从电机到驱动系统

maxon正在逐渐从部件供货商转型为系统解决方案供应商。这里的部件包括电机、齿轮箱、编码器以及速度和位置控制器。而系统则是指完整的驱动解决方案，可作为机电式单元以及作为子系统集成到更大型的系统中。此时的重点在于需要实现的整体功能，而不再是具体使用的各个部件。

初始情况是一款客户定制的部件，更准确地说是一台盘式电机。为了改善散热，转子上设计有通风孔，此外还需要特殊的导线和连接器，以连接由客户提供的电机驱动系统电子装置。最初，我们完全不清楚电机的具体用途及其机械和电气接口。在与客户密切接触后，我们才发现，原来客户想用电机通过齿轮箱驱动机器人关节。为此，我们可以提供一种整合程度更高的解决方案，因为空间条件实在有限；现有解决方案的安装情况很复杂，并且还需要更多附加功能。

机械要求
· 低转速、高转矩，需要一种电机齿轮箱解决方案
· 齿轮箱输出端的动作范围大约为120°
· 停电时锁定关节运动（制动器）
· 解除锁定的可能性。系统不得自锁。
· 在整个关节内敷设导线安装套管

电气和电子要求
· 无刷电机驱动装置（包括换向、电流和速度控制）
· 与上级主机控制系统通讯
· 电机和齿轮箱输出端有角度传感器，可向上级主机控制系统发送位置信息

所有这些功能都要整合到一个尺寸和重量比例有限的狭小空间内。另外，还必须尽量降低排放（温度、振动、噪音）。系统通过电池供电，因此必须以较高的能源效率工作。当然也必须考虑成本问题。

这个需求清单展示一套整合式解决方案需要考虑的方方面面，客户和系统供应商只有通过深入、开放的沟通才能达成一致。

系统界限

首先要解答的问题是：系统中应该包含哪些功能？考虑到需要实现的功能，应该如何设定合理的系统界限？系统环境是什么样的，电气和机械接口又如何？怎样交换信息，在完整系统中终端用户如何通讯？

在复杂系统的研发过程中，通常会有多名持不同观点、拥有不同知识背景的人员参与其中。如何才能以最佳方式进行通讯，从而让所有人正确理解并追求同一目标？此时可使用黑盒测试作为辅助工具。另外也可以采用自上而下的方法，不会过度纠缠于细节，这也是一种合理的方法。在设计完整系统时，还有一个经常被忽略的方面是：如何才能兼顾终端用户的需求？
 

设定系统

系统研发的动因中可能包含关于制订目标目录的重要信息。这是一项全新的研发？还是对现有解决方案的改进？现有解决方案为什么令人不满意？设定系统规格的基础是进行现状分析：这究竟是什么系统？系统环境是什么样的？最重要的是，在制订目标目录时，不能受任何解决方案的限制。例如在上述例子中即可考虑，在停电时，是只能通过制动器停止系统，还是也可以通过自锁式齿轮箱来达到这个目的。

解决方法

目标目录可用作设计各种解决方案类型的基础，之后可对其适用性进行评估。可行的解决方案通常基于现有的产品。在此前提下，maxon研发的产品平台就显出其重要性。通过这个产品平台，可以在系统开发中使用技术业已成熟的现有部件，并且还能快速进行调整。由此可以降低技术、时间和经济方面的研发风险。

maxon提供的系统主要应用于家用机电一体化环境中，它可以将机械和电气部件联合成一体：包括驱动系统机械装置、执行器、传感器、控制器。在此过程中，软件发挥着越来越重要的作用，例如以控制器固件的形式，或者以能控制整个系统的程序的形式。

在评估各种解决方案类型时，必须将有可比性的方面进行比较。例如，对于客户来说，需要在考虑接口和安装的附加成本的情况下，将整体系统成本与单个部件成本进行比较。
 

经济边界条件

现状分析还包括全新研发是否物有所值，以及何时才能收回投资。在什么时候预计能达到怎样的产量？为此需要进行现实的市场评估。但必须明确的是，非经常性工程成本和工具成本是分摊到产品价格中，还是作为一次性固定成本单独结算。原则上，可以将净现值计算 (NPV) 用作项目经济性评估的基础。其他标准还包括战略适应性和风险分析。

总的来说，除了这里介绍的几个方面之外，还请遵守《高精度微型驱动系统的选型》一书中列出的方法步骤。
 

其他方面

我们推荐的机器人髋关节解决方案采用最初选定的盘式电机，但配有集成的电子控制系统（基于maxon ESCON控制器）并搭配一款特殊的齿轮箱。电机和齿轮箱位置均可以通过集成的编码器测定。特殊设计的制动器可直接作用于转子和电机，并且安装在设计结构紧凑的外壳中。对于客户来说，整体系统的安装比之前采用单个部件的解决方案更为简单省时。