機(jī)械手關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)為什么不直接用電機(jī)？
我們知道，機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)中機(jī)器人關(guān)節(jié)處都安裝有電機(jī)和減速機(jī)用來控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，那么大家不禁會(huì)想到一個(gè)問題：在機(jī)器人系統(tǒng)中，為什么不能直接控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，為何機(jī)械手關(guān)節(jié)還要用精密減速機(jī)？
要回答這個(gè)問題，首先要明確機(jī)械手關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)的作用：
1.工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)需要撐住后端機(jī)構(gòu)由于重力產(chǎn)生的扭矩。
2.工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速不高。機(jī)器人關(guān)節(jié)角速度很低，可電機(jī)在極低的速度下轉(zhuǎn)動(dòng)是不平穩(wěn)的，控制不易，需要一個(gè)機(jī)械讓電機(jī)在較合理的轉(zhuǎn)速下運(yùn)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的平順。
那么機(jī)械手關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)的原因有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是提扭矩，第二點(diǎn)就是提控制分辨率和閉環(huán)精度。
例如，一個(gè)50:1的諧波減速機(jī)就能輕松將一個(gè)額定100mNm的電機(jī)的額定扭矩提升到5Nm，代價(jià)是：
1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比直驅(qū)高49倍
本來工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速就不高，一般都是每秒一兩轉(zhuǎn)，額定100mNm的電機(jī)輕松跑6k轉(zhuǎn)/min，白不轉(zhuǎn)那么快。要是嫌轉(zhuǎn)的不夠快?解決辦法就是提電壓，但這要考慮的是軸承和轉(zhuǎn)子是否撐得住。
2.重量提高到原來3倍
舉個(gè)例子，maxon EC45最厚的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為83mNm，重110g；maxon EC90的額定轉(zhuǎn)矩為560mNm，重600g。從這個(gè)兩個(gè)數(shù)據(jù)出發(fā)，可以腦補(bǔ)一下額定5Nm的電機(jī)重量是多少倍。
3.維持相同扭矩時(shí)，發(fā)熱功率是不加減速機(jī)的1/2500
其實(shí)不是說額定100mNm的電機(jī)干不到5Nm，也是可以做到的，只要往死里提電流就好了，但這樣將會(huì)造成電機(jī)快速發(fā)燙，撐不了幾秒就得冒煙，就算上了水冷電費(fèi)也會(huì)比較多。要想達(dá)到相同扭矩又不想太燙就得換扭矩/發(fā)熱效率高且熱阻小、熱容量大的電機(jī)，但這樣就又回到2所說的問題了。
機(jī)械手關(guān)節(jié)用減速機(jī)
機(jī)械手關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)
除了上面的解答，這里還有一個(gè)案例，可來從另一個(gè)角度間接回答此問題。
某客戶一種型號(hào)為6150的車床，卡盤為10寸（直徑約250mm）液壓卡盤，為了達(dá)到單邊7mm的切削能力，利用主軸電機(jī)（交流異步電機(jī)）的低速大扭矩（轉(zhuǎn)矩）特性，擬選取一款7.5kw額定轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)的電機(jī)，同時(shí)使用1：2傳動(dòng)比（減速）的齒輪。
已知傳動(dòng)比和功率、轉(zhuǎn)矩成正比，即使用1：2的傳動(dòng)比，7.5kw的電機(jī)達(dá)到了15kw、同時(shí)2倍轉(zhuǎn)矩（注意，此處不是指2倍額定轉(zhuǎn)矩）的特性。如果選擇的是15kw的電機(jī)，價(jià)格就要貴不少，安裝尺寸也要變大；而加工出1：2傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪不需要很多錢。
不明白的可查看一下異步電機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩特性曲線圖。（注意：和直流電機(jī)不同，異步電機(jī)是可能工作在超過橫轉(zhuǎn)矩區(qū)的）
以上就是為什么不能直接控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，而是機(jī)械手關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)的原因。雖然現(xiàn)在有直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，但是由于上述問題，成熟度上還差一些。