机器人驱动器有多重要？看完这篇你就知道了

别看波士顿动力机器人，平时上蹿下跳，还会上空翻，比精神小伙还精神。

波士顿动力的跑酷机器人

但只要离开了它，就只能瘫坐在地。

这个东西，就是肌肉。

不对，是这个「肌肉」。

驱动器，是驱动机器人动力机构完成动作的控制器，也是机器人本体硬件的四大核心部件之一。如果把连杆和关节想象为机器人的骨骼，那么驱动器就起着肌肉的作用。

根据动力源的不同，驱动器分为「电机驱动器」「液压驱动器」和「气动驱动器」三大类。但在机器人界，一般是「电机驱动器」在独领风骚。

驱动器为何如此重要？

这还得从电机控制系统说起。

电机控制系统

机器人在运动时，通常需要控制它的扭矩、速度和位置。而这些，全都靠电机控制系统来实现。

一个电机控制系统，包含了电机、MCU、驱动电路、信号调理电路四大硬件。广义上，除电机以外的部分，都属于电机驱动器。

并且电机也要在驱动器的配合下，才能真正动起来。没有了驱动器，电机分分钟罢工，机器人也只能摆烂。

3种常用的电机驱动器

电机驱动器和电机强相关，根据电机工作过程和特性的不同，电机驱动器控制电机的实现方式也各不相同。

比如，机器人电动机大多使用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机这三种，常用的机器人驱动器就是步进电机驱动器、直流伺服电动机驱动器以及同步式交流伺服电动机驱动器。

现在市面上的工业机器人，基本上采用伺服驱动器，伺服驱动器也因此和伺服电机合称为机器人伺服系统。

其中，直流伺服电动机驱动器调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强。

同步式交流伺服电动机驱动器则有着转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优势。

 

而小型或简易型的机器人，对过载能力、调速范围，以及低速运动时的平衡性要求不高，多采用步进电动机驱动系统。

 

在过去，驱动器与电动机关系一一对应，一个电动机就需要一个驱动器。

随着驱动技术日渐成熟，驱动器由单轴控制向多轴控制发展，两者的关系也不再「单纯」，一个驱动器可同时控制多个电动机。

国产电机驱动器崛起

长期以来，日系和欧美品牌盘踞国内驱动器市场，扮演着「老大哥」的角色。

西门子、罗克韦尔、贝加莱、ABB等欧美品牌的驱动器，过载能力强、动态性能好、电磁兼容性好。日本松下、安川电机、发那科等品牌的驱动器体积小、重量轻、价格便宜。

在两座大山的压制下，国内驱动器厂商的生存空间十分有限。

好在近些年数控技术普及，国内驱动器产品已实现国外产品所具备的基本功能，完全能够满足工业机器人的需求，同时还有着更低的销售价格，驱动器的国产化进程正在加快。

据MIR数据统计，2021年国内伺服系统市场前五大供应商分别为汇川、安川、松下、三菱、西门子。

资料来源：MIR，兴业证券经济与金融研究院整理

国产品牌汇川以16.3%的市场份额排在首位，台达、禾川、埃斯顿等国产品牌也挤进了前十。

可尽管如此，我们也不得不承认，国产驱动器起步晚，在速度、响应、精度方面，与国外知名驱动器品牌还存在着明显差距。

但有「肌肉」可秀，已经是巨大的进步。接下来，就要看驱动器厂商们怎么「练」了。

部分图片来源于网络

参考资料：
[1]「多失效模式下工业机器人驱动器可靠性分析与优化」电子科技大学机械工程，王弘毅，2020.
[2]「机器人学导论——分析、控制及应用（第二版）」电子工业出版社，2021.