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機器人的核心技術(shù)——電機技術(shù)
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2017/11/16 17:53:00
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 導讀: 機器人的核心零部件技術(shù),核心零部件技術(shù)就是電機技術(shù),也包括電機驅動(dòng)。

  在美國高速電機一些尖端的高速電機我們常常會(huì )用一種材料,這個(gè)材料是鐵箍的合金,歐洲也仿制出來(lái)了。如果要是在美國做這些電機的話(huà),這些電機就可以做小20%,但是我們沒(méi)有這個(gè)材料電機就大20%,這是一個(gè)差距。

  武新章:機器人是制造領(lǐng)域的皇冠,在機器人領(lǐng)域里面核心技術(shù)是關(guān)鍵,什么技術(shù)是核心技術(shù)?控制技術(shù)肯定是核心技術(shù),我們知道機器人入門(mén)的門(mén)檻其實(shí)并不高。即使浙江的一個(gè)小企業(yè)賣(mài)幾臺電機裝配起來(lái),找幾個(gè)老師弄套軟件都可以做一個(gè)機器人。但是如果我們不能掌握核心技術(shù),在競爭當中我們就沒(méi)有辦法取勝,

  核心技術(shù)一個(gè)就是控制技術(shù),比如說(shuō)我們現在要用機器人做一只手,這個(gè)時(shí)候就是很尖端前沿科研,因為手有這么多關(guān)節,這么多自由度。這個(gè)時(shí)候傳統的四軸機器人才四五個(gè)自由度,這個(gè)時(shí)候要控制非常精密就很不容易。所以尖端控制技術(shù),你有這么多自由度,計算量就很大,所以云計算所有一切都非常關(guān)鍵。

  第二,核心的零部件技術(shù),核心零部件技術(shù)就是電機技術(shù),也包括電機驅動(dòng)。我的主要專(zhuān)長(cháng)是電機,過(guò)去兩年我也在做機器人研究。電機里面我們說(shuō)機器人是制造業(yè)皇冠,電機技術(shù)里面皇冠是什么呢?高速電機技術(shù),高速電機技術(shù)是電機技術(shù)里面最核心的。

  電機的體積跟這個(gè)相關(guān)的,這是一個(gè)常數,這項是速度,這個(gè)跟散熱有關(guān),散熱技術(shù)越好,這項就越大,這一項是磁場(chǎng)的密度。就是說(shuō)如果電機功率越大,這個(gè)電機就越大。如果散熱越好,電機就會(huì )越小,如果我們要用好的材料飽和值比較高的話(huà),電機就會(huì )做得比較小。

  在美國高速電機一些尖端的高速電機我們常常會(huì )用一種材料,這個(gè)材料是鐵箍的合金,歐洲也仿制出來(lái)了。如果要是在美國做這些電機的話(huà),這些電機就可以做小20%,但是我們沒(méi)有這個(gè)材料電機就大20%,這是一個(gè)差距。

  這個(gè)公式,這一項是電機速度,電機速度越高,這個(gè)電機就越小。我們在看為什么要用高速電機,電機速度越高電機就越小。高速電機主要是兩方面應用:第一是如果機械負載是高速負載,現在沒(méi)有一只高速電機我怎么去驅動(dòng)負載,我這么做,我用一只低速的電機然后用齒輪箱,這個(gè)齒輪箱是增速的,把速度增上去,然后進(jìn)行機械負載。但是這個(gè)結構非常大,因為這個(gè)電機是低速的電機,所以我可以把整個(gè)這一塊全部代替掉,用高速的電機。所以如果你一有只高速的電機共軸就沒(méi)有問(wèn)題了。

  另外你的負載如果是低速的負載,你原來(lái)有一個(gè)電機,你的電機直接驅動(dòng)了低速的負載,但是你要用非常大的電機驅動(dòng)這個(gè)負載。你要讓它的尺寸降下來(lái),怎么辦?你現在用高速電機或者相對高速電機然后配一個(gè)減速器驅動(dòng)這個(gè)負載。機器人里面就是在這樣用。

  高速電機有一個(gè)很重要的觀(guān)念,就是轉幅外面的速度,這個(gè)速度必須比聲速度要小,我們在設計高速電機的時(shí)候,要讓它小于250米每秒。

  這是我的課題組做的工作,我們現在接到了美國宇航局項目,要設計一個(gè)高速的冰箱,這個(gè)冰箱是給氫氣制冷的。這個(gè)電機需要2千瓦20萬(wàn)轉完成這個(gè)任務(wù)。這部分電機,整個(gè)是完全共軸在一起的,這個(gè)時(shí)候時(shí)間一個(gè)高速電機完成這個(gè)任務(wù)。這是高速電機設計,是2千瓦,20萬(wàn)轉。

  我們還設計過(guò)一只2千瓦,10萬(wàn)電機。為什么要這么高的電機,它真的有用嗎?有用的。我們現在在做掃地機器人,掃地機器人有兩個(gè)難點(diǎn),第一個(gè)掃不干凈,第二它控制不好,因為在家里面走,經(jīng)常有些走不到,或者碰到障礙物不知道該怎么處理,雖然很多掃地機器人很多廠(chǎng)家在賣(mài),但是核心技術(shù)并沒(méi)有解決。

如果用高速電機就可以解決這個(gè)問(wèn)題,我看了一個(gè)錄像,如果你要一只1.5千瓦10萬(wàn)轉電機。然后跟其他廠(chǎng)家比較,它的掃地機器人在桌子上殺人了一些沙子,它的機器人就可以?huà)叩煤芨蓛。如果沒(méi)有高速電機的話(huà),你的掃地機器人就做不好。

  另外我也給美國軍方做過(guò)2.5兆瓦,15000轉,15000轉對2.5兆瓦就是很高的速度了。

  設計高速電機有許多挑戰,首先選擇電機類(lèi)型,常用類(lèi)型有感應的,永磁組的。永磁電機價(jià)錢(qián)要貴,但是效率高貴,體積要比感性電機要小。因為你的轉子上面有磁鐵,所以一旦斷電要很小心,你要設計非常好設計器,不然會(huì )有大的回流過(guò)去,可能你的電池就會(huì )出問(wèn)題,所以永磁電機這一點(diǎn)要考慮。美國軍方不允許發(fā)電機用永磁的就是這個(gè)原因。

  這個(gè)是飛輪存儲系統,這個(gè)系統是抽了真空,是可以超過(guò)300米每秒的。然后也可以用感應電機,感應電機需要想辦法讓containment要低。也可以用磁阻電機,磁阻電機很結實(shí),這種轉子在外面,這個(gè)是192千瓦,13000轉的一只電機。也可以用同步電機,這個(gè)時(shí)候發(fā)電機的結構還是經(jīng)常用,但是用3G,3G雖然多一點(diǎn),但是還是比較不錯的。

  高速電機在設計的時(shí)候,不單單電池設計的問(wèn)題,這個(gè)是整個(gè)設計過(guò)程,它是很復雜的過(guò)程。首先有一個(gè)設計,然后做散熱分析,做復雜的電池分析,要用流體力學(xué)把散熱做出來(lái),整個(gè)綜合設計來(lái)完成。

  導線(xiàn)不是用一個(gè)粗的一根線(xiàn)。這個(gè)是用了Solidwires以后到底有多大差異,你不用這個(gè)的話(huà),它的電流就會(huì )很大。

  下面是軸承,軸承也是非常重要的事情?梢杂脻L珠的軸承,但是滾珠的軸承有很多好的優(yōu)點(diǎn),但是它的速度會(huì )比較低一點(diǎn),另外它的使用因為有磨損的問(wèn)題,還有溫度會(huì )受到限制。

  還有空氣軸承?諝廨S承有很大發(fā)展,但是空氣軸承同樣速度很高,但是空氣軸承也有它的問(wèn)題,因為它還是有接觸,有共軸的問(wèn)題。

  在電機設計的時(shí)候,高速的時(shí)候要考慮軸的半徑,低速不需要做考慮。高速的時(shí)候也需要認真算。高速電機怎么樣做試驗驗證你的設計?這個(gè)時(shí)候不像低速,低速可以把兩只電機掛在一起,可以容易加負載,而且你有機械負載,但是高速電機就要做一個(gè)對子,對子以后共軸,共軸以后才能做,不光是我們這種要,其他高速電機功率很大的時(shí)候也是這樣開(kāi)發(fā)的。

  這個(gè)大家很熟悉,是一個(gè)應用,是一個(gè)六軸的機器人。在機器人領(lǐng)域電機很重要,然后是控制器減速器。我們課題組在研發(fā)打高爾夫的機器人,它一共有6個(gè)自由度,我們現在正在研發(fā)這個(gè)打高爾夫球的設備。

 
 
 
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