工業(yè)機器人的伺服電機結(jié)構解析

第第頁工業(yè)機器人的伺服電機結(jié)構解析德系的（工業(yè)機器人）系統(tǒng)中，對于（機器人）停止運動，定義了3種模式，比如的KUKA（工業(yè)）機器人分別定義了Stop0，Stop1，Stop2。

這種定義模式是與機器人的（機械）結(jié)構和（電氣）結(jié)構相關聯(lián)的。

圖一

對于此，讀者應該先了解工業(yè)機器人上伺服（電機）的結(jié)構，以及（伺服電機）驅(qū)動器(（放大器）)的供電模式。

ABBRobot電機鏈接機構

ABB機器人本體(機械臂)需要六個自由度，所提供的動力來自于6個三相交流伺服電機(ServoMotor)，每個交流電機除了三組線圈繞組導線外，還有其他部件的引出線：一組接PTC，一組接剎車(Brake)，還有（編碼器）(Resolver)有三組導線。6個電機的剎車電路并聯(lián)成一路，PTC溫度（檢測）6個是串聯(lián)成一路。6個編碼器的電路與SMB相連。六個電機動力繞組由驅(qū)動單元(DriveUnit)供電。

機器人不工作時，六個電機的剎車電路不通電，電機依靠剎車片摩擦固定，經(jīng)過減速器后，整個機械機構死鎖。工作時，電機通電，剎車電路通電，剎車片松開，電機依靠磁場固定。某個電機溫度異常時，PTC總阻值變大，控制器報警停止工作。

圖二

機器人的摩擦制動主要靠伺服電機里面的剎車(Brake)機構。一旦剎車釋放，伺服電機軸的轉(zhuǎn)動就會受到阻力。（如圖一，黑色部分代表剎車，藍色部分為電機轉(zhuǎn)子，工作時兩者分離，摩擦制動時兩者貼合摩擦。）

而對于伺服電機驅(qū)動器的供電模式，工業(yè)機器人電氣系統(tǒng)的典型結(jié)構是串聯(lián)兩個接觸器，而這兩個接觸器的吸合放開控制，由機器人的安全電路模塊來控制。

再看如何使運動的機器人停止運動，

方法1、通過驅(qū)動器，使電機減速；

方法2、直接切斷驅(qū)動器供電，釋放電機剎車，靠剎車片摩擦來制動。

（是不是有點類似汽車駕駛的制動，一種可以用發(fā)動機來制動，一種可以打開離合，用腳剎來制動。）

所以兩種制動方法結(jié)合起來，就組成了機器人的運動停止模式。

Stop0直接切斷驅(qū)動器供電，同時釋放剎車。

Stop1先驅(qū)動器控制減速制動，然后再切斷驅(qū)動器供電，同時釋放剎車。(KUKA是1秒后切斷（電源）*注2)

Stop2只通過驅(qū)動器減速制動，不切斷驅(qū)動器供電，不釋放剎車。

考慮一下，對于機器人運動軌跡的影響？

答案顯而易見的，Stop0的停止模式，運動是不受控的，所以機器人停止時，TCP可能偏移了路徑；而Stop1和Stop2的模式，運動是受驅(qū)動器減速控制的，機器人停止時，TCP會停在路徑上。

為什么要介紹這個呢？因為在工業(yè)設備使用過程中，安全是個很重要的（話題），了解了工業(yè)機器人的運動停止模式，那么我們就可以更好的規(guī)劃現(xiàn)場布局和編制工業(yè)機器人程序。

再回到機器人系統(tǒng)上，如果我們給機器人發(fā)出了停止（信號），機器人并不是能立即瞬間停止運動。設想一下汽車駕駛員所做的一個剎車過程，我們考慮最極端的情形，當一輛高速行駛的汽車突然發(fā)現(xiàn)前面車輛突然停車，而且自身也沒其他道路可走，駕駛員所能做的就是努力踩下剎車并祈禱趕快停止(這里我們不考慮賽車手做180度轉(zhuǎn)彎的情況XD)，不然就與前車追尾了。從眼睛觀察到前車異常并傳送給大腦然后大腦下達大腳踩下剎車這一過程，屬于人這個（控制系統(tǒng)）自身的反應時間，在這段時間里，汽車仍然在全速前進。踩下剎車后，剎車片就參與制動直至運動停止，這一段汽車前進的距離就是剎車距離。

對于機器人系統(tǒng)，要停下來，同樣要考慮這兩個過程。

一是從控制系統(tǒng)接收到停止信號并處理到切斷電源或即將執(zhí)行電機制動這段過程，總線、處理器等模塊會造成時間延遲，機器人仍然會運動并通過一段距離。

二是電機剎車(Brake)釋放后，電機剎車片摩擦制動，機器人要走過一段剎車距離?；蛘咭揽侩姍C本身減速制動同樣需要走過一段距離。

在設計系統(tǒng)時，這個停止距離是必須要考慮的因素。汽車行駛要保持安全距離謹防追尾事故，機器人現(xiàn)場系統(tǒng)同樣也是