隨著工業(yè)機(jī)器人在航空制造領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸深入，一些不足也開始呈現(xiàn)出來(lái)，例如作業(yè)規(guī)劃和干涉碰撞檢測(cè)的自動(dòng)化程度低、定位標(biāo)定和離線編程等生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)作業(yè)柔性和可拓展性考慮不足導(dǎo)致設(shè)備利用率不高等，在航空產(chǎn)品單件小批生產(chǎn)模式下有時(shí)無(wú)法體現(xiàn)出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

因此，未來(lái)航空制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人需要更好地適應(yīng)單件、小批生產(chǎn)模式下多變的任務(wù)需求、復(fù)雜的場(chǎng)地環(huán)境，提高定位及運(yùn)動(dòng)精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高設(shè)備利用率等，真正發(fā)揮出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。下列技術(shù)將成為共性的關(guān)鍵使能技術(shù)。

一、高精度測(cè)量定位技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度高而定位精度低，無(wú)法滿足飛機(jī)數(shù)字化裝配中定位精度要求，因此需要高精度測(cè)量裝置引導(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的伺服控制。I/O板 A16B-1210-0950目前來(lái)看，大范圍測(cè)量主要使用激光跟蹤儀和iGPS 等，局部測(cè)量中單目視覺、雙目視覺、手眼視覺、激光測(cè)距傳感器等各有所長(zhǎng)，在某些特殊場(chǎng)合下，聲覺、力覺傳感器也有用武之地。可以預(yù)見的是，多傳感器信息融合技術(shù)必將得到進(jìn)一步發(fā)展。

二、末端精度補(bǔ)償技術(shù)

機(jī)器人末端精度受運(yùn)動(dòng)學(xué)插補(bǔ)、機(jī)器人負(fù)載、剛度、機(jī)械間隙、dao具磨損、熱效應(yīng)等多種因素的影響，因此除了采用高精度的測(cè)量?jī)x器外，建立定位誤差模型和補(bǔ)償算法也是提高定位精度的重要手段。為此，需要對(duì)機(jī)器人的關(guān)節(jié)剛度、位置誤差、溫度引起的變形等進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，獲得誤差模型或誤差矩陣，進(jìn)而通過精度補(bǔ)償算法對(duì)末端執(zhí)行器的定位提供伺服修正。

三、智能規(guī)劃技術(shù)

機(jī)器人是自動(dòng)化的載體，無(wú)論是鉆孔、噴涂、焊接、切割、裝配還是涂膠、點(diǎn)膠，zui終都依靠機(jī)器人末端嚴(yán)格按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)完成作業(yè)，因此軌跡規(guī)劃的結(jié)果直接影響機(jī)器人的工作效能和效率，而軌跡規(guī)劃的效率和自動(dòng)化程度則直接影響生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在對(duì)工藝深入了解的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、機(jī)器人軌跡優(yōu)化、自動(dòng)干涉校驗(yàn)、工藝參數(shù)與過程優(yōu)化是一個(gè)重要的研究方向。

為了提高機(jī)器人的智能化程度，諸如專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化計(jì)算、群計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法將被大量引入，而圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、自然語(yǔ)言理解等技術(shù)也會(huì)被廣泛應(yīng)用于增加、改良人機(jī)交互方式。此外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，資源共享、知識(shí)共享、數(shù)據(jù)挖掘等理念為提高機(jī)器人的分析、決策和協(xié)作能力提供了新的思路。

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簡(jiǎn)化電流控制創(chuàng)造*FOC效能

直流馬達(dá)控制很簡(jiǎn)單，因?yàn)槠渌惺芸氐牧慷际欠€(wěn)定狀態(tài)的直流電(DC)值，而且電流相位/角度受機(jī)械換向器的控制；但在PMSM領(lǐng)域中，要如何才能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制技術(shù)？

二、DC值/角度控制

首先，須知道轉(zhuǎn)子的位置，其常常與A相有關(guān)。我們可使用位置感測(cè)器(如解析器)或相對(duì)位置感測(cè)器(如編碼器)，并處理所謂的「對(duì)齊」。對(duì)齊過程中， 將轉(zhuǎn)子與A相軸線對(duì)齊，如此一來(lái)A相軸線與直軸(勵(lì)磁分量所在軸)就對(duì)齊。在這種狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子位置設(shè)為0；亦即，構(gòu)建靜態(tài)電壓向量，令所需的電壓在d軸， 位置設(shè)為0，這導(dǎo)致定子磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子，并將直軸與A相軸線對(duì)齊。三相量可通過Clarke變換轉(zhuǎn)換成等效的二相量。接著，再透過Park變換將兩相靜止參 照系中的量轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，這期間要用到轉(zhuǎn)子位置。

轉(zhuǎn)子的電氣位置是轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置再乘以極對(duì)數(shù)pp。經(jīng)過一系列控制之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在馬達(dá)端子上生成三相交流電壓，因此所需/生成電壓的直流值應(yīng)當(dāng)通過反Park/Clarke變換進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

三、幅值控制

所有變數(shù)現(xiàn)在都是直流值，可以輕松控制，但是要如何控制它們的幅值呢？對(duì)于幅值控制，建議使用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的PI控制器，且可以像直流馬達(dá)那樣控制許多狀態(tài)量，如相電流(扭矩環(huán))、轉(zhuǎn)速和位置。

四、FOC步驟

首先，須測(cè)量馬達(dá)的相電流，并使用Clarke變換將它們轉(zhuǎn)換為兩相系統(tǒng)，及計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角；接著，再使用Park變換將定子電流轉(zhuǎn)換為d、q坐標(biāo)系統(tǒng) 上；此時(shí)，定子電流扭矩(isq)分量和磁通量(isd)生成分量由控制器單獨(dú)控制；zui后，透過逆向Park變換，輸出定子電壓空間向量從d、q坐標(biāo)系轉(zhuǎn) 換回兩相靜止坐標(biāo)系，并使用空間向量調(diào)制，生成三相輸出電壓。

五、無(wú)感測(cè)器控制

設(shè)計(jì)人員需要轉(zhuǎn)子的位置資訊，才能高效地控制永磁同步馬達(dá)，然而在一些應(yīng)用中于傳動(dòng)軸上安裝轉(zhuǎn)子位置感測(cè)器，會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的耐用性和可靠性。因此，設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)不是使用這個(gè)機(jī)械感測(cè)器直接測(cè)量位置，而是利用一些間接的技術(shù)估算轉(zhuǎn)子位置。

低速時(shí)，須高頻率注入或開環(huán)啟動(dòng)(效率不高)等特殊技術(shù)來(lái)啟動(dòng)馬達(dá)并使之達(dá)到某一個(gè)轉(zhuǎn)速，在這個(gè)轉(zhuǎn)速下對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器來(lái)說，反電動(dòng)勢(shì)已足夠。通常，5%的基本速度足以使無(wú)感測(cè)器模式正常運(yùn)行。

中/高速時(shí)，使用d/q參照系中的反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器。內(nèi)部脈寬調(diào)變(PWM)頻率和控制環(huán)路頻率必需夠高，才能獲得合理數(shù)量的相電流和直流母線電壓的樣 本。反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器的計(jì)算要求乘累加、除法、正弦/余弦(sin/cos)、開方等數(shù)學(xué)計(jì)算，適合使用基于安謀(ARM)內(nèi)核的KinetisMCU 或PowerArchitecture系列的數(shù)位訊號(hào)控制器(DSC)。

六、弱磁控制

超過馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速的作業(yè)要求，PWM逆變器提供的輸出電壓高于直流母線電壓所限制的 輸出能力。要克服速度限制，可實(shí)施弱磁演算法。負(fù)的d軸給定電流將提高速度范圍，但由于定子電流的限制，可得到的zui大扭矩會(huì)相對(duì)地降低。在同樣的直流母線 電壓限制下，控制d軸電流可以起到弱化轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的效果，這降低了反電動(dòng)勢(shì)電壓，允許更高的定子電流流入馬達(dá)。

七、PMSM/MCU相輔相成提升工業(yè)機(jī)器人自由度

機(jī)器人已開始在工廠自動(dòng)化處理中發(fā)揮著重要作用，其代替工人進(jìn)行焊接、涂裝、裝配等可藉由機(jī)器人達(dá)到更經(jīng)濟(jì)、快速和準(zhǔn)確完成標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)作業(yè)。以下將從馬達(dá)控制角度介紹系統(tǒng)描述和需求。

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