산업용 로봇에는 본체, 서보, 감속기, 컨트롤러의 네 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 그중 산업용 로봇의 전기 서보 시스템의 일반적인 구조는 전류 루프, 속도 루프 및 위치 루프의 세 가지 폐쇄{1}}루프 제어입니다. 일반적으로 AC 서보 드라이브의 경우 위치 제어, 속도 제어, 토크 제어 및 기타 기능은 내부 기능 매개변수의 수동 설정을 통해 실현될 수 있습니다.
추종 시스템이라고도 알려진 서보 시스템(서보메커니즘)은 프로세스를 정확하게 따르거나 재현하는 데 사용되는 피드백 제어 시스템입니다. 서보 시스템은 물체의 위치, 방향, 상태 및 기타 출력 제어 양이 자동 제어 시스템의 모든 변화에 대한 입력 목표(또는 주어진 값)를 따를 수 있도록 합니다.
서보 시스템은 주파수 변환 기술을 바탕으로 개발된 제품으로 기계적 위치나 각도를 제어 대상으로 하는 자동 제어 시스템입니다. 서보 시스템은 속도 및 토크 제어 외에도 정밀하고 빠르며 안정적인 위치 제어를 수행할 수 있습니다.
광범위한 서보 시스템은 주어진 프로세스를 정확하게 추적하거나 재현하는 제어 시스템으로, 팔로워 시스템이라고도 합니다.
위치 추종 시스템이라고도 알려진 좁은 서보 시스템에서 제어된 양(출력량)은 로드된 기계의 공간적 위치의 선 변위 또는 각도 변위이며, 주어진 양(입력 양)의 위치가 변경될 때 시스템의 주요 임무는 출력 양이 주어진 변화량을 신속하고 정확하게 재현하도록 하는 것입니다.
메카트로닉스 서보 제어 시스템은 다양한 구조와 유형을 가지고 있지만 분석할 자동 제어 이론의 관점에서 볼 때 서보 제어 시스템은 일반적으로 컨트롤러, 제어 대상, 실행 링크, 감지 링크, 비교 링크 및 기타 5개 부분으로 구성됩니다.
1. 비교 링크
비교 링크는 입력 명령 신호와 시스템 피드백 신호 비교로, 출력 및 입력 편차 신호 링크를 얻기 위해 일반적으로 특수 회로나 컴퓨터를 통해 실현됩니다.
2. 컨트롤러
컨트롤러는 일반적으로 컴퓨터 또는 PID(비례, 적분 및 차동) 제어 회로이며, 주요 작업은 필요한 작업에 따라 실행 요소를 제어하기 위해 비교 요소에서 출력되는 편차 신호를 변환하는 것입니다.
3. 실행 링크
실행 링크의 역할은 제어 신호의 요구 사항, 다양한 형태의 에너지를 기계 에너지에 입력하고 제어 대상 작업을 구동하는 것입니다. 요소 구현의 메카트로닉스 시스템은 일반적으로 다양한 모터 또는 유압, 공압 서보 메커니즘을 나타냅니다.
4. 제어 대상
제어 대상은 기계 팔, 기계 작업 플랫폼 등 제어 대상을 의미합니다.
5. 탐지
검출 링크란 출력을 측정하여 장치의 개요에 필요한 비교 링크로 변환할 수 있는 것을 말하며 일반적으로 센서 및 변환 회로를 포함합니다.
서보 시스템 특징 및 기능
서보 시스템과 일반 공작기계의 이송 시스템은 근본적으로 다르며, 명령 신호를 기반으로 실행부의 이동 속도와 위치를 정확하게 제어할 수 있습니다. 서보 시스템은 CNC 장치와 공작기계 사이의 연결고리로서 다음과 같은 특징을 갖는 CNC 시스템의 중요한 구성요소입니다.
출력량에 대한 전기 신호를 정확하게 제공할 수 있는 고정밀 센서가 있어야 합니다.-
전력 증폭기와 제어 시스템은 가역적이어야 합니다.
충분히 넓은 속도 범위와 부하 성능을 갖춘 충분히 강한 저속-.
빠른 응답 기능과 강력한{0}}간섭 방지 기능.
서보 시스템의 유형 제어 원리에 따라 세 가지 형태의 개방-루프, 폐쇄-루프 및 반-폐쇄-루프가 있습니다.
제어할 양의 특성에 따라: 변위, 속도, 힘, 토크 및 기타 형태의 서보 시스템
구동 모드에 따라 전기, 유압 및 공압 서보 드라이브 형태가 있습니다.
실행 요소에 따르면 스테퍼 모터 서보, DC 모터 서보 및 AC 모터 서보 형식이 있습니다.
서보 시스템 액추에이터
1, 액츄에이터의 종류와 특성
(1) 전기 액츄에이터
전동 액츄에이터에는 직류(DC) 서보 모터, 교류(AC) 서보 모터, 스테핑 모터, 솔레노이드 등이 있으며 가장 일반적으로 사용되는 액츄에이터입니다. 서보 모터는 가장 일반적으로 사용되는 액추에이터입니다. 원활한 작동 요구 사항 외에도 일반적으로 자주 사용하고 유지 관리가 용이한 우수한 동적 성능이 필요합니다.
(2) 유압 액츄에이터
유압 액츄에이터에는 주로 왕복 실린더, 회전 실린더, 유압 모터 등이 포함되며 그 중 실린더가 가장 일반적입니다. 동일한 출력 전력의 경우 유압 구성 요소는 가볍고 속도가 좋습니다.
(3) 공압식 액츄에이터
작동 매체로 사용되는 압축 공기 외에 공압식 액추에이터와 유압식 액추에이터도 다르지 않습니다. 공압 드라이브는 더 큰 구동력, 스트로크 및 속도를 얻을 수 있지만 공기의 점도, 압축성이 낮기 때문에 높은 경우의 위치 정확도 요구 사항에 사용할 수 없습니다.
세 가지 유형의 차이점
| 유형 | 특이성 | 우세 | 단점 |
| 공압식 | 사용 가능한 상용 전원; 신호는 전력과 같은 방향으로 전송됩니다. AC와 DC에는 차이가 있습니다. 사용되는 전압과 전력에 주의하십시오. | 작동하기 쉽습니다. 프로그래밍하기 쉬움; 위치 지정 서보 제어를 실현할 수 있습니다. 빠른 응답, 컴퓨터(CPU)와의 연결 용이; 작은 크기, 높은 전력, 오염 없음. | 높은 순간 출력 전력; 과부하 불량; 일단 걸리면 화상 사고가 발생할 수 있습니다. 외부 소음의 영향을 받습니다. |
| 영적인 | 가스압력원 압력 5~7×Mpa; 숙련된 작업자가 필요합니다. | 편리한 가스 소스, 저렴한 비용; 환경을 오염시키는 누출이 없습니다. 빠르고 작동하기 쉽습니다. | 작은 전력, 큰 크기, 소형화가 어렵습니다. 움직임이 부드럽지 않고 장거리 전송이 어렵습니다. 높은 소음; 봉사하기가 어렵습니다. |
| 유압 | 액체 압력 소스 압력 20~80×Mpa; 숙련된 작업자가 필요합니다. | 높은 출력 전력, 빠른 속도, 부드러운 움직임, 위치 지정 서보 제어를 실현할 수 있습니다. 컴퓨터(CPU)와 연결하기 쉽습니다. | 장비의 소형화가 어렵습니다. 유압원 및 유압 오일 요구 사항은 엄격합니다. 누출이 발생하고 환경을 오염시키기 쉽습니다. |
2. 일반적으로 사용되는 제어 모터
제어 모터는 전기 서보 제어 시스템의 전력 구성 요소입니다. 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치입니다. 메카트로닉 제품에 일반적으로 사용되는 제어 모터는 올바른 움직임이나 보다 복잡한 동작을 제공할 수 있는 서보 모터입니다.
제어용으로는 회전형과 선형형 구동모터가 있으며 전압, 전류, 주파수(지령펄스 포함)로 제어하여 고정-속도, 가변-시동과 정지를 반복하는 증분형 구동, 복잡한 구동을 실현하며 구동의 정밀도는 구동대상에 따라 달라집니다.
(1) 서보 구동 모터는 일반적으로 스테핑 모터(Stepping Motor), 직류 서보 모터(DC Servo Motor), AC 서보 모터(AC Servo Motor)를 말합니다.
(2) 일반적으로 사용되는 서보 제어 모터 제어 방법은 다음과 같습니다: 개방-루프 제어, 반-폐쇄-루프 제어, 폐쇄-루프 제어 3.
위치(또는 속도) 피드백 링크가 있는 폐쇄{0}}루프 구동 시스템; 개방-루프 시스템에는 위치 및 속도 피드백 링크가 없습니다.
a, 개방형-루프 CNC 시스템에는 위치 측정 장치가 없고 신호 흐름이 단방향(CNC 장치 → 피드 시스템)이므로 시스템 안정성이 좋습니다.
위치 피드백이 없으면 폐쇄{0}}루프 시스템에 비해 정확도가 높지 않으며 그 정확도는 주로 서보 드라이브 시스템과 기계적 전달 메커니즘의 성능과 정확도에 따라 달라집니다. 일반적으로 파워 스테핑 모터를 서보 구동 요소로 사용합니다.
이러한 종류의 시스템은 간단한 구조, 안정적인 작업, 쉬운 디버깅, 간단한 유지 관리, 저렴한 가격 등의 장점을 가지며 정밀도 및 속도 요구 사항이 높지 않고 구동 토크가 크지 않은 경우 널리 사용됩니다. 일반적으로 경제적인 CNC 공작 기계에 사용됩니다.
b, 세미-폐쇄-루프 CNC 시스템 세미{2}}폐쇄-루프 CNC 시스템 위치 샘플링 지점은 그림과 같이 드라이브(일반적으로 사용되는 서보 모터) 또는 나사 리드에서 샘플링 회전 각도 감지이며 움직이는 부품의 실제 위치를 직접 감지하지 않습니다.
세미-폐쇄 루프는 소수의 기계적 전송 링크를 포함하지 않거나 포함하므로 안정적인 제어 성능을 얻을 수 있으며, 시스템 안정성은 개방 루프 시스템만큼 좋지는 않지만 폐쇄 루프보다 좋습니다. 나사의 피치 오류와 기어 간격으로 인한 동작 오류로 인해 제거가 어렵습니다. 따라서 정확도는 폐쇄 루프보다 낮고 개방 루프보다 좋습니다. 그러나 이러한 오류는 보상될 수 있으므로 여전히 만족스러운 정확도를 얻을 수 있습니다.
반-폐쇄-루프 CNC 시스템 구조는 간단하고 디버그가 용이하며 정밀도가 높아 현대 CNC 공작 기계에 널리 사용됩니다.
c, 완전 폐쇄-루프 수치 제어 시스템 완전 폐쇄-점선 그림에 표시된 루프 수치 제어 시스템 위치 샘플링 지점은 움직이는 부품 감지의 실제 위치에 직접 위치합니다.
이론적으로 이는 전체 드라이브 및 전송 링크의 오류, 간극 및 동작 손실을 제거할 수 있습니다. 위치 제어 정확도가 높습니다. 위치 루프 내 많은 기계식 변속기 링크의 마찰 특성, 강성 및 간격이 비선형이기 때문에 시스템 불안정을 일으키기 쉽고 폐쇄{2}}루프 시스템의 설계, 설치 및 시운전을 매우 어렵게 만듭니다.
이 시스템은 주로 보링 및 밀링 기계, 초{0}}초정밀 선반, 초정밀 연삭 기계 및 고정밀 요구 사항이 있는 대형 CNC 공작 기계에 사용됩니다.
로봇용 서보 시스템
일반적으로 로봇 서보 시스템이란 다축 모션 제어에 사용되는 정밀 서보 시스템을 의미합니다.- 다-축 모션 제어 시스템은 상위-레벨 모션 컨트롤러와 하위-서보 드라이브로 구성됩니다. 모션 컨트롤러는 모션 제어 명령 디코딩, 다양한 위치 제어 축의 상대 모션, 가속 및 감속 윤곽 제어 등을 담당하며 주요 역할은 전체 시스템 모션 제어 경로 오류를 줄이는 것입니다. 서보 드라이브는 서보 모터의 위치 제어를 담당하며 주요 역할은 추적 오류의 서보 축을 줄이는 것입니다. 서보 드라이브는 서보 모터 위치 제어를 담당하며 주요 역할은 서보 축 추종 오류를 줄이는 것입니다.
로봇 서보 시스템은 서보 모터, 서보 드라이브, 세 가지 주요 구성 요소의 명령 메커니즘으로 구성됩니다. 서보 모터는 액추에이터이며 움직임을 실현하기 위해 이에 의존하고 서보 드라이브는 서보 모터 전원 공급 장치이며 명령 메커니즘은 펄스를 보내거나 서보 드라이브와 협력하여 제대로 작동하는 데 사용되는 속도를 제공하는 것입니다.
로봇의 서보 모터 요구 사항은 다른 두 부분보다 높습니다. 우선, 서보모터는 빠른 응답성이 요구됩니다. 명령 신호에서 모터가 작동 상태에 필요한 명령을 완료하는 데 걸리는 시간은 짧아야 합니다. 명령 신호에 대한 응답 시간이 짧을수록 전기 서보 시스템의 감도가 높을수록 빠른 응답 성능이 향상됩니다. 일반적으로 서보 모터 크기의 서보 모터 전기 기계 시상수는 빠른 응답 성능을 나타냅니다. 둘째, 서보모터의 기동 토크 관성비가 커야 합니다. 구동 부하의 경우 로봇의 서보모터에는 큰 시동 토크와 작은 관성 모멘트가 필요합니다. 마지막으로, 서보 모터는 제어 특성의 연속성과 선형성을 가져야 하며, 제어 신호의 변화에 따라 모터의 속도가 지속적으로 변경될 수 있으며 때로는 속도도 제어 신호에 비례하거나 대략적으로 비례해야 합니다.
물론 로봇의 체형에 맞추기 위해서는 서보 모터의 크기도 작고, 질량도 작아야 하며, 축 치수도 짧아야 합니다. 또한 가혹한 작동 조건에도 견딜 수 있고 매우 빈번한 정방향 및 역방향 작동과 가속 및 감속 작동이 가능하며 단시간에 여러 배의 과부하를 견딜 수 있습니다.
서보 드라이브는 토크와 힘을 생성하는 데 사용할 수 있는 서보 모터로, 로봇 본체를 직접 또는 간접적으로 구동하여 다양한 로봇 모션 액츄에이터를 얻습니다. 높은 토크 관성 모멘트, 브러시 및 정류 스파크 없음 및 기타 장점이 로봇에서 더 널리 사용됩니다.