在機(jī)器人系統(tǒng)中，為何不能直接用伺服電機(jī)控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，而需要加減速機(jī)？
首先要明確工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的工況：
? ?1. 需要撐住后端機(jī)構(gòu)由于重力產(chǎn)生的扭矩
? ?2. 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速不高
那么使用減速機(jī)的原因有兩點(diǎn)，第一提升扭矩，第二提控制分辨率和閉環(huán)精度
打個(gè)比方，一個(gè)50:1的諧波減速機(jī)就能輕松將一個(gè)額定100mNm的電機(jī)的額定扭矩提升到5Nm，代價(jià)是：
? ?1.?轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比直驅(qū)高49倍——本來(lái)工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速就不高一般都是每秒一兩轉(zhuǎn)，額定100mNm的電機(jī)輕松跑6k轉(zhuǎn)/min，白不轉(zhuǎn)那么快。要是嫌轉(zhuǎn)的不夠快??好說(shuō)，提電壓?jiǎn)h，只要軸承和轉(zhuǎn)子撐得住。
? ?2.?重量提高到原來(lái)3倍——舉個(gè)例子?maxon?EC45最厚的那個(gè)電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩83mNm,110g，maxon?EC90，額定轉(zhuǎn)矩560mNm,?600g。可以腦補(bǔ)一下額定5Nm的電機(jī)重量是多少倍...
? ?3.?維持相同扭矩時(shí)，發(fā)熱功率是不加減速機(jī)的1/2500.?其實(shí)不是說(shuō)額定100mNm的電機(jī)干不到5Nm，往死里提電流就好了，就是電機(jī)會(huì)比較燙撐不了幾秒就得冒煙就算上了水冷電費(fèi)也會(huì)比較多...?要想達(dá)到相同扭矩又不想太燙就得換?扭矩/發(fā)熱?效率高且熱阻小熱容量大的電機(jī)那么又回到2.所說(shuō)的問(wèn)題了...
還有好處是：
? ?1.?一個(gè)普通5k線的光電碼盤(pán)就能實(shí)現(xiàn)1.44mdeg的角度分辨率。當(dāng)然如果你錢(qián)多上正余弦編碼器使勁細(xì)分也可以。?或者是一個(gè)5相1000步的步進(jìn)電機(jī)可以做到7.2mdeg的分辨率?(沒(méi)錯(cuò)我說(shuō)的就是東方電機(jī)的33步進(jìn)+50:1的諧波)。分辨率高的好處是轉(zhuǎn)速控制可以更精確，由于量化造成的階躍產(chǎn)生的高頻分量變得很小，控制更加平滑。
? ?2.?由于有個(gè)50:1的大的減速比，減速機(jī)出軸受到擾動(dòng)傳遞到電機(jī)端就比直驅(qū)縮減了37dB，使得閉環(huán)精度在減速機(jī)出軸顯得更高。同時(shí)轉(zhuǎn)子等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量提高到了2500倍，使得控制環(huán)路的滯后環(huán)節(jié)受轉(zhuǎn)子慣量占主導(dǎo)，而轉(zhuǎn)子由于直接受電磁力的驅(qū)動(dòng)從而沒(méi)有由于剛度造成的扭矩滯后，比直驅(qū)要好控。
當(dāng)然缺點(diǎn)還是有的，有了減速機(jī)而編碼器裝在電機(jī)端的話減速機(jī)的制造精度會(huì)影響實(shí)際精度，多級(jí)減速機(jī)里的齒隙油膜厚度變化什么的經(jīng)過(guò)多級(jí)放大還會(huì)造成重復(fù)精度的下降，還有減速機(jī)畢竟有齒輪嚙合或是柔輪變形，有壽命限制。
總之工業(yè)機(jī)器人上用減速機(jī)就是用電機(jī)容易達(dá)到的高轉(zhuǎn)速換取電機(jī)不易做到的高扭矩和低質(zhì)量。
