若說(shuō)當(dāng)下什么話題最熱門(mén)，機(jī)器人絕對(duì)算一個(gè)。機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化技術(shù)密集型產(chǎn)品，它是如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)作的？據(jù)小編了解，機(jī)器人的控制分為機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制兩大類，伺服控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制的重要部分。因而要了解機(jī)器人的運(yùn)作過(guò)程，必然繞不過(guò)伺服系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

通常情況下，我們所說(shuō)的機(jī)器人伺服系統(tǒng)是指應(yīng)用于多軸運(yùn)動(dòng)控制的精密伺服系統(tǒng)。一個(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由高階運(yùn)動(dòng)控制器與低階伺服驅(qū)動(dòng)器所組成，運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制命令譯碼、各個(gè)位置控制軸彼此間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、加減速輪廓控制等等，其主要作用在于降低整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的路徑誤差;伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的位置控制，其主要作用在于降低伺服軸的追隨誤差。

下圖展示的是一個(gè)雙軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化控制方塊圖，在一般的情況下X-軸與Y-軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性會(huì)有相當(dāng)大的差異，在高速輪廓控制時(shí)會(huì)造成明顯的誤差，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器以整體考慮的觀點(diǎn)來(lái)解決這個(gè)題目。

伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就是靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的功率電源，指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動(dòng)器正常工作的。

機(jī)器人對(duì)伺服電機(jī)的要求比其它兩個(gè)部分都高。首先要求伺服電機(jī)具有快速響應(yīng)性。電機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)的大小來(lái)說(shuō)明伺服電機(jī)快速響應(yīng)的性能。其次，伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比要大。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。最后，伺服電機(jī)要具有控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號(hào)的變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)成正比或近似成正比。

當(dāng)然，為了配合機(jī)器人的體形，伺服電機(jī)必須體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。還要經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受數(shù)倍過(guò)載。

伺服驅(qū)動(dòng)器是可利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人中應(yīng)用比較廣泛。

隨著伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，用戶對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的要求也越來(lái)越高?？偟膩?lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下幾個(gè)方面：

集成化：伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來(lái)越多地采用開(kāi)關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動(dòng)、過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊之中，構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化顯著地縮小了整個(gè)控制系統(tǒng)的體積。

智能化：伺服系統(tǒng)的智能化表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)都可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式由軟件來(lái)設(shè)置;它們都具有故障自診斷與分析功能;參數(shù)自整定的功能等。帶有自整定功能的伺服單元可以通過(guò)幾次試運(yùn)行，自動(dòng)將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來(lái)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化。

網(wǎng)絡(luò)化：伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

簡(jiǎn)易化：這里所說(shuō)的“簡(jiǎn)”不是簡(jiǎn)單而是精簡(jiǎn)，是根據(jù)用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強(qiáng)化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡(jiǎn)，從而降低了伺服系統(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益。

機(jī)器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而精密伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進(jìn)性比較的首要因素。國(guó)外先進(jìn)伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應(yīng)絕大多數(shù)應(yīng)用的需求，其研發(fā)資源集中在個(gè)別高端應(yīng)用及整體性能提升方面，處于精雕細(xì)刻階段。而國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品很多連基本要求都尚未達(dá)到，所以國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)仍由國(guó)外企業(yè)占據(jù)大半壁江山，國(guó)產(chǎn)伺服任重而道遠(yuǎn)，還需努力追趕。