機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方法課件

第三章驅(qū)動(dòng)方法液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)其他驅(qū)動(dòng)形式第三章驅(qū)動(dòng)方法液壓驅(qū)動(dòng)1第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)把油壓泵產(chǎn)生的工作油的壓力能．轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置稱為液壓執(zhí)行器。在驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器時(shí)，作為外圍設(shè)備，包括：(1)形成液壓的液壓泵；(2)供給工作油的導(dǎo)管；(3)控制工作油流動(dòng)的液壓控制閥；(4)控制控制閥的控制回路，根據(jù)液壓執(zhí)行器輸出量的形式的不同，大致可以把它們區(qū)分為作直線運(yùn)動(dòng)的油壓缸和作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的油壓馬達(dá)。第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)把油壓泵產(chǎn)生的工作油的壓力能．轉(zhuǎn)變成機(jī)2機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方法課件3第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)功率——重量比高，低速時(shí)輸出力大（無(wú)論直線驅(qū)動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)）,適合微處理器及電子控制，可用于極端惡劣的外部環(huán)境。液壓系統(tǒng)中存在不可避免的泄漏、噪聲和低速不穩(wěn)定等問(wèn)題，以及功率單元非常笨重和昂貴。現(xiàn)在大部分機(jī)器人是電動(dòng)的，當(dāng)然仍有許多工業(yè)機(jī)器人帶有液壓驅(qū)動(dòng)器。此外，對(duì)于一些需要巨大型機(jī)器人和民用服務(wù)機(jī)器人的特殊應(yīng)用場(chǎng)合，液壓驅(qū)動(dòng)器仍可能是合適的選擇。第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)功率——重量比高，低速時(shí)輸出力大（無(wú)論直線4一、液壓缸一、液壓缸5二、液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)二、液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)6二、液壓馬達(dá)葉片型馬達(dá)二、液壓馬達(dá)葉片型馬達(dá)7二、液壓馬達(dá)柱塞式馬達(dá)二、液壓馬達(dá)柱塞式馬達(dá)8三、電液伺服閥

閥芯位移等于擋板位移，它與輸入電流成正比。當(dāng)供油壓力和負(fù)載壓力一定時(shí)，輸出的負(fù)載流量與閥芯位移成正比。三、電液伺服閥閥芯位移等于擋板位移，它與輸入9四、液壓伺服馬達(dá)當(dāng)供油口處于關(guān)閉狀態(tài)，閥芯向右移動(dòng)(x>0)時(shí)供油壓力ps經(jīng)過(guò)節(jié)流口從左通道流到驅(qū)動(dòng)器活塞左側(cè)并以壓力p1使載荷向右(y>0)移動(dòng)。相反，閥芯向左移動(dòng)(x<0)時(shí)壓力p2的液壓油供到活塞右側(cè)使負(fù)載向左(y<0)移動(dòng)。四、液壓伺服馬達(dá)當(dāng)供油口處于關(guān)閉狀態(tài)，閥芯向右移動(dòng)(x>0)10第二節(jié)氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)器在原理上與液壓驅(qū)動(dòng)器相同；由于氣動(dòng)裝置的工作壓強(qiáng)低，和液壓系統(tǒng)相比，功率——重量比低得多；由于空氣的可壓縮性，在負(fù)載作用下會(huì)壓縮和變形，控制氣缸的精確位置很難。因此氣動(dòng)裝置通常僅用于插入操作或1/2自由度關(guān)節(jié)上；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，價(jià)格便宜；第二節(jié)氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)器在原理上與液壓驅(qū)動(dòng)器相同；11液壓驅(qū)動(dòng)與氣壓驅(qū)動(dòng)之對(duì)比液壓驅(qū)動(dòng)適于搬運(yùn)較重的物體不適于高速移動(dòng)適于確定高精度位置氣壓驅(qū)動(dòng)適于搬運(yùn)較輕的物體適于高速移動(dòng)不適于確定高精度位置液壓驅(qū)動(dòng)與氣壓驅(qū)動(dòng)之對(duì)比液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)12第三節(jié)電氣驅(qū)動(dòng)利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得所要求的位置、速度和加速度；無(wú)環(huán)境污染、易于控制、運(yùn)動(dòng)精度高、成本低、驅(qū)動(dòng)效率高；一般負(fù)載1000N（相當(dāng)100kgf）以下的工業(yè)機(jī)器人大多采用電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第三節(jié)電氣驅(qū)動(dòng)利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減13機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求

1）快速性。電動(dòng)機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好。2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。3）控制特性的連續(xù)性和直線性。隨著控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)成正比或近似成正比。4）調(diào)速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。6）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受過(guò)載。機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求1）快速性。電動(dòng)機(jī)從獲得指令14工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用電動(dòng)機(jī)

1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：多適用于對(duì)精度、速度要求不高的小型簡(jiǎn)易機(jī)器人開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中。2）交流伺服電動(dòng)機(jī)

3）直流伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)均采用位置閉環(huán)控制，一般應(yīng)用于高精度、高速度的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

交流伺服電動(dòng)機(jī)由于采用電子換向，無(wú)換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。

工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用電動(dòng)機(jī)1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：多適用于對(duì)精15驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用傳感器速度傳感器多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器；位置傳感器多用光電碼盤和旋轉(zhuǎn)變壓器。近年來(lái)，國(guó)外機(jī)器人制造廠家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤及旋轉(zhuǎn)變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動(dòng)機(jī)可與位置及速度檢測(cè)器、制動(dòng)器、減速機(jī)構(gòu)組成伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用傳感器速度傳感器多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器；163.1直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)組成：一般直流電動(dòng)機(jī)和位置反饋、速度反饋形成的整體；優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速易控制、效率高；缺點(diǎn)：有電刷和換向器，需要定期維修、更換電刷，使用壽命短，噪聲大；小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)大慣量寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)3.1直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)組成：一般直流電動(dòng)機(jī)和位置17一、伺服電機(jī)的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一、伺服電機(jī)的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)18二、總傳動(dòng)比的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)“電”與“機(jī)”的匹配問(wèn)題二、總傳動(dòng)比的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)“電”與“機(jī)”的匹配問(wèn)題19三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性控制電壓電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)每極磁通電樞回路電阻負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制：“調(diào)壓調(diào)速”（★）“調(diào)磁調(diào)速”三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性控制電壓電機(jī)結(jié)構(gòu)20三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

直流伺服電機(jī)常采用PWM方式驅(qū)動(dòng)。它利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將恒定的直流電源電壓斬成一定頻率的方波電壓，并加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

PWM伺服驅(qū)動(dòng)器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好、響應(yīng)快、效率高、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中常作為直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)常采用P21速度伺服驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成來(lái)自微機(jī)控制指令電壓測(cè)速度代表實(shí)際轉(zhuǎn)速速度伺服驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成來(lái)自微機(jī)控制指令電壓測(cè)速度代表實(shí)際轉(zhuǎn)速22位置伺服驅(qū)動(dòng)器測(cè)轉(zhuǎn)角位置電壓控制信號(hào)位置伺服驅(qū)動(dòng)器測(cè)轉(zhuǎn)角位置電壓控制信號(hào)233.2同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器同直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的電流控制。1）矩形波電流驅(qū)動(dòng)的永磁交流伺服系統(tǒng)。

2）正弦波電流驅(qū)動(dòng)的永磁交流伺服系統(tǒng)。3.2同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器同直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)243.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電脈沖信號(hào)相應(yīng)的角位移；輸出角與脈沖嚴(yán)格成比例，且在時(shí)間上同步；轉(zhuǎn)速取決于脈沖信號(hào)的頻率；容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和啟、停控制；輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無(wú)累積誤差；直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口方便；能提供較大的低速轉(zhuǎn)矩，可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)而無(wú)需減速裝置。3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電脈沖信號(hào)相25一、步進(jìn)電機(jī)的工作原理

當(dāng)繞組中不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子中的永磁體總是試圖減少磁路中的磁組，轉(zhuǎn)子將趨向使磁組最小的位置，即轉(zhuǎn)子中有一個(gè)齒和定子對(duì)齊。

當(dāng)繞組中的各相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將被吸引著一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱步距角。AAAABBBBDDDDCCCC一、步進(jìn)電機(jī)的工作原理當(dāng)繞組中不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子中的永26二、步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配把指令脈沖按一定規(guī)律分成幾路電平信號(hào)去控制步進(jìn)電機(jī)的幾個(gè)定子繞組。（1）環(huán)形分配器（2）軟件分配法步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成二、步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配把指令脈沖按一定規(guī)律分成幾路電平信號(hào)去27三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路加速電容改善電流波形前沿泄放二極管三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路加速電容改善電流波形前沿泄放二極管283.4直接驅(qū)動(dòng)所謂直接驅(qū)動(dòng)（DD）系統(tǒng)，就是電動(dòng)機(jī)與其所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載直接耦合在一起，中間不存在任何減速機(jī)構(gòu)。同傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)相比，DD驅(qū)動(dòng)減少了減速機(jī)構(gòu)，從而減少了系統(tǒng)傳動(dòng)過(guò)程中減速機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的間隙和松動(dòng)，極大地提高了機(jī)器人的精度，同時(shí)也減少了由于減速機(jī)構(gòu)的摩擦及傳送轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)所造成的機(jī)器人控制精度降低。而DD驅(qū)動(dòng)由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以機(jī)械剛性好，可以高速高精度動(dòng)作，且具有部件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維修、可靠性高等特點(diǎn)，在高精度、高速工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中越來(lái)越引起人們的重視。3.4直接驅(qū)動(dòng)所謂直接驅(qū)動(dòng)（DD）系統(tǒng)，就是電動(dòng)機(jī)與其29第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器超聲波電機(jī)超聲波電機(jī)與傳統(tǒng)的電磁式電機(jī)不同，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將超聲振動(dòng)作為動(dòng)力源的一種新型電機(jī)，它由振動(dòng)部分和移動(dòng)部分所組成，靠振動(dòng)部分和移動(dòng)部分之間的摩擦力來(lái)驅(qū)動(dòng)。

第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器超聲波電機(jī)30USM已應(yīng)用于以下科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域：

USM已應(yīng)用于以下科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域：31第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器壓電執(zhí)行器（電致伸縮效應(yīng)）羅歇爾鹽（四水合酒石酸鉀鈉）鈦酸鋇壓電陶瓷蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器壓電執(zhí)行器（電致伸縮效應(yīng)）蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)32第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器

當(dāng)一片稱做Terfenol-D的材料放在磁鐵附近時(shí)，這種特殊的稀土金屬材料將產(chǎn)生微小的形變，這種現(xiàn)象稱做磁致伸縮效應(yīng)。為使這種驅(qū)動(dòng)器工作，要將被磁性線圈覆蓋的磁致伸縮小棒的兩端固定在兩個(gè)架子上。當(dāng)磁場(chǎng)改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致小棒收縮或伸展，這樣其中一個(gè)架子就會(huì)相對(duì)于另一個(gè)架子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器33第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器形狀記憶金屬

有一種特殊的形狀記憶合金叫做Biometal（生物金屬），在90℃左右，合金的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)從馬氏體狀態(tài)變化到奧氏體狀態(tài)，并因此變短。然而，與許多其他形狀記憶合金不同的是，它變冷時(shí)能再次回到馬氏體狀態(tài)。如果線材上負(fù)載低的話，上述過(guò)程能夠持續(xù)變化數(shù)十萬(wàn)個(gè)循環(huán)。第五節(jié)其他驅(qū)動(dòng)器形狀記憶金屬34第三章驅(qū)動(dòng)方法液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)其他驅(qū)動(dòng)形式第三章驅(qū)動(dòng)方法液壓驅(qū)動(dòng)35第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)把油壓泵產(chǎn)生的工作油的壓力能．轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置稱為液壓執(zhí)行器。在驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行器時(shí)，作為外圍設(shè)備，包括：(1)形成液壓的液壓泵；(2)供給工作油的導(dǎo)管；(3)控制工作油流動(dòng)的液壓控制閥；(4)控制控制閥的控制回路，根據(jù)液壓執(zhí)行器輸出量的形式的不同，大致可以把它們區(qū)分為作直線運(yùn)動(dòng)的油壓缸和作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的油壓馬達(dá)。第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)把油壓泵產(chǎn)生的工作油的壓力能．轉(zhuǎn)變成機(jī)36機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方法課件37第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)功率——重量比高，低速時(shí)輸出力大（無(wú)論直線驅(qū)動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)）,適合微處理器及電子控制，可用于極端惡劣的外部環(huán)境。液壓系統(tǒng)中存在不可避免的泄漏、噪聲和低速不穩(wěn)定等問(wèn)題，以及功率單元非常笨重和昂貴?，F(xiàn)在大部分機(jī)器人是電動(dòng)的，當(dāng)然仍有許多工業(yè)機(jī)器人帶有液壓驅(qū)動(dòng)器。此外，對(duì)于一些需要巨大型機(jī)器人和民用服務(wù)機(jī)器人的特殊應(yīng)用場(chǎng)合，液壓驅(qū)動(dòng)器仍可能是合適的選擇。第一節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)功率——重量比高，低速時(shí)輸出力大（無(wú)論直線38一、液壓缸一、液壓缸39二、液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)二、液壓馬達(dá)齒輪馬達(dá)40二、液壓馬達(dá)葉片型馬達(dá)二、液壓馬達(dá)葉片型馬達(dá)41二、液壓馬達(dá)柱塞式馬達(dá)二、液壓馬達(dá)柱塞式馬達(dá)42三、電液伺服閥

閥芯位移等于擋板位移，它與輸入電流成正比。當(dāng)供油壓力和負(fù)載壓力一定時(shí)，輸出的負(fù)載流量與閥芯位移成正比。三、電液伺服閥閥芯位移等于擋板位移，它與輸入43四、液壓伺服馬達(dá)當(dāng)供油口處于關(guān)閉狀態(tài)，閥芯向右移動(dòng)(x>0)時(shí)供油壓力ps經(jīng)過(guò)節(jié)流口從左通道流到驅(qū)動(dòng)器活塞左側(cè)并以壓力p1使載荷向右(y>0)移動(dòng)。相反，閥芯向左移動(dòng)(x<0)時(shí)壓力p2的液壓油供到活塞右側(cè)使負(fù)載向左(y<0)移動(dòng)。四、液壓伺服馬達(dá)當(dāng)供油口處于關(guān)閉狀態(tài)，閥芯向右移動(dòng)(x>0)44第二節(jié)氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)器在原理上與液壓驅(qū)動(dòng)器相同；由于氣動(dòng)裝置的工作壓強(qiáng)低，和液壓系統(tǒng)相比，功率——重量比低得多；由于空氣的可壓縮性，在負(fù)載作用下會(huì)壓縮和變形，控制氣缸的精確位置很難。因此氣動(dòng)裝置通常僅用于插入操作或1/2自由度關(guān)節(jié)上；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，價(jià)格便宜；第二節(jié)氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)器在原理上與液壓驅(qū)動(dòng)器相同；45液壓驅(qū)動(dòng)與氣壓驅(qū)動(dòng)之對(duì)比液壓驅(qū)動(dòng)適于搬運(yùn)較重的物體不適于高速移動(dòng)適于確定高精度位置氣壓驅(qū)動(dòng)適于搬運(yùn)較輕的物體適于高速移動(dòng)不適于確定高精度位置液壓驅(qū)動(dòng)與氣壓驅(qū)動(dòng)之對(duì)比液壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)46第三節(jié)電氣驅(qū)動(dòng)利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，以獲得所要求的位置、速度和加速度；無(wú)環(huán)境污染、易于控制、運(yùn)動(dòng)精度高、成本低、驅(qū)動(dòng)效率高；一般負(fù)載1000N（相當(dāng)100kgf）以下的工業(yè)機(jī)器人大多采用電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第三節(jié)電氣驅(qū)動(dòng)利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力或力矩，直接或經(jīng)過(guò)減47機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求

1）快速性。電動(dòng)機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好。2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。3）控制特性的連續(xù)性和直線性。隨著控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)成正比或近似成正比。4）調(diào)速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。6）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受過(guò)載。機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求1）快速性。電動(dòng)機(jī)從獲得指令48工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用電動(dòng)機(jī)

1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：多適用于對(duì)精度、速度要求不高的小型簡(jiǎn)易機(jī)器人開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中。2）交流伺服電動(dòng)機(jī)

3）直流伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)均采用位置閉環(huán)控制，一般應(yīng)用于高精度、高速度的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

交流伺服電動(dòng)機(jī)由于采用電子換向，無(wú)換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。

工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用電動(dòng)機(jī)1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：多適用于對(duì)精49驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用傳感器速度傳感器多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器；位置傳感器多用光電碼盤和旋轉(zhuǎn)變壓器。近年來(lái)，國(guó)外機(jī)器人制造廠家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤及旋轉(zhuǎn)變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動(dòng)機(jī)可與位置及速度檢測(cè)器、制動(dòng)器、減速機(jī)構(gòu)組成伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所用傳感器速度傳感器多采用測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器；503.1直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)組成：一般直流電動(dòng)機(jī)和位置反饋、速度反饋形成的整體；優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速易控制、效率高；缺點(diǎn)：有電刷和換向器，需要定期維修、更換電刷，使用壽命短，噪聲大；小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)大慣量寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)3.1直流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)組成：一般直流電動(dòng)機(jī)和位置51一、伺服電機(jī)的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一、伺服電機(jī)的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)52二、總傳動(dòng)比的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)“電”與“機(jī)”的匹配問(wèn)題二、總傳動(dòng)比的選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)“電”與“機(jī)”的匹配問(wèn)題53三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性控制電壓電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)每極磁通電樞回路電阻負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制：“調(diào)壓調(diào)速”（★）“調(diào)磁調(diào)速”三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性控制電壓電機(jī)結(jié)構(gòu)54三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

直流伺服電機(jī)常采用PWM方式驅(qū)動(dòng)。它利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將恒定的直流電源電壓斬成一定頻率的方波電壓，并加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

PWM伺服驅(qū)動(dòng)器具有調(diào)速范圍寬、低速特性好、響應(yīng)快、效率高、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中常作為直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。三、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)常采用P55速度伺服驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成來(lái)自微機(jī)控制指令電壓測(cè)速度代表實(shí)際轉(zhuǎn)速速度伺服驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成來(lái)自微機(jī)控制指令電壓測(cè)速度代表實(shí)際轉(zhuǎn)速56位置伺服驅(qū)動(dòng)器測(cè)轉(zhuǎn)角位置電壓控制信號(hào)位置伺服驅(qū)動(dòng)器測(cè)轉(zhuǎn)角位置電壓控制信號(hào)573.2同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器同直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的電流控制。1）矩形波電流驅(qū)動(dòng)的永磁交流伺服系統(tǒng)。

2）正弦波電流驅(qū)動(dòng)的永磁交流伺服系統(tǒng)。3.2同步式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器同直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)583.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電脈沖信號(hào)相應(yīng)的角位移；輸出角與脈沖嚴(yán)格成比例，且在時(shí)間上同步；轉(zhuǎn)速取決于脈沖信號(hào)的頻率；容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和啟、?？刂疲惠敵鲛D(zhuǎn)角的精度高，無(wú)累積誤差；直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口方便；能提供較大的低速轉(zhuǎn)矩，可直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)而無(wú)需減速裝置。3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電脈沖信號(hào)相59一、步進(jìn)電機(jī)的工作原理

當(dāng)繞組中不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子中的永磁體總是試圖減少磁路中的磁組，轉(zhuǎn)子將趨向使磁組最小的位置，即轉(zhuǎn)子中有一個(gè)齒和定子對(duì)齊。

當(dāng)繞組中的各相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將被吸引著一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱步距角。AAAABBBBDDDDCCCC一、步進(jìn)電機(jī)的工作原理當(dāng)繞組中不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子中的永60二、步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配把指令脈沖按一定規(guī)律分成幾路電平信號(hào)去控制步進(jìn)電機(jī)的幾個(gè)定子繞組。（1）環(huán)形分配器（2）軟件分配法步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成二、步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配把指令脈沖按一定規(guī)律分成幾路電平信號(hào)去61三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路加速電容改善電流波形前沿泄放二極管三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路加速電容改善電流波形前沿泄放二極管623.