精密运动控制助力实现自动化

作者：Adam Kimmel

自动化有四个维度：高度、宽度、深度和时间。当设备必须将物体精确地放在一个具体位置时，它需要进行运动控制，即控制位置、速度和加速度。在制造专用产品时，运动控制的精度和可靠性比其他因素都更重要。

当数字信息转化为精确的物理运动时，以前不可行的应用突然变得有可能实现。这进一步加强了工业4.0在高级机器人、物联网 (IoT) 和工业物联网 (IIoT)、电池供电的医疗设备、增材制造和假肢等应用领域的推广。 这些应用中的每一项都要求制造设备具有很高的控制精度。因此，对于这些应用来说，将数字信息转化为物理运动并准确放置零件，需要的不仅仅是将数据传输到运动控制系统中。

在下文中，我们将讨论精密运动控制，介绍医疗和工业自动化应用需求，并重点推荐每个领域的高性能Trinamic产品。

精密运动控制

精密运动控制使用步进电机来引导有源机器组件的放置。 开环系统使用步进电机将电控信号转换为轴的精确旋转位置。对于更高精度的应用，工程师们加入一项检查功能来测量轴的位置。测量设备将尺寸数据发回给控制器，与设定值进行比较，支持进行差异校正。这种双向通信被称为闭环。

数控加工是受益于先进精密运动控制的最知名应用之一，但其实3D打印和桌面制造也受益于更精准的控制。将信息反馈给控制器的检测设备、拣放机和自动化装配线是受益于高精度运动控制的另外三个领域。

有了精确的运动控制，实验室的运转更加顺畅，仓库的工作效率也有了大幅提升。同时，这种运动控制还降低了因低效率导致的产品成本，包括：

· 热损和功耗
· 谐振
· 可闻噪声
· 无传感器的诊断
· 电池寿命

Trinamic运动控制架构由多个功能块组成。电机控制器（或运动控制器）通过选定的接口，以规定的协议接收命令。这些命令被转化为电机控制和驱动部件的信号。为了便于集成到应用的固件中，代码以Trinamic的格式或C语言导出。请继续阅读，了解Triminic适用于医疗和工业自动化应用的产品。

高精度应用

Trinamic开发的产品解决了医疗和工业自动化的性能问题。

医疗

医疗设备，如泵和眼科设备，需要在低速时精确控制。从组织分析到血液离心和液体处理的各种应用为解决低速、最小振动下的精确性提供了机会。Trinamic技术提供的电流回路是近乎完美的正弦波，用于解决过度振动问题。这些平滑的曲线限制了会影响公差的振动。电机中的电流转换效率低下会导致组件的温度上升，引起系统故障或自动关闭事件。此外，调整加速曲线可以让系统操作人员提高精度，使机器组件的运动更加顺滑。

下面推荐了几款适用于医疗应用的Trinamic产品：

组织分析：TMCM-3110（3轴，用于无传感器的负载相关电流控制）（图1）
血液离心：TMCM-1636（单轴，用于3相BLDC电机）
液体处理：TMCM-6110（6轴，用于无传感器的负载相关电流控制）。

图1：TMCM-3110是一个三轴步进电机控制器/驱动器模块，用于无传感器的负载相关电流控制。（图源：贸泽电子）

确保精确、低速、平稳运行是医疗设备自动化中运动控制的关键。从复杂芯片到智能电机的一系列解决方案，Trinamic的运动控制解决方案可定制，并且可以灵活应用于医疗领域。

工业

生产效率和产能推动了工业应用的产品开发。随着运动控制的改进，Trinamic的高级诊断和互连驱动器帮助实现了智能工厂。现在的技术已足够强大，可以用于独立的应用，也可以用于网络。通过制作各个模块，系统设计人员可以根据他们的需求量身定制高效的解决方案。

3D打印、机器人和工厂自动化是三个需要精密自动化的应用。适合这些应用的Trinamic产品包括：

3D打印：TMC2209（用于2相步进电机的超静音电机驱动集成电路）
机器人：TMC5160（大功率步进电机控制器）（图2）
工厂自动化：TMC262(集成步进电机）

图2：TMC5160结合了用于自动目标定位的灵活斜坡发生器与业界先进的步进电机驱动器。（图源：贸泽电子）

上述产品解决了工业应用的重大挑战。3D打印是出了名的噪声大，会干扰作业点附近其他的活动。TMC2209实现了平滑的正弦波，支持以更高的尺寸精度安静地制造零件。TMC5160也同样柔软，能快速生产高精度的机器人组件。它具有很高的集成度和可扩展性，可以最大限度地提高作业效率以推动产能，不浪费能源和时间。TMC262可以驱动40mA的栅极电流，是实验室和工厂自动化应用的理想选择。

结语

精密控制改变了两个关键的宏观行业 - 医疗和工业自动化。精确的运动控制是这两个行业的助推器。它可以改善抗振性能、能源效率、噪音和运动的平稳性，并显著降低自动化运动的公差，以提高其精度。

工业自动化正在推动工业4.0的发展，将智能制造技术引入市场。增加精密运动控制可以解放3D打印、数控加工、拣放机、检验、品控、测试设备、自动化装配线和传送带以及协作机器人的生产力。为了帮助工厂的供应链和运营，自动导引车 (AGV) 和自主移动机器人 (AMR) 提高了生产力，加快了产品上市速度，已经实现了接近准时的产品流状态。