首页 / 行业

设计机器人系统构建块需要了解以下需求并选择合适的设计思路

2023-06-07 23:45:00

据悉，在工业机器人设计中，通常分为控制系统、机械手(驱动系统)、教学仪器、视觉和传感器、终端执行器。机器人是一个非常复杂的系统，在机电集成、功能和电气等方面存在许多设计挑战。当设计机器人系统构建块时，我们需要了解这些要求，并选择合适的设计理念。

对不同控制器的设计进行比较

众所周知，控制器BDW93C是机器人的核心，包括运动控制器、内部和外部通信系统以及任何潜在的功率水平。这里有更多的潜在功率水平，这意味着机器人需要在电机上施加足够的力来移动重物。这种力是由电能产生的，并从功率水平向电机提供，影响机器人是高压系统还是低压系统。

控制设计有两个想法：集中式和分散式。大多数机器人电子模块(驱动电源模块、伺服驱动模块、通信模块)都是由集中控制器设计的，IO在控制器中集成模块，大多数机器人制造商都会选择这种设计，并将其整体包装给下游制造商。

分散式控制器的设计是将集中式控制器中的一些模块从机器人的终端操作系统中取出，通常取出伺服驱动模块，这样终端执行器在选择电缆时可以支持更多的外观尺寸和更高的灵活性。分散式控制器设计的麻烦在于伺服驱动相关电子设备的运行环境与集中式系统完全不同，通常需要重新开发一些系统。

安全紧凑的伺服驱动设计

工业4.0引入了伺服驱动的新标准和系统要求。所以，机器人设计者选择适合当前和未来伺服驱动需求的解决方案是非常重要的。当前机器人伺服驱动功率级模块设计紧凑、高效、全面。

功能安全标准之一的机器人IEC61800-5-2定义为关闭安全扭矩（STO）系统具有安全功能，以安全停止电机，防止意外启动。典型的电源电压，如工业机器人和工业移动机器人，一般为48。V至60VDC馈电功率级对系统硬件尺寸有很强的限制。MCU或者由其他处理器生成PWM，激活脉冲抑制通道，切断电源驱动器与门驱动器的连接，从外部设备接收STO命令，实现安全功能。

另外，由于涉及到功率开关，所以使用SiC、GaN提高电机的控制性能也是完全可行的，可以进一步提高机器人的功率密度和效率。这个老话题在机器人设计中就不赘述了。

即时通讯延迟低

轴数越多，机器人对网络传输的要求就越高。实时通信接口(如快速串行接口或以太网)需要在所有机器人系统之间实现准确、安全的运动和实时通信。主处理器需要支持多个协议，例如EtherCAT，PROFINET和EtherNet/IP等等，既能节约成本，减少布板空间，减少开发工作量，又能减少外部部件与主机之间通信的相关延迟。

另一方面，PHY在整个运动中，带宽和延迟也会极大地影响机器人的协调性。尽可能缩短物理设备的延迟，将大大缩短控制器收集和更新连接设备数据所需的时间，大大提高网络更新时间。如果PHY的带宽足够，减少其延迟是一种非常稳定的方法，可以提高多轴系统的同步性。

精确的传感设计

从内部电压、电流、电机速度、温度传感到外部扭矩传感、红外传感、3D激光器传感器、视觉传感器、IMU等等，覆盖范围很广。

在内部传感方面，几乎所有用于机器人的传感器件都是温度敏感元件，并设置了热补偿。这一趋势大大提高了内部传感应用的稳定性，消除了电机在重载下的加热和功耗隐患。在外部传感方面，随着机器人技术的进步，集成传感器技术也在进步。当机器人系统部署到变化的环境中时，结合不同的传感技术可以达到最佳效果。

小结

随著各级制造业高度一体化程度的不断提高，机器人在执行各种任务时变得越来越重要。机器人开发者需要了解机器人设计的发展趋势，使机器人能够准确、安全、高效地运行。

设计思路选择需求系统构建驱动模块控制器