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工业机器人关键技术分析

上网日期: 2015年05月15日 ?? 作者: 程文智 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:工业机器人? 控制器? 技术分析?

伺服器解析

若要工业机器人的性能满足需求,除了要有好的主控平台外,还需要非常好的伺服器和精密算法。伺服器包括有传感器、伺服电机、电机驱动和处理器等等。精密算法与传感、驱动和处理息息相关。

目前机器和自然的交互还是一个难度很大的课题,机器人的视觉、感觉等都十分有限,精准的动作控制也会受到诸多限制。为了应对上述问题,使机器人更加贴近人类的第一步就是添加更多的传感器。德州仪器中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟觉得可以给机器人加入环境光传感器。他指出德州仪器的ALS OPT3001可以匹配人类眼睛所接收的光谱,“见我所见”。另外LDC1000传感器能够以“亚微米”的精度感知位移,并像任何精确闭环控制一样向控制系统进行反馈,使用该传感器可以让机器人的动作更加流畅,自然。

德州仪器中国区嵌入式产品业务拓展总监吴健鸿《电子工程专辑》
德州仪器中国区嵌入式产品业务拓展总监吴健鸿

信本伟进一步指出,在驱动方面,德州仪器也可以提供很多专业且先进的外围设备,比如高分辨率和可配置的PWM、DAC界面连接和保护等等。当然还有健全的防护式电机驱动解决方案。“德州仪器的电机驱动解决方案同时结合了过电流与短路保护、热保护、低电压锁定和击穿保护等等。并通过了ISO61580工业功能安全标准的认证。”他对本刊记者表示。

除了信本伟之外,德州仪器中国区嵌入式产品业务拓展总监吴健鸿对德州仪器在DSP电机控制方面的优势也充满自信,他说,在电机控制领域,德州仪器积累了二十多年的经验,有比较多的成熟可靠的产品。就在过去两年内,德州仪器就推出了基于C2000的InstaSPIN FOC/Motion电机控制算法以及基于Sitarra产品线的工业以太网解决方案。

当然,在处理方面德州仪器的产品也算是丰富的,它有葱单核到八核的DSP和MCU,可以应对机器人系统中不同等级的运算要求。德州仪器中国区嵌入式处理中国区业务拓展经理庞金鹏拿电机控制举例说,“TI最新的C2000系列产品Soprano采用了三角函数单元(TMU)。Park 变化广泛应用于电机控制系统中,主要是决定在动态交变荷载作用下是否给固定片提供电压以最大化扭矩,而TMU可以大幅度提高Park Transform的运算速度。在现行的32位浮点MCU处理器中,完成Park变化普遍需要80~100+周期,而利用TMU可以在13个周期就完成Park变化。”

在电机控制方面,除了德州仪器,ADI的电机控制方案也非常适合工业机器人的应用。ADI 的伺服控制方案非常完整,它包括处理器,安全隔离相关的派生产品,位置检测,以及模拟信号处理等,甚至延伸到软件算法。

ADI亚太区电机与电源控制行业市场部专员于常涛《电子工程专辑》
ADI亚太区电机与电源控制行业市场部专员于常涛

在伺服控制中,高精度电流和电压检测可提高速度和扭矩控制性能,要求12位及以上的性能的多通道ADC。ADI亚太区电机与电源控制行业市场部专员于常涛表示,ADI的ADC产品可以很好地满足高精度控制的要求。

另外,位置检测性能是伺服控制的关键,光学编码器和旋转变压器常常被用来作为位置传感器,而且旋转变压器会越来越多地被使用。

伺服控制技术从模拟向数字的转换推动了现代伺服系统的发展,也满足了对于电机控制的性能和效率的高要求。从考虑安全和保护的角度,信号采样和功率器件驱动应采用隔离技术,ADI公司的iCoupler数字隔离器产品可满足高压安全隔离要求。在工业应用的设计中,IC产品需要更长的生命周期和更高的可靠性。普通的交流感应电机向永磁同步电机转变已是大势所趋,要求系统设计师能提供更高效率和更灵活的算法。

据于常涛介绍,ADI可以提供门类齐全的产品组合,包括模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler数字隔离器和电源管理器件;这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计,为客户实现系统的差异化设计带来价值,伺服驱动系统的性能同用户最终所构建的运动控制系统的性能和所能提供的精度密切相关。

本文下一页:工业机器人面临的技术挑战


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