若說當下的熱門科技，機器人絕對算一個。機器人作為典型的機電一體化技術(shù)密集型產(chǎn)品，它是如何實現(xiàn)運作的呢？
機器人的控制分為機械本體控制和伺服機構(gòu)控制兩大類，伺服控制系統(tǒng)則是實現(xiàn)機器人機械本體控制和伺服機構(gòu)控制的重要部分。因而要了解機器人的運作過程，必然繞不過伺服系統(tǒng)。
伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)除了可以進行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。
廣義的伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個給定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作隨動系統(tǒng)。
狹義伺服系統(tǒng)又稱位置隨動系統(tǒng)，其被控制量（輸出量）是負載機械空間位置的線位移或角位移，當位置給定量（輸入量）作任意變化時，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而準確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化。
伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。
伺服系統(tǒng)組成原理框圖
1、比較環(huán)節(jié)
比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)。
2、控制器
控制器通常是計算機或PID（比例、積分和微分）控制電路，其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作。
3、執(zhí)行環(huán)節(jié)
執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能，驅(qū)動被控對象工作。機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機或液壓、氣動伺服機構(gòu)等。
4、被控對象
被控對象指被控制的物件，例如一個機械手臂，或是一個機械工作平臺。
5、檢測環(huán)節(jié)
檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。
伺服系統(tǒng)的特點和功用
伺服系統(tǒng)與一般機床的進給系統(tǒng)有本質(zhì)上差別，它能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成，具有以下特點：
必須具備高精度的傳感器，能準確地給出輸出量的電信號。
功率放大器以及控制系統(tǒng)都必須是可逆的。
足夠大的調(diào)速范圍及足夠強的低速帶載性能。
快速的響應(yīng)能力和較強的抗干擾能力。
伺服系統(tǒng)的類型
按控制原理分：有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種形式
按被控制量性質(zhì)分：有位移、速度、力和力矩等伺服系統(tǒng)形式
按驅(qū)動方式分：有電氣、液壓和氣壓等伺服驅(qū)動形式
按執(zhí)行元件分：有步進電機伺服、直流電機伺服和交流電機伺服形式
伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件
1、執(zhí)行元件的種類及其特點
（1）電氣式執(zhí)行元件
電氣執(zhí)行元件包括直流(DC)伺服電機、交流（AC）伺服電機、步進電機以及電磁鐵等，是最常用的執(zhí)行元件。對伺服電機除了要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等。
（2）液壓式執(zhí)行元件
液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達等，其中油缸最為常見。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好等特點。
（3）氣壓式執(zhí)行元件
氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓驅(qū)動雖可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場合使用。
三種類型的區(qū)別
種類
特點
優(yōu)點
缺點
電
氣
式
可用商業(yè)電源；信號與動力傳送方向相同；有交流直流之分；注意使用電壓和功率。
操作簡便；編程容易；能實現(xiàn)定位伺服控制；響應(yīng)快、易與計算機（CPU）連接；體積小、動力大、無污染。
瞬時輸出功率大；過載差；一旦卡死，會引起燒毀事故；受外界噪音影響大。
氣
壓
式
氣體壓力源壓力5~7×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。
氣源方便、成本低；無泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡便。
功率小、體積大、難于小型化；動作不平穩(wěn)、遠距離傳輸困難；噪音大；難于伺服。
液
壓
式
液體壓力源壓力20~80×Mpa；要求操作人員技術(shù)熟練。
輸出功率大，速度快、動作平穩(wěn)，可實現(xiàn)定位伺服控制；易與計算機（CPU）連接。
設(shè)備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴格；易產(chǎn)生泄露而污染環(huán)境。
2、常用的控制用電機
控制用電機是電氣伺服控制系統(tǒng)的動力部件。它是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。機電一體化產(chǎn)品中常用的控制用電機是指能提供正確運動或較復(fù)雜動作的伺服電機。
控制用電機有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動電機，通過電壓、電流、頻率(包括指令脈沖)等控制，實現(xiàn)定速、變速驅(qū)動或反復(fù)啟動、停止的增量驅(qū)動以及復(fù)雜的驅(qū)動，而驅(qū)動精度隨驅(qū)動對象的不同而不同。
（1）伺服驅(qū)動電機一般是指：步進電機（SteppingMotor）、直流伺服電機(DCServoMotor)、交流伺服電機(ACServoMotor)
（2）常用伺服控制電動機的控制方式主要有：開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。
閉環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)具有位置(或速度)反饋環(huán)節(jié)；開環(huán)系統(tǒng)沒有位置與速度反饋環(huán)節(jié)。
a、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。
這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。
b、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。
半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，工業(yè)機器人維修，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。
半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。
c、全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。