從上面的機器人臂部結構圖中(zhōng)我們可(kě)以看到，在機器人關節處都安(ān)裝(zhuāng)有(yǒu)電(diàn)機和減速機用(yòng)來控制關節運動，那麽問題來了：
在機器人系統中(zhōng)，為(wèi)什麽不能(néng)直接控制伺服電(diàn)機轉子轉速控制關節運動，為(wèi)何還需要減速器？
要回答(dá)這個問題，首先要明确工(gōng)業機器人關節的工(gōng)況：
1. 工(gōng)業機器人的關節需要撐住後端機構由于重力産(chǎn)生的扭矩。
2. 工(gōng)業機器人關節轉速不高。機器人關節角速度很(hěn)低，可(kě)電(diàn)機在極低的速度下轉動是不平穩的，控制不易，需要一個機械讓電(diàn)機在較合理(lǐ)的轉速下運動，保證運動的平順。
那麽使用(yòng)減速機的原因有(yǒu)兩點，第一點是提扭矩，第二點就是提控制分(fēn)辨率和閉環精(jīng)度。
例如，一個50:1的諧波減速機就能(néng)輕松将一個額定100mNm的電(diàn)機的額定扭矩提升到5Nm，代價是：
1.轉子轉速比直驅高49倍
本來工(gōng)業機器人的關節轉速就不高，一般都是每秒(miǎo)一兩轉，額定100mNm的電(diàn)機輕松跑6k轉/min，白不轉那麽快。要是嫌轉的不夠快?解決辦(bàn)法就是提電(diàn)壓，但這要考慮的是軸承和轉子是否撐得住。
2.重量提高到原來3倍
舉個例子，maxon EC45最厚的電(diàn)機額定轉矩為(wèi)83mNm，重110g；maxon EC90的額定轉矩為(wèi)560mNm，重600g。從這個兩個數據出發，可(kě)以腦補一下額定5Nm的電(diàn)機重量是多(duō)少倍。
3.維持相同扭矩時，發熱功率是不加減速機的1/2500
其實不是說額定100mNm的電(diàn)機幹不到5Nm，也是可(kě)以做到的，隻要往死裏提電(diàn)流就好了，但這樣将會造成電(diàn)機快速發燙，撐不了幾秒(miǎo)就得冒煙，就算上了水冷電(diàn)費也會比較多(duō)。要想達到相同扭矩又(yòu)不想太燙就得換扭矩/發熱效率高且熱阻小(xiǎo)、熱容量大的電(diàn)機，但這樣就又(yòu)回到2所說的問題了。
此外，使用(yòng)減速機的好處有(yǒu)：
1.以更低價格的機械實現更高的分(fēn)辨率
一個普通5k線(xiàn)的光電(diàn)碼盤就能(néng)實現1.44mdeg的角度分(fēn)辨率（當然，如果資金太多(duō)上正餘弦編碼器使勁細分(fēn)也可(kě)以實現的）；或者是一個5相1000步的步進電(diàn)機可(kě)以做到7.2mdeg的分(fēn)辨率（此處說的就是東方電(diàn)機的33步進+50:1的諧波）。分(fēn)辨率高的好處是轉速控制可(kě)以更精(jīng)确，由于量化造成的階躍産(chǎn)生的高頻分(fēn)量變得很(hěn)小(xiǎo)，控制更加平滑。
2. 提高閉環精(jīng)度，更好的控制控制環路
由于有(yǒu)個50:1的大減速比，減速機出軸受到擾動傳遞到電(diàn)機端就比直驅縮減了37dB，使得閉環精(jīng)度在減速機出軸顯得更高。同時轉子等效的轉動慣量提高到了2500倍，使得控制環路的滞後環節受轉子慣量占主導，而轉子由于直接受電(diàn)磁力的驅動從而沒有(yǒu)由于剛度造成的扭矩滞後，比直驅要好控。
除了上面技(jì )術性方面的解答(dá)，這裏還有(yǒu)一個案例，可(kě)來從另一個角度間接回答(dá)此問題。
某客戶一種型号為(wèi)6150的車(chē)床，卡盤為(wèi)10寸（直徑約250mm）液壓卡盤，為(wèi)了達到單邊7mm的切削能(néng)力，利用(yòng)主軸電(diàn)機（交流異步電(diàn)機）的低速大扭矩（轉矩）特性，拟選取一款7.5kw額定轉速1000轉的電(diàn)機，同時使用(yòng)1：2傳動比（減速）的齒輪。
已知傳動比和功率、轉矩成正比，即使用(yòng)1：2的傳動比，7.5kw的電(diàn)機達到了15kw、同時2倍轉矩（注意，此處不是指2倍額定轉矩）的特性。如果選擇的是15kw的電(diàn)機，價格就要貴不少，安(ān)裝(zhuāng)尺寸也要變大；而加工(gōng)出1：2傳動比的一對齒輪不需要很(hěn)多(duō)錢。
不明白的可(kě)查看下面這張異步電(diàn)機功率、轉矩特性曲線(xiàn)圖。（注意：和直流電(diàn)機不同，異步電(diàn)機是可(kě)能(néng)工(gōng)作(zuò)在超過橫轉矩區(qū)的。）
除了獲得低速、大扭矩特性，機器人上用(yòng)的直流電(diàn)機可(kě)能(néng)也有(yǒu)這方面原因，而所用(yòng)的減速機的傳動比可(kě)能(néng)更大（2級傳動或更高）。
當然，使用(yòng)減速機并不是完美的，還是有(yǒu)一些缺點，但是，兩相比較之下，還是使用(yòng)減速機更為(wèi)合适。
使用(yòng)減速機之缺點：
1. 如果配置了減速機而編碼器又(yòu)裝(zhuāng)在電(diàn)機端的話，減速機的制造精(jīng)度會影響實際精(jīng)度；
2. 多(duō)級減速機裏的齒隙油膜厚度變化等小(xiǎo)誤差經過多(duō)級放大還是會造成重複精(jīng)度的下降；
3. 還有(yǒu)減速機畢竟有(yǒu)齒輪齧合或是柔輪變形，有(yǒu)壽命限制；
4. 對多(duō)連杆機構齒隙的非線(xiàn)性耦合使得機器人的絕對精(jīng)度較差，所以工(gōng)業機器人隻談重複定位精(jīng)度不談絕對精(jīng)度，從而使得機器人很(hěn)難純粹地進行離線(xiàn)編程，提高了部署的難度和成本。
以上就是為(wèi)什麽不能(néng)直接控制伺服電(diàn)機轉子轉速來控制關節運動，而是需要使用(yòng)減速器的原因。雖然現在有(yǒu)直驅電(diàn)機驅動的機器人，但是由于上述問題，成熟度上還差一些。
總之，工(gōng)業機器人上用(yòng)減速機就是用(yòng)電(diàn)機容易達到的高轉速換取電(diàn)機不易做到的高扭矩和低質(zhì)量。