對工業(yè)機器人關節(jié)驅動的步進電機，要求有最大功率質量比和扭矩慣量比、高起動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器(手爪)應采用體積、質量盡可能小的步進電機，尤其是要求快速響應時，伺服步進電機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服步進電機在工業(yè)機器人中應用的先決條件。

　　一、機器人對關節(jié)驅動電機的主要要求

　　1、快速性，伺服步進電機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應短。響應指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服步進電機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電動機快速響應的性能。

　　2、起動轉矩慣量比大，在驅動負載的情況下，要求機器人的伺服步進電機的起動轉矩大，轉動慣量小。

　　3、控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，步進電機的轉速能連續(xù)變化，有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。

　　4、調速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調速范圍。

　　5、體積小、質量小、軸向尺寸短。

　　6、能經受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內承受過載。

　　目前，由于高起動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服步進電機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N(相當100kgf)以下的工業(yè)機器人大多采用步進電機伺服驅動系統(tǒng)。所采用的關節(jié)驅動步進電機主要是AC伺服步進電機和DC伺服步進電機。其中，交流伺服電機、直流伺服電機直接驅動，均采用位置閉環(huán)控制，一般應用于高精度、高速度的機器人驅動系統(tǒng)中。步進電機驅動系統(tǒng)多適用于對精度、速度要求不高的小型簡易機器人開環(huán)系統(tǒng)中。交流伺服電機由于采用電子換向，無換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關節(jié)驅動電動機的功率范圍一般為0.1～10kW。工業(yè)機器人驅動系統(tǒng)中所采用的電動機。

　　二、電機大致可細分為以下幾種

　　1、交流伺服電機

　　包括同步型交流伺服電動機及反應式步進電動機等。

　　2、直流伺服電機

　　包括小慣量永磁直流伺服電動機、印制繞組直流伺服電動機、大慣量永磁直流伺服電動機、空心杯電樞直流伺服電動機。

　　3、步進電機

　　包括永磁感應步進電機。速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉變壓器;位置傳感器多用光電碼盤和旋轉變壓器。近年來，國外機器人制造廠家已經在使用一種集光電碼盤及旋轉變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動機可與位置及速度檢測器、制動器、減速機構組成伺服電動機驅動單元。機器人驅動系統(tǒng)要求傳動系統(tǒng)間隙小、剛度大、輸出扭矩高以及減速比大。

　　三、常用的驅動器控制

　　1、直流伺服電機驅動器

　　直流伺服電動機驅動器多采用脈寬調制(PWM)伺服驅動器，通過改變脈沖寬度來改變加在電動機電樞兩端的平均電壓，從而改變電動機的轉速。

　　PWM伺服驅動器具有調速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過載能力強等特點，在工業(yè)機器人中常作為直流伺服電動機驅動器。

　　2、同步式交流伺服電機驅動器

　　同直流伺服電機驅動系統(tǒng)相比，同步式交流伺服電機驅動器具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。同步式交流伺服電機驅動器通常采用電流型脈寬調制(PWM)相逆變器和具有電流環(huán)為內環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對三相永磁同步伺服電機的電流控制。根據其工作原理、驅動電流波形和控制方式的不同，它又可分為兩種伺服系統(tǒng)：(1)矩形波電流驅動的永磁交流伺服系統(tǒng)。(2)正弦波電流驅動的永磁交流伺服系統(tǒng)。采用矩形波電流驅動的永磁交流伺服電動機稱為無刷直流伺服電動機，采用正弦波電流驅動的永磁交流伺服電動機稱為無刷交流伺服電動機。

　　3、步進電機驅動器

　　步進電機是將電脈沖信號變換為相應的角位移或直線位移的元件，它的角位移和線位移量與脈沖數(shù)成正比。轉速或線速度與脈沖頻率成正比。在負載能力的范圍內，這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累，步進電動機驅動系統(tǒng)可以在較寬的范圍內，通過改變脈沖頻率來調速，實現(xiàn)快速起動、正反轉制動。作為一種開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，在小型機器人中得到較廣泛的應用。但由于其存在過載能力差、調速范圍相對較小、低速運動有脈動、不平衡等缺點，一般只應用于小型或簡易型機器人中。

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