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傳統(tǒng)的機(jī)器設(shè)計(jì)工程師通常著重選擇現(xiàn)成的有框電機(jī)來(lái)建立運(yùn)動(dòng)控制軸。有時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)修改標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的物理尺寸或繞組，亦或二者的組合，以定制某種應(yīng)用。另一種定制伺服電機(jī)的方式是，使用無(wú)框電機(jī)并直接集成到設(shè)備上。

無(wú)框電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和定子套組，與反饋元件結(jié)合使用、直接集成到機(jī)器傳動(dòng)裝置中，能夠提供巨大優(yōu)勢(shì)。盡管組裝無(wú)框電機(jī)似乎較為困難，但該過(guò)程其實(shí)與其他機(jī)器制造的組裝要求類似。

選擇無(wú)框電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

為什么機(jī)器設(shè)計(jì)人員要使用無(wú)框電機(jī)解決方案，而非傳統(tǒng)的有框設(shè)計(jì)呢?考慮到以下因素，無(wú)框電機(jī)的設(shè)計(jì)有其合理性：

優(yōu)化機(jī)器性能

將無(wú)框電機(jī)集成到機(jī)器中，能夠提供多項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)。將電機(jī)直接集成到轉(zhuǎn)軸元件上，可降低整體系統(tǒng)慣量。慣量降低，電機(jī)加減速所需的扭矩也會(huì)變低，反過(guò)來(lái)更好控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定時(shí)間，從而增加系統(tǒng)帶寬。無(wú)框電機(jī)具有與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)相似的繞組選項(xiàng)，同樣可以自定義設(shè)置以優(yōu)化性能。機(jī)器性能優(yōu)化為機(jī)器制造商提供了潛在優(yōu)勢(shì)，使其產(chǎn)品在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

增強(qiáng)環(huán)境適用性

在運(yùn)動(dòng)控制傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，機(jī)器設(shè)計(jì)人員可能需要對(duì)特定環(huán)境因素進(jìn)行管理。例如，根據(jù)機(jī)械和環(huán)境因素需要，將無(wú)框電機(jī)集成到密封外殼中，此舉可簡(jiǎn)化整體機(jī)器設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)有殼的電機(jī)設(shè)計(jì)通常適用于工業(yè)環(huán)境，以應(yīng)對(duì)典型的工業(yè)灰塵和散熱問(wèn)題。然而，遇到特殊環(huán)境時(shí)，則需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行定制，以應(yīng)對(duì)特定的環(huán)境挑戰(zhàn)，例如熱或冷、真空、輻射或腐蝕液體。無(wú)框電機(jī)提供了多種選擇，能將電機(jī)集成到機(jī)器和所需的環(huán)境條件中。

增加售后收入

將無(wú)框伺服電機(jī)集成到機(jī)器設(shè)計(jì)中，可將運(yùn)動(dòng)控制元件整合進(jìn)機(jī)器制造商的整體設(shè)計(jì)中。電機(jī)元件的新配置由機(jī)器制造商“專有"，需要終用戶從制造商直接購(gòu)買備件，這可保護(hù)售后收入。這一常常被忽視的優(yōu)勢(shì)在機(jī)器設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期中提供了更高的收入流。

保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

關(guān)于無(wú)框設(shè)計(jì)，一個(gè)萬(wàn)分值得考慮的理由是，定制的無(wú)框伺服電機(jī)設(shè)計(jì)具有*的功能性性能，可申請(qǐng)(或輕松受到保護(hù))。

降低系統(tǒng)成本

對(duì)于特定應(yīng)用，可消除非必需的有殼電機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)元素，即使考慮到前期設(shè)計(jì)成本，也能降低電機(jī)的單位成本。某些標(biāo)準(zhǔn)功能可以集成到機(jī)器組件中，例如密封件、連接器或反饋元件，從而去除使用有框電機(jī)時(shí)所需的額外外殼、軸承、聯(lián)軸器和其他元件。

標(biāo)簽：科爾摩根

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在基本形式上，伺服系統(tǒng)包含一個(gè)執(zhí)行器(肌肉)、一個(gè)控制器(大腦)和一個(gè)反饋元件(感官)。在自動(dòng)化域，雖然肌肉可以是各種機(jī)械結(jié)構(gòu)，但具代表性的是伺服電機(jī)。同樣，大腦也可以由各種元件表示，但常見(jiàn)的是運(yùn)動(dòng)控制器或伺服驅(qū)動(dòng)器。傳感通過(guò)電流傳感器或編碼器、旋變以及視覺(jué)系統(tǒng)，為大腦提供反饋信息。

當(dāng)控制器向執(zhí)行器發(fā)送信號(hào)令其移動(dòng)到特定位置時(shí)，執(zhí)行器開(kāi)始移動(dòng)，反饋裝置向控制器傳回信號(hào)告知執(zhí)行器移動(dòng)的位置和速度?？刂破麟S后查看反饋信息，并確定電機(jī)是否到達(dá)指令位置。如果沒(méi)有，則控制器將繼續(xù)向執(zhí)行器發(fā)送信號(hào)，令其移動(dòng)，直到收到反饋裝置的信號(hào)，顯示電機(jī)已經(jīng)到達(dá)所需位置。

伺服系統(tǒng)的運(yùn)行流程與人體非常相似，一個(gè)出色的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包含幾百條肌肉、多個(gè)反饋裝置，以及一個(gè)可以迅速做出調(diào)整的控制系統(tǒng)。

例如，一位棒球運(yùn)動(dòng)員踏上壘板擊球，其大腦會(huì)分析目前的狀況、壘上的球員數(shù)量、當(dāng)前出局人數(shù)、防守方的站位。擊球手看向三壘教練，收到擊球的信號(hào)(圖像從眼睛傳到大腦)。投手投球時(shí)，擊球手預(yù)估投球，思考球飛過(guò)壘板的位置。當(dāng)投手將球投出，擊球手的眼睛向大腦發(fā)送信息，由大腦分析球的飛行軌跡，在瞬間做出決定，將信號(hào)發(fā)送給多個(gè)肌肉，從而協(xié)調(diào)揮動(dòng)球棒擊球。如果擊球手未擊中球，大腦則會(huì)分析錯(cuò)誤，做出調(diào)整應(yīng)對(duì)下一次投球。人體像伺服系統(tǒng)一樣，通過(guò)協(xié)調(diào)動(dòng)作節(jié)奏進(jìn)行工作。

現(xiàn)代工業(yè)的伺服系統(tǒng)有了顯著的進(jìn)步，包括復(fù)雜的控制器以及多種反饋設(shè)備和快速處理器，可以在一納秒內(nèi)做出數(shù)個(gè)決定，以執(zhí)行所需運(yùn)動(dòng)控制。通常工業(yè)伺服系統(tǒng)細(xì)分包括：

伺服電機(jī)

伺服電機(jī)——系統(tǒng)的肌肉，可采用多種技術(shù)，包括有刷電機(jī)或無(wú)刷電機(jī)、有框或無(wú)框電機(jī)，以及直線或旋轉(zhuǎn)電機(jī)。電機(jī)產(chǎn)生加速和移動(dòng)負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩。

伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器——這可以是系統(tǒng)的大腦，也可以是大腦的一部分。簡(jiǎn)單的伺服驅(qū)動(dòng)器可以控制轉(zhuǎn)矩和速度，而更高級(jí)的伺服驅(qū)動(dòng)器可以提供額外功能，可使用編程功能配置為定位器。驅(qū)動(dòng)器或控制器可與伺服電機(jī)相匹配，控制電機(jī)接收的電壓和電流。

伺服控制器

伺服控制器——系統(tǒng)的大腦，利用編程環(huán)境，為機(jī)械控制、輸入輸出提供各種選項(xiàng)，并與一種圖形用戶界面進(jìn)行連接。伺服控制器可以獨(dú)立，也可以與伺服驅(qū)動(dòng)器集成。

反饋

反饋——系統(tǒng)傳感，通常集成到伺服電機(jī)中。反饋元件可能包括編碼器、旋變、線性反饋裝置、測(cè)速儀等。復(fù)雜控制系統(tǒng)可能包括更多*進(jìn)的反饋形式，例如視覺(jué)系統(tǒng)。

電纜

電纜——伺服系統(tǒng)相互連通，因此反饋、通信和電力反饋電纜成為連接大腦、肌肉和感官的神經(jīng)系統(tǒng)?！」I(yè)機(jī)器人的用途，可能比您想象的還要廣泛?，F(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人基本都采用輕型設(shè)計(jì)，跟二十世紀(jì)初的機(jī)器人相比，它們操作靈活，價(jià)格適中，中小企業(yè)也*可以承受。

工業(yè)機(jī)器人之所以受到很多企業(yè)的歡迎，是因?yàn)樗鼈兙哂懈叩撵`活性。憑借各種類型的末執(zhí)行裝置，比如用于裝配和分揀的吸盤和抓手，*進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人可以快速改裝，從而滿足特定的應(yīng)用需求。

它們的優(yōu)點(diǎn)不止是靈活，還支持用戶輕松的進(jìn)行編程，擅長(zhǎng)技術(shù)研究的人可以在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)教會(huì)輕型機(jī)器人必要的運(yùn)動(dòng)序列。另外，這些機(jī)器人之所以叫“輕型機(jī)器人"，是因?yàn)樗鼈兊淖灾囟己苄?，大多不超過(guò) 40 千克。

正因?yàn)樗鼈兙哂羞@些優(yōu)點(diǎn)，我們即可以讓輕型機(jī)器人自主焊接，也可以給它們裝上抓手并固定在工業(yè)工作臺(tái)上進(jìn)行人機(jī)協(xié)作。但是，想要大的發(fā)揮出它們的潛能，還需要給它們配備上的支撐結(jié)構(gòu)。

機(jī)器人的

多種支撐結(jié)構(gòu)

為了讓機(jī)器人在不同的應(yīng)用之間無(wú)縫切換并確保操作無(wú)誤，我們需要為工業(yè)機(jī)器人提供合適的支撐結(jié)構(gòu)。在這方面，工業(yè)機(jī)器人的高效靈活與 item 模塊化設(shè)計(jì)的強(qiáng)大功能可謂不謀而合。

憑借 item 久經(jīng)“歷練"的鋁型材技術(shù)，我們幾乎能夠?yàn)槿魏螒?yīng)用搭建的支撐結(jié)構(gòu)。而且，item 擁有眾多的標(biāo)準(zhǔn)組件，因此搭建過(guò)程中不需要使用昂貴的定制設(shè)備。

比如，item 的通用型安裝板上的鉆孔分布可以匹配常見(jiàn)的輕型機(jī)器人，像 UR3e 和 UR5e 等小型優(yōu)傲機(jī)器人可以通過(guò)安裝板 8 系列 160*160固定在型材或槽軌臺(tái)面上。更大尺寸的 200*200 安裝板則適用于 UR16e、發(fā)那科 CRX-10iA 以及歐姆的大型機(jī)器人。通用安裝板 8 系列 160*160 和 200*200 適用于所有的協(xié)作型機(jī)器人和機(jī)械工程解決方案。

如果要搭建可移動(dòng)方案，比如方便運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器人臺(tái)面，可以選擇各種轉(zhuǎn)向腳輪、定向腳輪和水平調(diào)節(jié)腳輪。內(nèi)置蹄腳的水平調(diào)節(jié)腳輪 D62 和 D80 是移動(dòng)式機(jī)器人臺(tái)面的佳選擇，因?yàn)樗鼈兛梢栽谝苿?dòng)和固定之間自由切換。這樣機(jī)器人就可以在不同的工位上使用了。

item 的可調(diào)節(jié)腳輪可以立即將穩(wěn)定、固定的支撐結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?dòng)機(jī)器人工作臺(tái)。 不僅如此，item 的各種產(chǎn)品還能幫助您搭建機(jī)器人護(hù)罩。

不僅如此，item 的各種產(chǎn)品還能幫助您搭建機(jī)器人護(hù)罩——即使是傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人也沒(méi)有問(wèn)題。比如，鋼質(zhì)軋花網(wǎng) 4mm 40×40 是大型護(hù)罩和圍欄系統(tǒng)的理想選擇，它可以根據(jù)要求提供物料傳輸所需的凹槽。而透明的抗沖擊聚碳酸酯(Polycarbonate)4 mm 則適合用封閉式機(jī)器人單元進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控的解決方案。

如果您希望工作環(huán)境整潔安靜，采用 XMS 型材搭建的機(jī)柜則更為明智，因?yàn)?XMS 系列具有標(biāo)準(zhǔn)的密封槽，可以防止灰塵和污垢進(jìn)入或離開(kāi)護(hù)罩。

預(yù)配置的

機(jī)器人支撐結(jié)構(gòu)

如果不想從頭設(shè)計(jì)，那也可以選擇定制的預(yù)配置解決方案。

比如，帶電纜管理的島式機(jī)器人(下圖左側(cè))就配備了機(jī)器人所需的一切組件，可直接在工業(yè)環(huán)境中使用。而機(jī)械臂和其他配件也可以輕松地安裝在可調(diào)節(jié)槽軌臺(tái)面上。除此之外，電纜和操作元件也可以整齊地收納在 XMS 型材的內(nèi)置電纜線槽中。如果是用機(jī)器人開(kāi)展協(xié)作任務(wù)，安裝了協(xié)作型機(jī)器人的協(xié)作型工作臺(tái)(下圖右側(cè))則更加適合。工作臺(tái)后部是帶 8 系列槽軌的型材，可以牢固地安裝機(jī)器人或協(xié)作型機(jī)器人。

另外，item 現(xiàn)有的工作臺(tái)系統(tǒng)也可以經(jīng)過(guò)改裝，輕松滿足協(xié)作型機(jī)器人的使用要求。工作臺(tái)采用的是重型升降立柱，即使安裝了較重的機(jī)械手也不會(huì)影響它的高度調(diào)節(jié)能力。

在各種機(jī)器人的應(yīng)用方案中，item 型材技術(shù)強(qiáng)大的兼容性和靈活的模塊化設(shè)計(jì)是很大的優(yōu)勢(shì)，它也能為傳統(tǒng)的工業(yè)域帶來(lái)好處(比如我們之前講過(guò)的一家機(jī)器人制造商自己開(kāi)發(fā)成功了機(jī)器人病毒自動(dòng)檢測(cè)站)。