用于机器人的无框直驱力矩电机

 

对我个人而言，本来就是这一行业的，所以基本包含目前市场较为的电机品牌。电机品牌包含：德国的TQ Robodrive、Alliedmotion、kollmorgen、Parker、Applimotion、韩国的TMR系列，这是我比较熟悉的一些电机。以上出名的案例德国宇航局的机器人、MIT四足机械狗的定制电机，cassie鸵鸟等

 

 

 

 

 

对这些电机的优缺点，只能说是从应用层面上来讲，他可以给客户带来什么优势。德国的TQ具有出色扭矩密度以及轻量化的设计（只有同类电机外形尺寸的一半、只有同类电机重量的一半）；而alliedmotion和kollmorgen呢，他们的性能参数比较，基本是不分上下的，不过alliedmotion的峰值扭矩会很优于其他品牌，还有就是kollmorgen的TBM电机没有那么多的可选择性，alliedmotion的具有三种系列，分别为MF、HT、QB（三者区别，从形状体积而言，MF超薄、HT偏厚，QB是超小型）。三个偏僻电机类似型号做参数比较如下：

 

 

 

品牌型号额定扭矩额定转速峰值扭矩电压电流zui大外径质量

 

TQ                   ILM50X14         0.5Nm 3500rpm 1.4Nm48V 4.8A 50mm 135g

 

alliedmotion   MF0060020      0.54Nm 3382rpm 5.3Nm 48V 4A 57.8mm 270g

 

kollmorgen     TBM6013         0.413Nm 4300rpm 1.37Nm 48V 5.7A 60.3mm 213g

 

 

 

 

 

如果具有高速要求可以考虑选择Parker的K系列电机，如果需要详细参数要求，请与我。

 

 

 

 

 

二、伺服驱动器的选择

 

目前国内市场上占有率比较大的应该算是以色列Elmo驱动器了。

 

Elmo Gold Twitter 革命性的纳米伺服驱动器是 Gold 系列体积zui小的成员，仅重 0.77 克，体积不足 13 立方厘米，可输出50A/100VDC *电流电压。

 

产品特性：

 

1、节省空间以及减少布线的运动控制解决方案

 

2、减小设备的尺寸，优化机器的生产性能，并节约成本（占用更少空间，减少电气柜、线缆、接插件、滤波器、人工和维护）。

 

特性：

 

1）高达5KW

 

2）高达160A

 

3）高达200VDC

 

4）超高电流- 80A/80V, 50A/100V。

 

5）低重量-仅32.5 - 60.5克(1.14 - 2.13 oz)

 

6）超小型、超、连接、使用。

 

7）EtherCAT或CANOpen的网络。

 

8）通过USB(只使用EtherCAT版本)和标准RS-232进行Avaliable通信。

 

9）宽操作范围14V至200VDC。

 

10）支持单、双、龙门回路配置的反馈传感器。

 

11）包含专有的“快速和软交换技术”，结果是>99%的效率，但可以忽略的EMI。

 

三、编码器的推荐选择

 

大家都知道的UR协作机械臂用的就是Renishaw的Aksim值编码器。

 

特点：

 

1、 可空心轴设计

 

2、 扁平离轴系统适用于空间受限的应用

 

3、单圈分辨率高达262,144 脉冲/圈（18 位）

 

4、 多圈分辨率65,536 转(16 位)

 

5、 精度 ±0.1°, 重复性 0.002°, 无滞后

 

6、输入转速科高达10,000 rpm

 

7、BiSS-C 差分接口（更新速率28 kHz）

 

8、 采样率18 kHz

 

9、 适用于相应的RoboDrive 伺服套件的尺寸

 

为伺服电机 设计的空心轴值磁性多圈编码器

 

AKSIM 以高分辨率提供的位置数据，可以非常和地控制 伺服电机。与光学位置传感器不同，AKSIM 编码器的磁性传感器ASIC 具有强大的防尘和防垢功能。多圈周期信息以电子方式存储，但在传感器没有电源供电的情况下不会更新。空心轴磁环允许通过传感器引导信号、介质和流体、射线和电缆。在轴向长度小于10 毫米的情况下，设计带有离轴读数头的传感器系统用于集成到空间受限的应用中。

 

AKSIM 编码器有多种规格可供选择，设计用于几何尺寸适合相对应的

 

无框伺服套件和安全制动器中，以满足整个执行器和关节的设计。

 

四、减速机的选择

 

无框直驱电机配套谐波减速机，是大家用的zui多的，品牌来讲那就是日本的Harmonic还有我们国产的leaderdrive谐波减速机。

 

详细参数介绍，大家可以和我获取资料。

 

五、制动器的推荐品牌

 

COMBIPERM P1 伺服电机的很好的选择！

 

是一种、安全的永磁制动器，制动无滑转。不通电的情况下，稀土磁铁产生一个永磁力使制动器制动。通电后，电磁线圈产生一个反向的电磁力，并与衔铁上片弹簧的弹簧力一起抵消了永磁力，确保制动器在独立的安装位置上释放，并实现无残留扭矩的分离。

 

COMBIPERM P1 标准产品的额定工作电压是24VDC，ISO 绝缘等级为F （zui高温度155°C），可以确保在很宽的温度范围内安全运行。根据需求，可选择其它的工作电压。

 

以下是关于kollmorgen RGM关节模组的介绍。

 

• RGM集成了力矩电机，谐波减速机，双反馈，制动器和低压直流驱动器

 

• 选型简单、安装快捷。减少客户设计、选型、组装的工作量及投入

 

• 机器人厂商可以把更多的研发经历投入到控制和软件开发商，强化产品差异性

 

• 无需生产筹备上的巨额投入，样机快速过渡到量产阶段，产品快速上市

 

• 美国设计，中国制造——满足客户对品质和交期的需求

 

• 业界更高水准的性能、质量、可靠性

 

采用高度集成化设计的RGM机器人关节模组，在拳头大小的紧凑的空间内，集成了机器人关节所需的六大功能模块。此外，集成化设计zui大化地减少了机器人关节的重量，以5公斤负载协作机器人组合为例，采用RGM后6个关节仅重12.9公斤，有效保证机器人合理自重比。    

 

在追求“超轻量级 ”的过程中，RGM机器人关节模组坚持采用配置，采用*电磁设计理念的力矩电机功率密度更高，额定转矩超出市场产品48%。内置驱动器采用48VDC供电，可在电流环，速度环和位置环以高刷新率操作运行，并配备控制失电保护闸。双反馈系统有助于力控和拖动示教的实现，关节的输出端反馈重复精度高达0.001°。