自动化资源特性运动控制
综合汽车101

伺服控制系统用于许多需要位置、速度和扭矩控制的工业应用。在每个系统的核心是一个伺服电机和驱动器以及连接两者的电缆。

传统上，机器制造商和机器人设计师在放置伺服驱动器和控制器以及连接所有系统组件的电缆布线上投入了大量时间。集成伺服电机通过将伺服电机与板载驱动和控制器结合在一起提供了节省空间的解决方案，这消除了将电机电源和反馈电缆连接到外部电机控制器的需要(见图1)。

这种“集成组件”提供了更大的设计灵活性，并腾出空间来容纳其他关键组件，如材料处理机构、传感器、额外的运动轴和操作界面组件。集成电机还减少了将外部驱动和电缆安装到控制面板或在机器人外壳的有限空间内的复杂性。

集成电机将下列部件整合在一个组件内:

• 无刷伺服电机
• 编码器
• 驱动/控制器
• 连接器提供对数字和模拟输入和输出的访问
• 用于直流电源的连接器，通常为24或48 VDC
• 用于编程、配置和工业网络的通信连接器

不需要电缆或线束(见图2)，集成电机也简化了材料清单，并使设计周期比传统运动控制系统与单独的电机和驱动组件更快。机器设计师可以更少地关注控制器布局和布线，而更多地关注非电机系统组件，以实现更快的迭代。

集成电机的优点

集成电机-包括集成伺服电机和集成步进电机-提供了几个优点，超过传统的，非集成电机:

• 减少组件数量:集成电机消除了外部驱动电子器件的需要。
• 减少电缆数量:消除电机电源和反馈电缆，减少机器内电缆的总数。用于连接直流电源、通信和I/O到集成电机的更小直径的电缆更容易布线，需要的空间更少。
• 更小的控制面板:消除外部驱动器减少了控制面板的尺寸，甚至在某些情况下对它们的需要。
• 节省空间：减少运动控制轴释放空间所需的空间量，以适应​​其他关键部件，如材料处理机制，传感器或操作员接口组件。
• 产品选择和应用:集成电机消除了驱动器和电缆要求的混淆，简化了系统配置。
• 性能：使用集成电电机时，用户可以从相同尺寸的电机获得相同的扭矩和速度性能。

集成电机的应用

集成伺服和步进电机适用于高速自动化应用，包括自动化测试和测量，自动化装配，包装和贴标机械，移动机器人等。以下是一些从转换到集成电机中受益的实际应用。

1.用智能输送机移动纸箱

应用程序:智能运输系统是用于de-palletizing、排序、扣带回、调整和纸箱在多个方向转移到下游的过程。处理纸箱横向移动的专门执行机构由步进电机驱动。一个电机每个机构，长输送机可以有多达100个电机在一个单一的安装。

解决方案：具有内置编码器的集成步进电机增强了致动器的定位能力，同时减少了空间。集成电机的使用大大降低了控制面板的尺寸和数量。节省成本从运动控制部件的减少导致，特别是当乘以每件安装的轴数时。

2.实验室样品检测设备

应用程序:自动化样品测试设备允许根据预先编程的参数对一批实验室样品进行测试。样品装入机架系统后，XYZ取放机构将每个样品插入一个测试箱，然后在测试完成后取回每个样品。实验室技术人员可以加载机器并给它编程，然后让它自动运行。

解决方案：集成闭环步进电机提供安静和平稳的运行与大扭矩。通过消除对单独驱动器的需要，集成电机节省了空间，并减少了机器的整体尺寸，以更好地适应试验室的有限空间。采用集成电机节省空间，使数据采集和测试组件安装在机器更容易。

3.移动机器人的牵引力和转向

应用程序:自动导向车辆(AGV)和移动机器人越来越多地用于物料搬运和仓库管理。移动机器人将完成的工作从一个地区运送到另一个地区，消除了对体力劳动的需要。电动机驱动前进(牵引驱动)和转向，并为物料搬运轴提供动力(提升、输送、转向、取样、旋转)。

解决方案：集成伺服电机为牵引驱动和转向轴提供了峰值扭矩和高速，同时消除了组件，并在移动机器人外壳内释放了宝贵的空间。将伺服电机和控制器组合成一个单一的集成包，就无需在移动机器人的身体内部安装外部电机控制器。将电机控制器集成到电机外壳中也消除了通常需要将单独的伺服电机连接到其外部控制器的电机电源和反馈电缆的需要。

集成电机不适合每个应用，例如使用大于NEMA 34框架的电机的电机，或者提供超过600瓦的连续电力。对于该范围内的电机要求，您可能会发现集成电机提供设计灵活性和简化的材料。

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Eric Rice是Applied Motion Products公司的营销总监。

这篇文章最初发表于2019年11月/ 12月的问题制造业的自动化。