伺服电机在工业机器人方面的应用

伺服电机是用于自动控制系统的机械部件。伺服系统是一个带有输出轴的微小部件。由于执行器的设计，伺服提供了高速控制精度。当电机接收到信号时，伺服电机会根据操作员的指示加快操作速度。如果机械系统的目的是确定特定物体的位置，则该系统称为伺服机构。而伺服电机有直流和交流两种工作方式。直流电机与伺服机构（闭环控制系统）一起充当伺服电机，在自动化行业中基本上用作机械传感器。基于其精确的闭环控制，它在许多行业都有广泛的应用。通常伺服电机根据其运行所使用的电源性质分为交流伺服电机和直流伺服电机。有刷永磁直流伺服电机由于其成本、效率和简单性而用于简单的应用。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有柔性好、自动化程度高、可编程性好、通用性强等特点。在工业领域中，工业机器人的应用能够代替人进行单调重复的生产作业，或是在危险恶劣环境中的加工操作。国际上，工业机器人的定义主要有如下两种：

国际标准化组织（ISO）的定义：工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。

美国机器人协会（RIA）的定义：一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统。

在智能制造领域，工业机器人作为一种集多种先进技术于一体的自动化装备，体现了现代工业技术的高效益、软硬件结合等特点，成为柔性制造系统、自动化工厂、智能工厂等现代化制造系统的重要组成部分。机器人技术的应用转变了传统的机械制造模式，提高了制造生产效率，为机械制造业的智能化发展提供了技术保障；优化了制造工艺流程，能够构建全自动智能生产线，为制造模块化作业生产提供了良好的环境条件，满足现代制造业的生产需要和发展需求。

整机技术是指以提高工业机器人产品的可靠性和控制性能，提升工业机器人的负载/自重比，实现工业机器人的系列化设计和批量化制造为目标的机器人技术。主要有：本体优化设计技术、机器人系列化标准化设计技术、机器人批量化生产制造技术、快速标定和误差修正技术、机器人系统软件平台等。本体优化设计技术是其中的代表性技术。

本体优化设计技术即对工业机器人的本体进行优化设计和性能评估的技术。在现代工业生产的一些高速、重载的应用场合下，需要保证工业机器人加工过程中的运动精度和运动平稳性，因此在工业机器人的本体结构设计开发时，必须对其惯性参数和结构参数进行不断优化，使机构的质量、刚度得到合理的分布，工业机器人整机具有良好的动态性能。基本流程是：首先根据生产需求设计工业机器人机械结构，利用三维软件建立本体结构模型，并进行虚拟装配，如图3所示；然后利用计算机仿真技术对机器人进行运动学和动力学仿真分析，分析机器人的各项性能；最后利用有限元技术等方法对结构进行优化，以实现机器人的轻量化，提高机器人的动态性能。

在本体结构轻量化设计方面，主要体现在新材料、新工艺和结构优化理论的应用上；在本体结构模块化设计方面，主要体现在各种机构的选用和组合上。