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对于工业机器人关节驱动的电机，要求具有* * *高的功率质量比和转矩惯性比，高的起动转矩，低的惯性，宽而平滑的调速范围。特别是对于机器人末端执行器(手爪)，应该使用体积和质量尽可能小的电机。特别是当要求快速响应时，伺服电机必须具有高可靠性和稳定性，并具有较大的短期过载能力。这是伺服电机应用于工业机器人的先决条件。
一、机器人对关节驱动电机的主要要求
1.快速。从获得指令信号到完成电机所需工作状态的时间应该很短。对指令信号的响应时间越短，电动伺服系统的灵敏度越高，快速响应性能越好。通常，伺服电机的机电时间常数用于说明伺服电机的快速响应性能。
2.起动转矩与惯性的比值很大。驱动负载时，要求机器人的伺服电机具有较大的起动转矩和较小的转动惯量。
3.控制特性的连续性和线性。随着控制信号的变化，电机的速度可以连续变化，有时速度与控制信号成正比或近似成正比。
4.调速范围宽，可在1: 1000 ~ 10000的调速范围内使用。
5.体积小，质量轻，轴向尺寸短。
6、能承受恶劣的工作条件。
可频繁正反向运行，加速减速，短时间内可承受过载。
目前，工业机器人广泛采用高起动转矩、大转矩、低惯量的交流和DC伺服电机，一般负载小于1000N(相当于100kgf)的工业机器人大多采用电动伺服驱动系统。采用的关节驱动电机主要有交流伺服电机、步进电机和DC伺服电机。其中，交流伺服电机、DC伺服电机、直接驱动电机(DD)均采用位置闭环控制，一般用于高精度、高速的机器人驱动系统。步进电机驱动系统大多适用于对精度和速度要求不高的小型简单机器人开环系统。交流伺服电机因其电子换向、无换向火花而广泛应用于易燃易爆环境。机器人驱动电机的功率范围一般为0.1 ~ 10 kW。
二、机器人驱动系统中使用的电机
工业机器人驱动系统中使用的电机可大致分为以下类型:
1.交流伺服电机，包括同步交流伺服电机和反应式步进电机等。
2.DC伺服电机，包括小惯量永磁DC伺服电机、印刷绕组DC伺服电机、大惯量永磁DC伺服电机和空心杯电枢DC伺服电机。
3.步进电机，包括永磁感应步进电机。
速度传感器大多使用测速发电机和旋转变压器；位置传感器主要是光电编码器和旋转变压器。近年来，国外机器人制造商一直在使用一种集成了光电编码器和旋转变压器功能的混合式光电位置传感器。伺服电机可与位置和速度检测器、制动和减速机构组成伺服电机驱动单元。
机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚性高、输出扭矩大、减速比大。
三、常用的减速机构
工业机器人常用电机驱动系统的分类和要求
工业机器人电动伺服系统的一般结构是三闭环控制，即电流环、速度环和位置环。
目前国外很多电机厂商都开发了适用于交流伺服电机的驱动产品，用户根据自己的功能侧重点选择不同的伺服控制方式。一般交流伺服驱动器可以通过手动设置其内部功能参数来实现其功能。
四。驱动器的类型
1.DC伺服电机驱动器。大多数DC伺服电机驱动器使用脉宽调制(PWM)伺服驱动器。通过改变脉冲宽度，电动机电枢两端的平均电压被改变，从而改变电动机的速度。PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，常用作工业机器人中的DC伺服电机驱动器。
2.同步交流伺服电机驱动器。与DC伺服电机驱动系统相比，同步交流伺服电机驱动器具有高力矩惯量比、无电刷和换向火花等优点，广泛应用于工业机器人中。
同步交流伺服电机驱动器通常采用电流型PWM逆变器和电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统来实现三相永磁同步伺服电机的电流控制。根据其工作原理、驱动电流波形和控制方式的不同，可分为两种伺服系统:(1)矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统。(2)正弦波电流驱动的永磁交流伺服系统。
矩形波电流驱动的永磁交流伺服电机称为无刷DC伺服电机，正弦波电流驱动的永磁交流伺服电机称为无刷交流伺服电机。
3.步进电机驱动器。步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的元件。它的角位移和线位移与脉冲数成正比。或者线速度与脉冲频率成正比。在负载能力范围内，这些关系不会因电源电压、负载大小和环境条件的波动而改变，误差不会长期积累。步进电机驱动系统可以通过大范围改变脉冲频率来调节速度，从而实现快速启动和正反制动。作为一种开环数字控制系统，广泛应用于小型机器人。但由于其过载能力差、速度范围相对较小、低速运动时有脉动和不平衡等缺点，一般只用于小型或简单的机器人。
4.直驱，所谓直驱(DD)系统，是指电机与其驱动的负载直接耦合，中间没有任何减速机构。
与传统的电机伺服驱动相比，DD驱动减少了减速机构，从而减少了减速机构在系统传动过程中产生的间隙和松动，大大提高了机器人的精度，也减少了减速机构的摩擦和传动力矩脉动导致的机器人控制精度的降低。DD驱动具有上述优点，因此具有良好的机械刚性，可以高速、高精度地运动，并且具有零部件少、结构简单、易于维护、可靠性高等特点，在高精度、高速工业机器人的应用中越来越受到重视。
作为DD驱动技术的关键环节，DD电机及其驱动器是其中的关键环节。应具备以下特点:(1)输出扭矩大:是传统驱动方式下伺服电机输出扭矩的50 ~ 100倍。(2)转矩脉动小:DD电机的转矩脉动可以抑制在输出转矩的5% ~ 10%以内。(3)效率:与阻抗匹配合理的电机(传统驱动模式下)相比，DD电机工作在功率转换较差的条件下。所以负载越大，越倾向于选择更大的电机。
目前DD电机主要分为变磁阻型和变磁阻混合型，有以下两种结构类型:(1)双定子结构和变磁阻型的DD电机；(2)具有中心定子结构的可变磁阻混合DD电机。
5.特殊驱动
(1)压电致动器众所周知，利用压电元件的电致伸缩现象，已经制造出应变式加速度传感器和超声波传感器。压电驱动器可以利用电场将几微米到几百微米的位移控制到微米级以上的力，所以压电驱动器一般用于特殊用途的微机器人系统中。
(2)超声波电机
(3)真空电机，用于在超净环境下工作的真空机器人，如搬运半导体晶片的超真空机器人等。
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