面對嚴峻的生產效率提高需求，產業用機械人的發展對策是什麽?

可實現“小型化”和“高速化”的馬達難覓蹤影

A公司是一家以研發和製造工業機器人而聞名的工業設備製造商。近年來，製造業在成本和品質方面面臨激烈的競爭，迫切需要進一步提高生產線的效率。 A公司也不例外，用戶對工業機器人性能的要求日益提高，給開發者帶來了巨大的壓力。
A公司開發部設計組Y組組長這樣說。

「結構類似於人的手臂的6軸垂直多關節機械人被水平多關節 (標量) 機械人廣泛用作人類替代工作的最合理的裝置。本公司也長期從事開發和制造。但是，追求更高競爭優勢的用戶越來越多地要求在高速化、小型化和輕薄化方面進一步提高，說實話，很難再進行進一步的改進。」

另外，提高生產線效率的重要條件——“縮短生產周期”的需求，加劇了開發難度。要想提高機械人的動作速度，就需要高輸出功率的馬達，一般來說，高輸出功率的馬達重量會增大。如果用於手腕機構，則主體旋轉軸等基本軸上的慣性力矩增大，速度無法提高。如果加大機身旋轉軸馬達的尺寸，安裝面積就會增大，無法實現小型化。另外，如果高速化，機械臂的拐角旋轉也會變得睏難，為了保持軌跡精度，就不得不減速。你能對速度變化做出反應嗎...。

用現在的控制係統，要進一步縮短整定時間很睏難...

更讓Y先生煩惱的是整定時間的縮短。提高速度的話，剛性低的手臂前端部分容易產生振動。即使馬達停止，作為手柄部分的末端執行器也不一定停止。我們知道，減小振動是縮短迴圈時間的一個必不可少的因素。但是，「為了不給控制係統增加負擔，我們對所有的結構進行了改進，但現有的控制係統無論如何都無法進一步抑制振動。」(Y)

「現在的控制係統很難再滿足用戶的要求。」，這是開發人員的共識。但是，Y先生並沒有袖手旁觀。希望通過從根本上改進產品，滿足用戶的需求。作為一名技術人員，這是一種真實的感覺。

「小而有力!」利用業界最小/高轉速馬達，實現更高的速度。

Y 先生的轉折點出現在他與一位工程師熟人介紹給他的山洋電氣銷售代表交談時。我對「我們成功開發出業界最小*伺服電機，比傳統產品小30%」的資訊非常感興趣。 Y先生立即開始使用示範機進行測試，並重點介紹了此伺服系統中包含的各種減振控制技術。
*截至 2006 年 9 月。根據我們的研究。

「與原產品相比，不僅實現了30%的小型化，而且瞬時最大扭矩和最高轉速均得到了提高。它非常適合我們公司的機械人。無需加大馬達尺寸即可實現高速化。隨著重量的減小，機械人的構造可以從根本上進行改進，從而實現小型化和薄型化。對已經停止的機械人性能演變的可能性的期望增加了。」

另外，利用從以前的13bit (8,192分割) 提高到17bit (131,072分割) 的高解析度編碼器，可以微小地檢出停止時的位置偏差，軌跡精度和位置重復精度的大幅提高，這一點也是重點。

同時提高定位精度和高速化，縮短生產周期!

Y先生接下來驗證了縮短整定時間。在這一點上，伺服放大器配備了高級減振控制功能，比如可有效抑制手臂前端振動的“前饋減振控制”，以及可將其他軸的影響降至最低的“幹擾觀測器”等。

採用高級算法的該伺服係統在高速化方面也無可挑剔，成功地將定位時的整定時間減少了一半。這樣，就開拓出了一條可同時實現密切相關的小型化和高速化、縮短生產周期的道路。

「筆者曾預測，由於扭矩增大，安裝面積肯定會增大，但令人吃驚的是，能夠改進機械臂的結構，使整個機械人更緊湊。如果在高速化的基礎上再提高減振性，就能實現機械人生產效率最大化、占地面積減小的協同效應。」(Y先生)

伺服馬達的進化提高了機械人的性能

徹底驗證了這一點後，Y先生開始試用這款「AC伺服系統SANMOTION R」開發新型6軸垂直多關節機器人。結果，我們成功打造了一台完全滿足使用者需求的樣機。

伺服馬達的發展為機器人性能的提高做出了巨大貢獻。最後，Y先生總結如下：
「近年來，生產現場變得極其多樣化和複雜，我相信未來工業機器人將需要進一步提高其精度和性能。這次試驗是極大貼近用戶需求的一步。我們目前正在致力於確定未來大規模生產的要求。
在環境快速變化的製造業中，這是透過解決提高生產線效率這一最重要問題來拓展工業機器人可能性的一個很好的例子。

發布日期：2019-01-01 00:00