工业机器人除了数量在增长外,其应用范围也在不断扩大。电机电源决定机器人优劣在国家政策和人工智能的双重助力下,机器人产业在国内可谓是风生水起。
一个机器人包括两个主要部分:机器人的身体和某种形式的人工智能(artificial intelligence,AI)系统。很多不同的身体部分都可以叫做机器人。关节手臂被用于焊接和上漆;起重机和传送带系统在工厂中运送零件;巨型机器人机器搬运矿井深处的泥土。一般说来,机器人有趣的一个方面是它们的行为,这需要一种形式的智能。机器人简单的行为是移动。很多种电动机向机器人提供能源,让它们用不同的编程动作搬运材料、零件、工具或专用设备。电动机的效率等级表明多少消耗的电量转化成机械能。让我们看看现代机器人技术中目前被使用的一些机械设备。
直流电机: 永久磁铁,直流(Permanent-magnet,direct-current,PMDC)电机只需要两根导线,使用固定磁铁、电磁铁(定子和转子)和开关。这些组成一个换向器来通过旋转的磁场产生运动。
交流电机 交流电机在输入导线循环能源,连续地运动磁场。直流电机和交流电机在收到一个信号时会全速运转。
步进电机 步进电机就像没有电刷的直流或交流电机。它通过按顺序(步进地)向电动机中不同的磁铁提供能源使其运转。步进电机设计的目的是更好的控制,
伺服电动机 伺服电动机是闭合线圈设备。在收到信号时,它可以自我调整直到与该信号匹配。伺服电动机用于无线电控制的飞机和汽车。它是有传动装置和反馈控制系统的简单的直流电动机。
机器人中有两个主要的硬件平台。非调节电压、电力和反电动势峰的机械平台以及干净电源和5伏信号的电子平台。这两个平台需要顺序桥接,目的是让数字逻辑控制机械系统。经典的组件是桥式继电器。一个控制信号在继电器的线圈产生磁场,物理地闭合开关。例如MOSFET,它是高效率的硅开关,有很多种规格,象晶体管一样可以作为固态继电器控制机械系统。
另一方面,更大的机器人可能需要PMDC电动机,这样MOSFET的“接通”电阻Rd(on)会导致芯片热量的极大散发,从而显著地降低芯片的发热温度。MOSFET 中结点的温度、MOSFET 封装和散热片的传导系数是 PMDC 电动机的其它重要的特征。
晶体管广义地分为两种:双极结晶体管(bipolar junction transistors,BJT)和场效应晶体管(field-effect transistors,FET)。在 BJT 器件中,基极小的电流调节发射极和接收极之间大得多的电流。在 FET 器件中,栅极电场的存在会调节源极和漏极之间的电流。