机器人用直驱永磁电机研究与发展综述
抵特决机摇2018年第46卷第7期
机器人用直驱永磁电机研究与发展综述
郭有权1，司纪凯1，刘群坡1，李应生2,曹文平3
(1.河南理工大学，焦作454003;2.郑州润华智能设备有限公司，郑州450001;
3.阿斯顿大学，伯明翰B47ET，UK)
摘要:直驱永磁电机以其直接驱动负载、低损耗、高力矩密度和高控制精度等优越性能，成为机器人直驱系统的重要设备之一。介绍了机器人用各类直驱永磁电机的拓扑结构、工作原理以及国内外的研究现状，剖析了直驱永磁电机的设计分析方法、控制技术以及分析了各自优缺点，展望了机器人直驱式永磁电机未来的研究发展趋势。
关键词:直驱永磁电机;径向磁通永磁电机;轴向磁通永磁电机;横向磁通永磁电机;拓扑结构;设计分析方法
中图分类号：TM351 文献标志码:A文章编号:1004-7018( 2018) 07-0081-05
An Overview on Developments and Researches of Direct Drive Permanent Magnet Machines for Robots GUO You-quan1，SI Ji-kai1，LIU Qun-pox，LI Ying-sheng2，CAO Wen-ping3
(1. Henan Polytechnic University，Jiaozuo454003，China;
2. Zhengzhou Runhua Intelligent Equipment Co. ，Ltd.，Zhengzhou450001，China；
3.University of Aston,Birmingham B47E T,U K)
Abstract: The direct drive permanent magnet motor is one of the important equipment of the robot direct drive system，which has the merits of direct load，low loss，high torque density，high control accuracy，etc. The basic structures，work-ing principles and research status of different direct drive permanent magnet motors for robots were introduced. The design and analysis methods as well as the control theories were presented and its advantages and disadvantages were also ana-lyzed. The research direction of the robot direct drive type permanent magnet moto in the futurer was discussed.
Key words：direct drive permanent magnet motor；radial flux permanent magnet motor；axial flux permanent magnet motor; transverse flux permanent magnet motor (TFPM) ；topology；design and analysis method
0引言
近来年,随着产业结构的转型与升级，机器人技 术被看作是未来高技术、新兴产业发展的重要方向 之一，已经引起了科学界与学术界的高度重视[1]。直驱永磁电机用作机器人的动力源，具有极大地应 用潜力，也成为了近年来研究的热点之一。为了弥 补传统机器人因减速器而存在传动间隙大、齿轮磨 损、维护频繁、机械噪声和效率低下等缺陷，研究人 员提出了具有效率高、损耗低控制精度高和安装维 护方便等优势的机器人用直驱永磁电机，优化了传 动系统，显著提升了机器人的系统性能。
直驱永磁电机直接驱动负载，提高了机器人工 作效率等性能，但也有新问题随之产生。机器人驱 动系统中的各种扰动直接作用到电机上，直驱永磁 电机对转矩波动、电机参数和负载转矩变化的敏感 性增强，从而影响传动和定位的准确性。对于系统 控制，机器人运行系统中的不利因素将直接作用到
收稿日期:2017-03-23
基金项目：国家自然科学基金项目（111361109,51777060);河南省自然科学基金项目（162300410117);河南理工大学创新团队(T2015-2)负载上，系统控制变得更加困难，还可能出现谐振现 象。低速时，直驱永磁电机作用在机器人负载上的
不利影响将被放大,显得尤为突出，比如磁阻效应、
齿槽效应、高次谐波脉动等[2]。针对上述问题，如
何提高机器人用直驱永磁电机的性能，国内外学者
对此做出了大量的研究工作。在直驱永磁电机的设
计中，为了获得低速大转矩等特性，电机必须采用粗
短的电枢结构和多极化;在电机性能优化上,采用分
数槽绕组、极/槽数配合、斜极和斜槽等方法减小磁
动势谐波含量、电机振动、齿槽转矩和径向力的脉 动;在直驱永磁电机磁场解析上，主要有等效磁路 法、磁网络法、解析法和数值解析法，以及由电磁场
解析法衍生出的方法;在控制方面上，提出矢量控 制、直接转矩控制和智能控制等控制技术。
文献[3 ]分析了机器人结构模型，得到直驱式
永磁电机的输人参数;对比西门子电机的技术指标
和外形尺寸，采用场路结合法对电机进行磁路设计
分析，不断地优化永磁体形状和减小齿槽转矩，提高
直驱永磁电机的性能。文献[4]针对电机使用的特
殊环境，设计了一种直驱低速大转矩的永磁同步电 机，采用有限元法对电机进行仿真和优化，验证了该
郭
有
权
，
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工业机器人发展现状与趋势
工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
血管机器人研究现状与关键技术问题分析
Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2018, 7(6), 462-472 Published Online December 2018 in Hans. https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,/journal/met https://https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,/10.12677/met.2018.76057 Research Status and Key Technology Analysis of Vascular Robots Zhijian Zeng1, Yabo Deng1, Yongcong Huang1, Juan Xiong2, Zhongwei Hu1,3 1College of Mechanical and Electrical Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian 2Huaqiao University Hospital, Xiamen Fujian 3Institute of Manufacturing Engineering, Huaqiao University, Xiamen Fujian Received: Nov. 16th, 2018; accepted: Dec. 4th, 2018; published: Dec. 11th, 2018 Abstract In recent years, vascular robot technology has developed rapidly and gradually used in medical fields such as disease diagnosis, information collection, vascular dredge, drug delivery, etc. Ac-cording to different driving modes of vascular robots, the structure and driving modes of mi-cro-nano-scale and millimeter-scale vascular robots are analyzed in this paper. The principle and research status of different driving modes of vascular robots are summarized, including peristaltic driving, bionic swimming, bionic flagella driving, spiral driving and so on. The characteristics of various structures of current vascular robots are discussed, and the key technologies and devel-opment prospects of vascular robots are analyzed. Keywords Blood Vessel Robot, Driving Mode, Nano-Robot, MEMS Robot 血管机器人研究现状与关键技术问题分析 曾志坚1，邓亚博1，黄永聪1，熊娟2，胡中伟1,3 1华侨大学机电及自动化学院，福建厦门 2华侨大学校医院，福建厦门 3华侨大学制造工程研究院，福建厦门 收稿日期：2018年11月16日；录用日期：2018年12月4日；发布日期：2018年12月11日
工业机器人发展现状及趋势
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人的发展现状 1.1发展概述 我国的工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变。促进了我国制造业、勘探等行业的发展。但随着我国门户的逐渐开放．国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击。虽然我国机器人的需求量逐年增加，但目前生产的机器人还很难达到所要求的质量．很多机器人的关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型的同家。 现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专业从事机器人产业开发的企业有50家以上。在众多专家的建议和规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程的开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目的支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产的特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1.2机器人分类 随着科学技术的不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代：第一代是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现的控制方法，可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动，然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
机器人研究现状及发展趋势
机器人发展历史、现状、应用、及发展 趋势 院系：信息工程学院 专业：电子信息工程 姓名：王炳乾
机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势 摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。 关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。 保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。 现代机器人 有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。
定子永磁型无刷电机综述
Overview of Stator-Permanent Magnet Brushless Machines Ming Cheng,Senior Member,IEEE,Wei Hua,Member,IEEE,Jianzhong Zhang,Member,IEEE,and Wenxiang Zhao,Member,IEEE Abstract—Permanent magnet(PM)brushless machines having magnets and windings in stator(the so-called stator-PM machines) have attracted more and more attention in the past decade due to its de?nite advantages of robust structure,high power density, high ef?ciency,etc.In this paper,an overview of the stator-PM ma-chine is presented,with particular emphasis on concepts,opera-tion principles,machine topologies,electromagnetic performance, and control strategies.Both brushless ac and dc operation modes are described.The key features of the machines,including the mer-its and drawbacks of the machines,are summarized.Moreover,the latest development of the machines is also discussed. Index Terms—Doubly salient,?ux reversal,?ux switching, overview,stator-permanent magnet(PM). I.I NTRODUCTION W ITH THE signi?cant achievements of permanent mag-net(PM)materials and power electronic devices,brush-less machines excited by PMs are developing dramatically. Generally speaking,there are a total of four types of PM machines which have magnets located on the rotor,and they are the following:1)surface mounted;2)inset;3)radial interior; and4)circumferential interior.It should be emphasized that all of the PM machines mentioned have magnets located on the rotor,and they are referred to as“rotor-PM machines”in this paper,which predominate in the industry applications due to outstanding advantages[1],[2].However,magnets usually need to be protected from the centrifugal force by employing a retaining sleeve,which is made of either stainless steel or nonmetallic?ber.Rotor temperature rise may be a problem due to poor thermal dissipation,which may cause irreversible demagnetization of magnets and may ultimately limit the power density of the machine.Recently,in contrast,a new type of PM Manuscript received March21,2010;revised June28,2010,October1, 2010,and December21,2010;accepted February16,2011.Date of publication March7,2011;date of current version September7,2011.This work was supported in part by NSFC under Projects59507001,50377004,50337030, 50729702,50807007,60974060,and50907031;by the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China under Projects 20050286020,200802861038,and20090092110034;by the High Tech Re-search Program of Jiangsu Province,China,under Project BG2005035;and by the Aeronautical Science Foundation of China under Projects20080769007and 20100769004. M.Cheng,W.Hua,and J.Zhang are with the School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing210096,China(e-mail:mcheng@ https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,;huawei1978@https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,;seuzjz@https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,). W.Zhao is with the School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University,Zhenjiang212013,China(e-mail:zwx@https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,). Color versions of one or more of the?gures in this paper are available online at https://www.360docs.net/doc/e310123645.html,. Digital Object Identi?er 10.1109/TIE.2011.2123853 Fig.1.Stator-PM alternator in1955[3]. machine having magnets on the stator,nominated as stator-PM machines,has re-emerged and has been developed,which can overcome the problems suffered by the rotor-PM counterparts. The purpose of this paper is to give an overview of the stator-PM machines.Thus,the state-of-the art technology of the stator-PM machines,including machine topologies,opera- tion principles,characteristics,control strategies,torque ripple minimization,and latest developments will be reviewed and discussed. II.C ONCEPTS OF S TATOR-PM M ACHINES The idea of stator-PM machines can be traced back to1955 when Rauch and Johnson proposed probably the?rst stator- PM topology,as shown in Fig.1[3],in which both the stator tooth and rotor poles are salient so as to transfer the?uxes created by the stator magnets from the stator to the rotor across the air gap when the rotor poles face the stator teeth. Thus,the polarities of the?ux linked in the coils in the stator reverse as the rotor aligns the alternative pair of stator teeth. However,due to the limitation of the magnet property at that time,the stator-PM machines were overwhelmed by wound- ?eld excitation machines,e.g.,synchronous and dc machines. Another origin of the stator-PM machine can be found from the well-known Law’s relay actuator shown in Fig.2[4].In addition,the doubly salient structure employed in electrical machines can also originate from an induction-type generator, as shown in Fig.3[5],in which the stator assembly is a set of pieces arranged in a cylinder laminated iron,with the armature windings wound.The special geometry allows the variation of the magnet?ux that is linked into the“C”-shaped stator pole pieces to induce electromotive force(EMF). 0278-0046/$26.00?2011IEEE
国内外机器人发展现状及发展动向
国外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这
生物机器人综述
科技写作 学院（系）：医疗器械与食品学院 年级专业：生物医学工程 学生姓名：朱安阳 学号： 152631974 指导教师：袁敏
摘要 20世纪60年代以来，随着仿生技术、控制技术和制造技术进一步发展，现代仿生学和机器人科学相结合，在机器人的结构仿生、材料仿生、功能仿生、控制仿生以及群体仿生等多个方面取得了大量可喜成果和积极进展。然而，伴随着人类医疗诊断、探索太空、建设航天站、开发海洋、军事作战与反恐侦察等任务和需求的增加，人们对机器人的性能也提出了更高的要求，于是生物机器人应运而生。 生物机器人就是完完全全和我们人类一样，用有生命的材料构成的而不是用金属材料构成的机器人。它们是利用自然界中的动物作为运动本体的机器人，通过把微电极植入与动物运动相关的脑核团或者方向感受区，并施加人工模拟的神经电信号，从而达到控制动物运动，利用动物特长代替人类完成人所不能和人所不敢的特殊任务。 与传统的仿生机器人相比，生物机器人在能源供给、运动灵活性、隐蔽性、机动性和适应性方面具有更明显的优势，可以广泛应用在海洋开发、探索太空、反恐侦查、危险环境搜救以及狭小空间检测等各方面。近年来对生物运动规律和动物机器人的研究受到更多的重视。本文主要对对国内外生物机器人的研制工作做了综述，并介绍其应用前景及对其未来发展进行了展望。 关键词：生物机器人；运动诱导；神经控制；研究现状；发展方向
1.课题的研究现状 自20世纪90年代开始，生物机器人的研究历史仅有短短的10年，然而这短短十年又是生物机器人研究成果丰硕的十年，各国科研人员都相继开展了动物机器人的研究工作，尤其是美国，日本等科技发达国家，它们的研究成果代表着这一领域的最高水平，国在这一领域的研究尚在起步阶段，但也已有了不俗的进展。 1.1 国外的研究现状 在国外，美国、日本以及欧盟较早地开始了纳米生物机器人的研究。纳米生物机器人的组件可以是单个的原子或分子，但利用自然界存在的、具有一定结构和功能的原子团或分子的集合分子功能器件组装纳米机器人，更加高效和现实可行，即按照分子仿生学原理，利用大量存在的天然分子功能器件设计、组装纳米生物机器人。美国 2000年开始了国家纳米技术计划，国家卫生研究院(NIH)和国家癌症研究所(NIC)于2002年开展了DNA分子马达的研究。NASA高级概念研究院(NIAC)和Rutgers大学在2002年提出了纳米生物机器人研究50年发展规划；2002年日本Osaka大学启动了生命科学前沿研究计划，其中包括 ATP马达的研究；欧盟2002年正式推出了研究纳米技术的第6框架计划，其中纳米生物技术的研究重点为生物分子或复合物的处理、操纵和探测。 图 1-1 昆虫机器人
机器人发展现状及未来趋势
机器人发展现状及未来趋势
一、机器人现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便 于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年 的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服 电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块 用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品 问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且 采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维 修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等 传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传 感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配 置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于 过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中 的感觉来操纵机器人。
6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可
永磁同步电动机及控制策略综述
永磁同步电动机及控制策略综述 点击数：401 王毅兰，徐艳平 西安理工大学自动化学院电气工程系，陕西西安710048 摘要综述了永磁同步电动机的发展，阐释了永磁同步电动机的控制策略，提出了最新进展与研究热点，展望了永磁同步电机的应用前景。 关键字永磁同步电动机；控制策略；综述 Overviews of Permanent Magnet Synchronous Motor and Its Control Strategies WANG Yilan，XU Yanping Xi’an University of Technology，Xi'an Shaanxi 710048 China Abstract The development of permanent magnet synchronous is overviewed，the control strategies of permanent magnet synchronous is introduced，the applied foreground of permanent magnet synchronous is prospected. Keywords permanent magnet synchronous motor(PMSM)；control strategies；overviews
材料技术的发展，特别是稀土永磁材料，磁性复合材料的出现，加之我国拥有—铁—硼)的储量，使得永磁电机活跃在各个工业生产中。永磁同步电机（PM 的电机，具有转子转动惯量小、效率高、功率密度大、可靠性高的优点，因此例如在数控机床等场合，永磁同步电动机正在逐步取代直流电机和感应电机。，明显地减小了体积，减轻了重量，降低了损耗，避免了电机发热，从而提高效果。 MSM 运动控制系统中，它比异步电动机更便于实现磁场定向控制，可以获得特性，使控制系统具有十分优良的动、静态特性。 机的种类和基本结构 ，永磁同步电机分凸装式、嵌入式和内埋式三种基本形式，如图1 所示，前两种阻与交轴磁阻相等，因此交、直轴电感相等，即Ld=Lq，表现为隐极性质；另，因此Ld 纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。 图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成 机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业，是拟建的江苏省(常州)工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心，推进着未来机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展，机器人技术在工业生产领域得到了广泛的应用，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一，机器人技术具有前瞻性、先导性的特点，对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。 目前，相关领域的技术突破，从根本上为提升机器人技术的学术研究提供了必要的支持，为机器人的应用范围拓宽了道路，已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活，一场新的机器人技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。 目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人(如：排爆机器人、医疗机器人等)的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的BigDog 军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的 机器人的发展历史及未来发展趋势 【摘要】随着科技的发展，机器人在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用。机器人也已不是仅仅在科幻小说和科幻电影里出现，在很多领域里我们都可以看到机器人 的身影。我们相信，随着科学技术的不断发展，在不远的将来，机器人会变得更加普遍。同时，它们所具有的功能也会越来越多。 接下来，本文将具体介绍机器人的发展历史，同时也会根据科技的最新发展分析 机器人未来的发展趋势。 【关键词】机器人发展历史发展趋势 一、机器人的定义 机器人是在怎样的情况下产生的？ 机器人形象和机器人一词，最早出现在科幻和文学作品中。1920年，一名捷克作家发表了一部名为《罗萨姆的万能机器人》的剧本，剧中叙述了一个叫罗萨姆的公司 把机器人作为人类生产的工业品推向市场，让它充当劳动力代替人类劳动的故事。作 者根据小说中Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik(波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。 那机器人的定义到底是什么呢？ 在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，机器人问世已有几十年，但对机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的意见。原因之一是机器 人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人 的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的 想像和创造空间。 在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，人们提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象；另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人： 1．具有脑、手、脚等三要素的个体； 2．具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器； 稀土永磁电机发展综述 发布日期：2012-10-12 浏览次数：691 核心提示：1引言电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法 1 引言 电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生，既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电机和同步电机；另一种是由永磁体来产生磁场，既可简化电机结构，又可节约能量，这就是永磁电机。 2 永磁电机的发展概况 永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相关。我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于实践的国家，两千多年前，我国利用永磁材料的磁特性制成了指南针，在航海、军事等领域发挥了巨大的作用，成为我国古代四大发明之一。 19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但当时所用的永磁材料是天然磁铁矿石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的电机体积庞大，不久被电励磁电机所取代。 随着各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料的机理、构成和制造技术进行了深入研究，相继发现了碳钢、钨钢（最大磁能积约2.7 kJ/m3）、钴钢（最大磁能积约7.2 kJ/m3）等多种永磁材料。特别是20世纪30年代出现的铝镍钴永磁（最大磁能积可达85 kJ/m3）和50年代出现的铁氧体永磁（最大磁能积现可达40 kJ/m3），磁性能有了很大提高，各种微型和小型电机又纷纷使用永磁体励磁。永磁电机的功率小至数毫瓦，大至几十千瓦，在军事、工农业生产和日常生活中得到广泛应用，产量急剧增加。相应地，这段时期在永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术等方面也都取得了突破性进展，形成了以永磁体工作图图解法为代表的一套分析研究方法。 但是，铝镍钴永磁的矫顽力偏低（36～160 kA/m），铁氧体永磁的剩磁密度不高（0. 2～0.44 T），限制了它们在电机中的应用范围。一直到20世纪60年代和80年代，稀土钴永磁和钕铁硼永磁（二者统称稀土永磁）相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机，从而使永磁电机的发展进入一个新的历史时期。 稀土永磁材料的发展大致分为三个阶段。1967年美国K.J.Strnat教授发现的钐钴永磁为第一代稀土永磁，其化学式可表示成RCo5，简称1:5型稀土永磁，产品的最大磁能积超过199 kJ/m3(25MG·Oe)。1973年又出现了磁性能更好的第二代稀土永磁，其化学式为R2Co17，，简称2:17型稀土永磁，产品的最大磁能积达到258.6 kJ/m3(32. 5MG·Oe)。1983年日本住友特种金属公司和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼（NdFeB）永磁，称为第三代稀土永磁。由于钕铁硼永磁的磁性能高于其他永磁材料，价格又低于稀土钴永磁材料，在稀土矿中钕的含量是钐的十几倍，而且不含战略物质——钴，因而引起了国内外磁学界和电机界的极大关注，纷纷投入大量人力物力进行研究开发。目前正在研究新的更高性能的永磁材料，如钐铁氮永磁、纳米复合稀土永磁等，希望能有新的更大的突破。 与此相对应，稀土永磁电机的研究和开发大致可以分成三个阶段。纳米材料综述要点
现阶段国内外机器人产业发展现状分析
机器人发展历史及未来发展趋势
稀土永磁电机发展综述