在机器人系统中,什么方式能减低电机的转速而不提升力矩?

如题所述

第1个回答  2018-01-24

与人或者物体接触时,如何调整电机的转速和扭矩?1.首先要判断是否有人或者物体在附近,获取的方式有两种:一种是主动的通过摄像头、红外、超声波或者激光灯传感器判断附近是否有障碍物或者人。另一种则是被动的,当人或者物体接触到机器人后,通过感知接触的力来判断。第一种通过摄像头:比如Baxter头顶的摄像头检测是否有人靠近,ABB也在N年前就推出了safemove的option,当然目的不是为了人机协作,而是为了在去掉围栏的情况下还能保证安全,机器人与人能在一个房间里工作。红外和超身波属于比较便宜的传感器,移动平台比如AGV,扫地机器人用的比较多。一方面可以用来检测前方障碍物,另一方面布置在机器人底端还能判断是否会从高台跌落。激光是一种比较靠谱的测障碍工具了,像Neato用的旋转式的激光头,不仅能发现障碍物,还能实时的根据所测距离构建室内的地图。而被动的判断人也有不止一种方式。对于KUKA的LWR系列,以及SCHUNK(雄客)的关节球,他们的做法则是在关节的内部加上力传感器,通过检测力矩来判断是否有接触。Baxter手臂内也有检测力的功能,方法和精度则不如上面这种。另一种被动的方式则是通过电机电流的变化来判断是否遇到了阻碍,典型的代表有ABB今年推出的YuMi,以及Universal的UR系列。这两种方式各有优劣,采用内置多自由度力传感器的形式能掌握每一个关节的手里的方向和角度,对于某些应用会有帮助,但是成本会比较高,KUKA的一台IIWA从我了解的价格来看还是比较昂贵的。而对于第二种方式而言,价格则亲民多了,UR系列和YuMi的价格从我了解来看并没有比普通的工业机器人要高(YuMi得算两条臂),而且尺寸上更加紧凑。对于人机协作的安全性方面,采用何种方式最为稳妥,目前并没有一个明确的规定,还处于探索的阶段。

像ABB这样的公司则会采取最稳妥最安全的方式,除了电流检测意外,轻量化的设计,软性材料包裹机械臂,轻负载设计,最高运动速度限制,以及还有很多软件,电机,控制等方面的设计和想法,保证了出错误判以及安全故障的概率非常低,甚至及时出了故障机械臂砸到人也不会产生较大的伤害。另一方面,能够对外界的力矩进行感知也是leadthrough编程的基础,虽然ABB很早很早以前就做过Leadthrough方式的编程:在机器人的末端装个工具,然后用手拽着工具进行示教编程,但是当时一方面都是大机器人,要考控制柜去主动适合人太难了,另一面当时的技术也不够好,因此没有推广开来。这么多年过去了,对于桌面级别的小机器人,人工示教的方式又开始热炒起来。2.在获取机器人外界的信息后,机器人则需要根据不同情况作出动作。如题主说机器人关节末端的减速器是用来减速增距,机器人的关节不可能像汽车一样装个变速箱来适应不同的速度和应用场景,通常减速器的减速比从一开始就是固定的。与人握手这种应用,应该是低转速低扭矩。转速的控制是由控制柜的开关频率所来控制,墙上来的交流电先通过整流桥编程直流,然后再通过开关管再变成交流,而这个交流的频率则控制了机器人关节的转速。

第2个回答  2018-01-24

可以通过在控制系统内引入反馈的办法解决问题。例如可以将传感器布置在机械手上,与人握手时,压力达到设定值时就不继续动作。这要求更高的成本,增加系统的复杂程度,好处是灵活性。这个在与人协作的机器人上是必备特性。其中非常重视反向驱动能力(也就是能够手工扭动机器人关节而且不伤害硬件)和力控制。这在不少工业机器人产品上已经有所应用。降低转速不增力矩可以简单通过降低电机输入电压(线性驱动时)或占空比(PWM驱动时)来实现。这是基本的电机控制问题。

第3个回答  2018-01-24

用编码器测到的角加速度,电流环测到的电流做个干扰力矩观测器来观测外界干扰力矩是多少,然后把力矩输出控制到允许的干扰力矩大小就行了。不过这要求编码器的分辨率足够高才能测出角加速度,在电机屁股加个超高量程的陀螺仪做微分出角加速度会更靠谱点。而且由于刚度的原因扭矩滞后可能会导致观测值滞后。最靠谱的还是接触端加压力或扭矩传感器。在直流控制里变负载情况下保持速度不变用的是双闭环控制,所以我认为变速度情况下保持负载不变也可以用双闭环控制做到。然后直流电机有一个电压平衡方程式,一个转矩平衡方程式,做拉普拉斯变换,根据你的需求做一个双闭环控制就行。

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