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密集型產品，它是如何實現運作的呢？
機器人的控制分為機械本體控制和伺服機構控制兩大類，伺服控制系統則是實現機器人機械本體控制和伺服機構控制的重要部分。因而要了解機器人的運作過程，必然繞不過伺服系統。
伺服系統
伺服系統是以變頻技術為基礎發展起來的產品，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統。伺服系統除了可以進行速度與轉矩控制外，還可以進行精確、快速、穩定的位置控制。
廣義的伺服系統是精確地跟蹤或復現某個給定過程的控制系統，也可稱作隨動系統。
狹義伺服系統又稱位置隨動系統，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，系統的主要任務是使輸出量快速而準確地復現給定量的變化。
伺服系統的結構組成
機電一體化的伺服控制系統的結構、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、執行環節、檢測環節、比較環節等五部分。
伺服系統組成原理框圖
1、比較環節
比較環節是將輸入的指令信號與系統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節，通常由專門的電路或計算機來實現。
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，其主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執行元件按要求動作。
3、執行環節
執行環節的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉化成機械能，驅動被控對象工作。機電一體化系統中的執行元件一般指各種電機或液壓、氣動伺服機構等。
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、檢測環節
檢測環節是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環節所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉換電路。
伺服系統的特點和功用
伺服系統與一般機床的進給系統有本質上差別，它能根據指令信號精確地控制執行部件的運動速度與位置。伺服系統是數控裝置和機床的聯系環節，是數控系統的重要組成，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都必須是可逆的。
足夠大的調速范圍及足夠強的低速帶載性能。
快速的響應能力和較強的抗干擾能力。
伺服系統的類型
按控制原理分：有開環、閉環和半閉環三種形式
按被控制量性質分：有位移、速度、力和力矩等伺服系統形式
按驅動方式分：有電氣、液壓和氣壓等伺服驅動形式
按執行元件分：有步進電機伺服、直流電機伺服和交流電機伺服形式
伺服系統的執行元件
1、執行元件的種類及其特點
（1）電氣式執行元件
電氣執行元件包括直流(DC)伺服電機、交流（AC）伺服電機、步進電機以及電磁鐵等，是最常用的執行元件。對伺服電機除了要求運轉平穩以外，一般還要求動態性能好，適合于頻繁使用，便于維修等。
（2）液壓式執行元件
液壓式執行元件主要包括往復運動油缸、回轉油缸、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）氣壓式執行元件
氣壓式執行元件除了用壓縮空氣作工作介質外，與液壓式執行元件沒有區別。氣壓驅動雖可得到較大的驅動力、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。
三種類型的區別
種類
特點
優點
缺點
電
氣
式
可用商業電源；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；能實現定位伺服控制；響應快、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；要求操作人員技術熟練。
氣源方便、成本低；無泄露而污染環境；速度快、操作簡便。
功率小、體積大、難于小型化；動作不平穩、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；要求操作人員技術熟練。
輸出功率大，速度快、動作平穩，可實現定位伺服控制；易與計算機（CPU）連接。
設備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴格；易產生泄露而污染環境。
2、常用的控制用電機
控制用電機是電氣伺服控制系統的動力部件。它是將電能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。機電一體化產品中常用的控制用電機是指能提供正確運動或較復雜動作的伺服電機。
控制用電機有回轉和直線驅動電機，通過電壓、電流、頻率(包括指令脈沖)等控制，實現定速、變速驅動或反復啟動、停止的增量驅動以及復雜的驅動，而驅動精度隨驅動對象的不同而不同。
（1）伺服驅動電機一般是指：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：開環控制、半閉環控制、閉環控制三種。
閉環系統的驅動系統具有位置(或速度)反饋環節；開環系統沒有位置與速度反饋環節。
a、開環數控系統
沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給系統），故系統穩定性好。
無位置反饋，精度相對閉環系統來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統和機械傳動機構的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。
這類系統具有結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。
b、半閉環數控系統
半閉環數控系統的位置采樣點如圖所示，是從驅動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。
半閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，因此可獲得穩定的控制性能，其系統的穩定性雖不如開環系統，工業機器人維修，但比閉環要好。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，其精度較閉環差，較開環好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。
半閉環數控系統結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。
c、全閉環數控系統
全閉環數控系統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。