【導讀】伺服電機憑借其高精度、高響應速度和高可靠性的特點(diǎn)，已成為工業(yè)機器人和醫療機器人不可或缺的核心部件。本文將深入探討伺服電機在兩大領(lǐng)域的具體應用，并結合實(shí)際案例，分析其技術(shù)優(yōu)勢及實(shí)戰方案。
摘要
伺服電機憑借其高精度、高響應速度和高可靠性的特點(diǎn)，已成為工業(yè)機器人和醫療機器人不可或缺的核心部件。本文將深入探討伺服電機在兩大領(lǐng)域的具體應用，并結合實(shí)際案例，分析其技術(shù)優(yōu)勢及實(shí)戰方案。
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在機器人的應用場(chǎng)景中，機器人的控制系統會(huì )依據預設的任務(wù)指令，向伺服電機發(fā)送特定的控制信號。比如，當機器人需要完成一個(gè)抓取物體的動(dòng)作時(shí)，控制系統會(huì )根據物體的位置、形狀以及抓取的角度等信息，精確計算出每個(gè)關(guān)節處伺服電機需要轉動(dòng)的角度、速度和時(shí)間，然后向對應的伺服電機發(fā)送控制信號。伺服電機接收到信號后，迅速調整自身的運行狀態(tài)，驅動(dòng)機器人的關(guān)節按照預定的軌跡進(jìn)行運動(dòng)，從而實(shí)現精準的抓取動(dòng)作。在汽車(chē)制造工廠(chǎng)中，機械臂在車(chē)身焊接、零部件裝配等環(huán)節中忙碌而有序地運作 。每個(gè)機械臂通常由多個(gè)關(guān)節組成，而每個(gè)關(guān)節都配備了高性能的伺服電機。這些伺服電機能夠精確控制機械臂的運動(dòng)軌跡、速度和力度，確保焊接點(diǎn)的位置誤差控制在極小的范圍內，從而保證了車(chē)身的焊接質(zhì)量和整體結構強度。據統計，采用伺服電機驅動(dòng)的工業(yè)機器人進(jìn)行焊接作業(yè)，焊接缺陷率相比傳統人工焊接降低了約 30% - 50%，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩定性。在電子產(chǎn)品的裝配線(xiàn)上，工業(yè)機器人同樣發(fā)揮著(zhù)重要作用。以手機主板的貼片裝配為例，由于手機主板上的電子元件體積越來(lái)越小，精度要求卻越來(lái)越高，傳統的人工裝配方式已難以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。而搭載伺服電機的工業(yè)機器人能夠憑借其極高的定位精度和重復定位精度，快速、準確地將微小的電子元件貼裝到指定位置，極大地提高了裝配效率和產(chǎn)品的一致性。據相關(guān)數據顯示，在采用伺服電機驅動(dòng)的自動(dòng)化裝配線(xiàn)后，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率可提高 2 - 3 倍，同時(shí)產(chǎn)品的次品率也能降低至 1% 以下 。醫療機器人正朝著(zhù)微創(chuàng )、精準、智能的方向發(fā)展，伺服電機為其提供了強大的動(dòng)力支持。以目前應用較為廣泛的達芬奇手術(shù)機器人為例，它由主控臺、機械臂和手術(shù)器械組成。醫生在主控臺通過(guò)操作手柄，向機械臂上的伺服電機發(fā)送指令，伺服電機則能夠精確地控制手術(shù)器械的位置、角度和力度，實(shí)現毫米甚至亞毫米級別的精準操作。在進(jìn)行心臟搭橋手術(shù)時(shí)，手術(shù)機器人能夠在狹小的胸腔空間內，精確地縫合血管，大大提高了手術(shù)的成功率和安全性。相關(guān)研究表明，使用手術(shù)機器人進(jìn)行復雜手術(shù)，患者的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率可降低約 20% - 30%，住院時(shí)間也能縮短 1 - 3 天 。除了手術(shù)機器人，在康復醫療領(lǐng)域，伺服電機也有著(zhù)廣泛的應用。例如，康復機器人能夠幫助患者進(jìn)行肢體康復訓練，通過(guò)模擬人體的運動(dòng)模式，為患者提供個(gè)性化的康復治療方案。這些康復機器人同樣依靠伺服電機精確控制機械關(guān)節的運動(dòng)，為患者提供穩定、舒適的康復訓練，幫助患者更快地恢復肢體功能 。先楫半導體推出基于HPM6200開(kāi)發(fā)的四軸伺服驅控方案，本方案單軸采用FOC控制，同步計時(shí)器實(shí)現四軸電機以固定相位差運動(dòng)。
四軸驅控樣機如下圖所示。
本方案測試電機型號信息如下表所示，如選用其他型號電機，需要重新調整PI控制參數相關(guān)宏定義即可。
| 電機型號 | 極對數 | 編碼器類(lèi)型 | 分辨率 |
|---|
| 雷賽智能BLM57050 | 2 | 增量式 | 4000count/r |
方案簡(jiǎn)介：基于HPM6280高性能CPU，內置FOC算法+H橋驅動(dòng)芯片，以50K電流環(huán)頻率實(shí)現4軸步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)控制，步進(jìn)電機速度>1200RPM。該方案是專(zhuān)業(yè)為3D打印行業(yè)訂制，也適合舞臺燈光、雕刻機、飛達、橫機等行業(yè)應用。方案特點(diǎn)：該行業(yè)定制化方案相比3D打印行業(yè)傳統TMC控制方案，具有高速打印、低系統成本、高同步性的優(yōu)勢。方案簡(jiǎn)介：基于HPM6280高性能雙核MCU, 先進(jìn)精準控制模塊和多達32路PWM的電機控制系統，實(shí)現單芯片控制雙軸和四軸伺服驅動(dòng)器，同時(shí)也可以驅動(dòng)音圈電機。該方案非常適合工業(yè)機器臂、協(xié)同機器人、AGV、服務(wù)機器人等行業(yè)的應用。方案特點(diǎn)：該產(chǎn)品充分利用HPM6200的雙核600MHz，支持FPU+DSP指令, 16bit ADC, 數字濾波器, PLA等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了高性?xún)r(jià)比的機器人伺服驅動(dòng)。方案簡(jiǎn)介：MR6450核心板是RISC-V核心板，采用完全國產(chǎn)自主的RISC-V內核的HPM6450處理器，主頻高達816MHz，內置8MB/32MB SDRAM，8MB Flash。EPC6450-AWI工控板搭載MR6450-WB32F8AWI-L核心板，將3路CANFD、2路百兆以太網(wǎng)口、1路USB-Host接口、1路DVP數字攝像頭等資源悉數引出。應用領(lǐng)域：電機控制、新能源、汽車(chē)儀表、醫療儀器、工業(yè)PLC、邊緣計算、音頻設備、人機界面
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