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    機器人又一核心部分——執行器,你了解有多少?

    作者:末端執行器 瀏覽: 發表時間:2020-11-16 15:15:48 來源:末端執行器

           近年來,機器人技術發展迅猛,先進的機械材料和動力控制得以應用在很多領域中。比如:醫用手術機器人,可以在手術臺上進行非常精密的操作;肌肉模擬機器人,利用液壓和靜電原理,可以提起重量高達自身200倍以上的物體。機器人能夠具備這樣的能力,離不開科學家們對執行器的深入研究和實驗。
                                                 

           前面我們已經講過了機器人的控制器部分,相當于人類的大腦。

    機器人的“大腦”——控制器,你了解有多少?

    今天就來說一說執行器。想象未來,如果讓你開一家機器人服務公司,你會讓機器人執行什么任務?    

    01
    什么是執行器

           機器人作為一個完整的自動化控制系統,其中一個重要的組成部分是執行器。執行器接收控制器發來的信號,并對受控對象施加控制運行作用,是執行實際動作的部件,相當于人類的四肢。

           人類完成很多事情都需要依靠四肢的配合,比如:用手拿東西、用雙腿行走。對機器人來說也是這樣,比如:機器人是通過機械爪抓取物體,依靠輪子進行移動等。
                                                 

           執行器的種類很多,其分類方法也很多。按其采用的能源形式,可分為電動、液動和氣動三大類,分別提供電能、液體的壓力能和氣壓動力。

    電動執行器由驅動部分和機械部分組成。以移動機器人底盤為例,它的驅動部分為電機,作用是提供動力;機械部分是安裝座、輪子和板材等,用于提供物體支撐。

           液動執行器推力***,但比較笨重。比如:三峽的船閥用的就是液動執行器。

           氣動執行器用壓縮空氣作文能源,結構簡單,動作平穩,被廣泛應用于化工、造紙、煉油等生產過程中。

    02

    執行器工作原理

           要讓執行器工作,需要給它輸入控制信號和動力。當執行器收到了控制器發來的控制信號,在有足夠動力源的情況下,它就會把能源轉化成其他形式的能量。

     究其工作原理:

    液動執行器,利用液壓泵把機械能轉換成液體的壓力能,再傳給執行器的機械部分。

    優點:1)功率大,輸出推力大;2) 結構簡單,無需減速裝置。

    缺點:1)液體遇高溫易燃燒、爆炸;2)液體泄漏風險。

    氣動執行器,利用精準控制,把壓縮空氣的勢能,轉換為機械能。

    優點:1)環保;2)工作環境適應性好,安全可靠,防火防爆;3)價格低。

    缺點:空氣壓縮性大,需要精準的控制。

    電動執行器,以電能為能源,通過電機直接將電能轉換為機械能。

    優點:1)能源取用方便;2)信號傳遞迅速;3)噪聲低。

    缺點:1)結構復雜;2)安全防爆性能差。

    03

    執行器——電機

           電機也叫電動機,是執行器中利用電磁感應原理完成能量轉換的常見設備。它包含定子(Stator)和轉子(Rotor)兩部分。定子指電機中固定的部分,通電后不運動;轉子指通電后運動的部分。
                                                

           電機的種類繁多,形態各異??梢愿鶕斎腚娏魇侵绷鬟€是交流,分為直流電機和交流電機;也可以按照有無電刷,分為有刷電機和無刷電機;還可以按照轉子在外側還是內測,分為外轉子電機和內轉子電機。

           除了根據電源分類,電機還能通過有無電刷來作區分。電刷是電機的重要組成元件,負責在旋轉部件與靜止部件之間傳導電流。
                                                

    我們常用的是直流有刷電機,直流有刷電機的工作原理是連通直流電后,導線會在磁場中受力轉動。同時,為了保證轉子的持續轉動,如上圖所示的兩電刷、兩換向結構的電機,每轉動180°時電刷與換向片之間就會短暫的斷開。線圈失去磁性的轉子會在慣性的作用下持續轉動,直到電刷與另一片換向片接觸通電,并改變線圈內電流的方向,使轉子改變磁極。通過不停的換向,電機的轉子可以持續的旋轉下去。
                                                

           無刷電機的定子是繞組線圈,轉子是磁鋼。由于沒有了電刷的存在,無刷電機壽命大幅提升,轉速更高,損耗更少。因為成本較高,無刷電機通常被用在對控制和轉速要求高的設備上,如航模、精密儀器儀表。S1機器人使用的電機就屬于直流無刷電機。

    04

    執行器——舵機

           在航模、機械臂中,常用的執行器是舵機。舵機是電機的一種應用,一般由外殼、電路板、直流電機和減速器組成。

           舵機內部集成了一個控制器,接收控制信號,驅動電機帶動減速齒輪組到達指定角度。它通常和機械結構組合在一起用于控制角度變化,機器人的關節、輪子、航模的尾翼都會應用到舵機。
                                                

           PWM(Pulse Width Modulation)中文稱為脈沖寬度調制波,我們通過調制PWM信號的周期和占空比,就能控制舵機按以指定的角度旋轉。

    如何調試PWM信號?

           周期(T):S1的PWM信號輸出周期為20毫秒;頻率(f):f=1/T=1/0.02=50Hz;占空比(D):一個信號周期內,信號在高電平的持續時間與總時間的比值:D=T1/T2;當高電平持續時間為0.5毫秒、占空比為0.5/20=2.5%時,舵機會轉到一個方向的限位;當高電平持續時間為2.5毫秒、占空比為2.5/20=12.5%時,舵機會轉到另一個方向的限位。

           有關機器人執行器的部分,你還了解有多少呢?


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