産業用ロボットのサーボシステム

産業用ロボットには、本体、サーボ、減速機、コントローラーの4つの主要なコンポーネントがあります。このうち、産業用ロボットの電気サーボシステムの一般的な構造は、電流ループ、速度ループ、位置ループの 3 つの閉ループ制御です。-一般にACサーボドライブは、内部の機能パラメータを手動で設定することにより、位置制御、速度制御、トルク制御などを実現します。

サーボ システム (サーボ機構) は、フォロー システムとも呼ばれ、プロセスを正確に追従または再現するために使用されるフィードバック制御システムです。サーボ システムは、物体の位置、方向、状態、およびその他の出力制御量を、自動制御システムのあらゆる変化の入力目標 (または指定された値) に追従できるようにします。

サーボシステムは周波数変換技術をベースに開発された製品で、機械の位置や角度を制御対象とした自動制御システムです。サーボシステムは速度・トルク制御に加え、高精度・高速・安定した位置制御を実現します。

広義のサーボシステムは、与えられたプロセスを正確に追跡または再現する制御システムであり、フォロワシステムとも呼ばれます。

ナローサーボシステムはポジションフォロワシステムとも呼ばれ、制御量（出力量）は負荷機械の空間位置のライン変位または角変位であり、与えられた量（入力量）の位置が変化したとき、システムの主なタスクは出力量を迅速に行い、与えられた変化量を正確に再現することです。

メカトロニクスサーボ制御システムは多種多様な構造と種類がありますが、自動制御理論の観点から解析すると、サーボ制御システムは一般にコントローラ、制御対象、実行リンク、検出リンク、比較リンクの5つの部分から構成されます。

1. 比較リンク

比較リンクは、入力コマンド信号とシステムフィードバック信号を比較し、出力と入力偏差信号リンクを取得するために、通常は特別な回路またはコンピュータによって実現されます。

2. コントローラー

コントローラは通常、コンピュータまたは PID (比例、積分、微分) 制御回路であり、その主な役割は、必要な動作に従って実行要素を制御するために、比較要素から出力される偏差信号を変換することです。

3. 実行リンク

エグゼクティブリンクの役割は、制御信号の要件に応じて、さまざまな形式のエネルギーを機械エネルギーに入力し、制御対象の動作を駆動します。要素の実装におけるメカトロニクス システムは、一般に、さまざまなモーターや油圧、空気圧サーボ機構を指します。

4. 制御対象

制御対象とは、機械アームや機械作業台などの制御対象の物体を指します。

5. 検出

検出リンクとは、出力を測定し、デバイスの概要に必要な比較リンクに変換できるものを指し、一般にセンサーや変換回路が含まれます。

サーボシステムの特長と機能

サーボシステムは一般的な工作機械の送りシステムとは根本的に異なり、指令信号に基づいて実行部の動作速度や位置を正確に制御することができます。サーボ システムは CNC デバイスと工作機械の間のリンクであり、次の特徴を持つ CNC システムの重要なコンポーネントです。

出力量に応じた電気信号を正確に与えることができる高精度センサーが必要です。-

パワーアンプと制御システムは可逆的でなければなりません。

十分に広い速度範囲と、十分に強力な低速速度と負荷パフォーマンス。{0}}

高速応答機能と強力な干渉防止機能。{0}}

サーボ システムの種類 制御原理による: 3 つの形式のオープン-ループ、クローズド-ループ、セミ{2}}クローズド-ループ

制御量の性質に応じて：変位、速度、力とトルク、その他の形式のサーボシステム

駆動モードに応じて、電気、油圧、空圧サーボ駆動形式があります。

実行要素によると、ステッピングモーターサーボ、DCモーターサーボ、ACモーターサーボの形式があります。

サーボ系アクチュエーター

1、アクチュエーターの種類とその特徴

(1) 電動アクチュエータ

電気アクチュエーターには、直流 (DC) サーボ モーター、交流 (AC) サーボ モーター、ステッピング モーター、およびソレノイドが含まれており、これらは最も一般的に使用されるアクチュエーターです。サーボ モーターは最も一般的に使用されるアクチュエーターです。スムーズな動作の要件に加えて、一般に、頻繁な使用と容易なメンテナンスに適した良好な動的性能が求められます。

(2) 油圧アクチュエータ

油圧アクチュエータには主に往復シリンダ、回転シリンダ、油圧モータなどが含まれますが、シリンダが最も一般的です。同じ出力の場合、油圧コンポーネントは軽量であり、速度が速いなどの特徴があります。

(3) 空気圧アクチュエータ

作動媒体としての圧縮空気に加えて、空気圧アクチュエータと油圧アクチュエータも同様です。空気圧駆動は大きな駆動力、ストローク、速度が得られますが、空気の粘性、圧縮性が低いため、位置決め精度が要求される場面では使用できません。

3 つのタイプの違い

2. 一般的に使用される制御モーター

制御モーターは、電気サーボ制御システムの動力コンポーネントです。電気エネルギーを機械エネルギーに変換するエネルギー変換装置です。メカトロニクス製品で一般的に使用される制御モーターは、正しい動きやより複雑な動作を提供できるサーボ モーターです。

制御用のモータにはロータリー駆動モータとリニア駆動モータがあり、電圧、電流、周波数（指令パルスを含む）によって制御され、定速駆動、可変速駆動、起動停止を繰り返すインクリメンタル駆動や複雑な駆動を実現しており、駆動精度は駆動対象によって異なります。

(1) サーボドライブモーターとは、一般的にステッピングモーター (Stepping Motor)、直流サーボモーター (DC Servo Motor)、AC サーボモーター (AC Servo Motor) を指します。

(2) 一般的に使用されるサーボ制御モーター制御方法は、開ループ制御、セミ-閉ループ制御、閉ループ制御の 3 つです。-。

-位置（または速度）フィードバック リンクを備えた閉ループ駆動システム。開ループ システムには位置と速度のフィードバック リンクがありません。-

a、-オープンループCNCシステムには位置測定デバイスがなく、信号の流れが一方向（CNCデバイス→フィードシステム）であるため、システムの安定性は良好です。

位置フィードバックがないと、精度は閉ループ システムと比べて高くありません。その精度は主にサーボ ドライブ システムと機械伝達機構の性能と精度に依存します。{0}一般に、サーボ駆動要素としてパワーステッピングモーターが使用されます。

この種のシステムは、構造が単純で、動作が安定し、デバッグが容易で、メンテナンスが簡単で、価格が安いなどの利点があり、精度と速度の要件が高くなく、駆動トルクが大きくないため、広く使用されています。一般的に経済的なCNC工作機械に使用されます。

b、セミ-クローズド-ループCNCシステムセミ-クローズド-ループCNCシステムの位置サンプリング点は、図に示すように、ドライブ（一般的に使用されるサーボモーター）またはネジリードから、サンプリング回転角度検出であり、可動部品の実際の位置を直接検出するものではありません。

セミクローズド ループ ループには機械的な伝達リンクが含まれていないか、少数しか含まれていないため、安定した制御パフォーマンスが得られます。システムの安定性はオープン ループ システムほどではありませんが、クローズド ループよりは優れています。ネジのピッチ誤差やギヤギャップによる動作誤差を取り除くことは困難です。したがって、その精度は閉ループより悪く、開ループよりは優れています。ただし、このような誤差は補正できるため、依然として満足のいく精度を得ることができます。

セミクローズド ループ CNC システムの構造はシンプルで、デバッグが容易で、精度が高いため、最新の CNC 工作機械で広く使用されています。{0}{1}

c、点線の図に示すように、フルクローズド{0}}ループ数値制御システムのフルクローズド-ループ数値制御システムの位置サンプリング点は、可動部品の実際の検出位置に直接当たります。

理論的には、ドライブとトランスミッションリンク全体のエラー、クリアランス、動きの損失を排除できます。高い位置制御精度を持っています。位置ループ内の多くの機械式トランスミッション リンクの摩擦特性、剛性、クリアランスは非線形であるため、システムが不安定になりやすく、閉ループ システムの設計、設置、試運転が非常に困難になります。-

このシステムは主に、中ぐり盤やフライス盤、超精密旋盤、超精密研削盤、高精度が要求される大型の CNC 工作機械などに使用されます。{0}

ロボット用サーボシステム

通常、ロボット サーボ システムとは、多軸モーション コントロールに使用される高精度サーボ システムを意味します。-多軸モーション制御システムは、上位-レベルのモーション コントローラと低次サーボ ドライブで構成されます。モーション コントローラは、モーション コントロール コマンドのデコード、さまざまな位置制御軸の相対動作、加速および減速の輪郭制御などを担当します。その主な役割は、システム全体のモーション コントロール パスの誤差を低減することです。サーボドライブはサーボモーターの位置制御を担当し、主な役割はサーボ軸のトラッキングエラーを軽減することです。サーボドライブはサーボモータの位置制御を担当し、主な役割はサーボ軸の追従誤差を低減することです。

ロボットサーボシステムは、サーボモーター、サーボドライブ、3つの主要なコンポーネントのコマンドメカニズムで構成されます。サーボモーターはアクチュエーターであり、動きを実現するためにそれに依存します。サーボドライブはサーボモーターの電源であり、コマンドメカニズムは、サーボドライブが適切に動作するためにパルスを送信したり、サーボドライブと連携するために使用される速度を与えることです。

ロボットのサーボモーターに対する要件は、他の 2 つの部品よりも高くなります。まず、サーボモータには高速な応答性が求められます。モーターがコマンド信号から必要な命令を完了するまでの時間は、その動作状態によって短くなければなりません。指令信号に対する応答時間が短いほど、電気サーボシステムの感度が高くなり、高速応答性能が向上します。一般に、高速応答の性能を示すには、サーボモータのサイズに応じたサーボモータの電気機械時定数が使用されます。次に、サーボモータの起動トルク慣性比を大きくする必要があります。負荷を駆動する場合、ロボットのサーボモータには大きな起動トルクと小さな慣性モーメントが要求されます。最後に、サーボモーターは制御特性の連続性と線形性を備えている必要があり、制御信号の変化に応じてモーターの速度を連続的に変更でき、場合によっては速度が制御信号に比例またはほぼ比例することも必要です。

もちろん、ロボットの体形に合わせてサーボモータは小型、軽量、軸方向寸法が短くなければなりません。過酷な運転条件にも耐え、非常に頻繁な前後進や加減速運転にも耐え、短期間に数倍の過負荷にも耐えます。

サーボドライブは、トルクと力を生成するために使用できるサーボモーターで、ロボット本体を直接または間接的に駆動して、さまざまなロボットの動作アクチュエーターを実現します。高いトルク慣性モーメント比、ブラシや転流スパークがないなどの利点があり、ロボットではより広く使用されています。