認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)-課件

任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)知識目標:1.掌握工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點。2.了解工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的基本要求。3.了解工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的組成與結構。4.掌握工業(yè)機器人的控制方式。5.掌握工業(yè)機器人的控制策略。6.掌握工業(yè)機器人的驅動系統(tǒng)。能力目標:2.能夠識別工業(yè)機器人電氣控制柜各個元器件的名稱及功能。1.會辨別工業(yè)機器人伺服驅動器的類別。

機器人與其他機械裝置有所不同,其功能和結構方面的要求具有較強的

通用性、柔性和適應性。為滿足這些要求,機器人通常由四部分構成,即

操作人員與機器人之間的通信部分;測量周圍環(huán)境和機器人自身狀態(tài)的

傳感器部分;對信息進行處理的控制部分;根據(jù)決策進行動作執(zhí)行的機器

人本體部分。目前工業(yè)機器人在指令傳遞和驅動控制上,更多地依賴其

自身機構所具備的靈活性以及計算機軟件。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)

一、工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)概述1.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點工業(yè)機器人的控制技術是在傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的控制技術基礎上發(fā)展

起來的,因此兩者之間并無根本的不同,但工業(yè)機器人控制系統(tǒng)有

其獨到之處。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)有以下特點:1)工業(yè)機器人的控制與機構運動學及動力學密切相關。工業(yè)機器人手部

的狀態(tài)可以在各種坐標下描述,應當根據(jù)需要選擇不同的基準坐標系,并

進行適當?shù)淖鴺俗儞Q。經常要求解運動學的正問題和逆問題。除此之

外還要考慮慣性力、外力(包括重力)及哥氏力、向心力等對機器人控制

的影響。2)比較復雜的工業(yè)機器人的自由度較多,每個自由度需要配置一個伺服機構。在工作過程中,各個伺服機構必須協(xié)調起來,組成一個多變量控制

系統(tǒng)。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)

任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3)從經典控制理論的角度來看,多數(shù)機器人控制系統(tǒng)中都包含非最小的

相位系統(tǒng),如步行機器人或關節(jié)機器人往往包含有“上擺”系統(tǒng)。由于

上擺的平衡點是不穩(wěn)定的,必須采取相應的控制策略。4)把多個獨立的伺服系統(tǒng)有機地協(xié)調起來,使機器人按照人的意志行動,

甚至賦予其一定的“智能”。這個任務只能由計算機來完成。因此,機

器人控制系統(tǒng)必須是一個計算機控制系統(tǒng)。同時,計算機軟件擔負著艱

巨的任務。5)描述機器人狀態(tài)和運動的數(shù)學模型是一個非線性模型,隨著狀態(tài)的不

同和外力的變化,其參數(shù)也在變化,各變量之間還存在耦合。因此,僅僅采

用位置閉環(huán)是不夠的,還要利用速度甚至加速度閉環(huán)。系統(tǒng)中經常使用

重力補償、前饋、解耦或自適應控制等方法。6)機器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑來完成,因此存在一個

最優(yōu)方案的規(guī)劃問題。較高級的機器人可以用人工智能的方法,用計算

機建立起龐大的信息庫,借助信息庫進行控制、決策、管理和操作;利用

傳感器和模式識別的方法獲得對象及環(huán)境的工況,按照給定的指標要求

自動地選擇最佳的控制規(guī)律。總而言之,機器人控制系統(tǒng)是一個與運動學和動力學原理密切相關的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。由于它的綜合性和特殊性,經典

控制理論和現(xiàn)代控制理論都不能照搬使用。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)2.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的基本功能工業(yè)機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分,用于對操作機,以

完成特定的工作任務,其基本功能如下:(1)記憶功能記憶功能是指存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運

動速度和與生產工藝有關的信息。(2)示教功能示教功能是指離線編程、在線示教、間接示教。在線示

教包括示教器示教和導引示教兩種。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)(3)與外圍設備聯(lián)系功能聯(lián)系功能是指輸入和輸出接口、通信接口、

網(wǎng)絡接口、同步接口。(4)坐標設置功能坐標設置功能有關節(jié)坐標系、絕對坐標系、工具坐

標系、用戶自定義坐標系4種。(5)人機接口人機接口包括示教器、操作面板、顯示屏。(6)傳感器接口傳感器接口包括位置檢測傳感器接口、視覺傳感器接

口、觸覺傳感器接口、力覺傳感器接口等。(7)位置伺服功能位置伺服功能包括機器人多軸聯(lián)動、運動控制、速

度和加速度控制、動態(tài)補償?shù)取Ｈ蝿账恼J識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)正文(8)故障診斷安全保護功能故障診斷安全保護功能主要是指運行時系

統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷功能。二、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的組成和結構工業(yè)機器人控制系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩個部分。1.硬件部分機器人控制系統(tǒng)的硬件組成如圖1-4-1所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)正文圖1-4-1機器人控制系統(tǒng)的硬件組成任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)正文微處理器有32位、64位等。(2)示教器示教器用于示教機器人的工作軌跡和參數(shù)設定,以及所有人

機交互操作。它擁有自己獨立的CPU以及存儲單元,與控制計算機之間

以總線通信方式實現(xiàn)信息交互。(3)操作面板操作面板由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構成,只完成基本

功能操作。(4)硬盤和軟盤存儲器硬盤和軟盤存儲器用于存儲機器人工作程序的

外圍存儲器。(5)數(shù)字和模擬量輸入/輸出接口數(shù)字和模擬量輸入/輸出接口用于各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。(1)控制計算機控制計算機是控制系統(tǒng)的調度指揮機構,一般為微型機,任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)(6)打印機接口打印機接口記錄需要輸出的各種信息。(7)傳感器接口傳感器接口用于接收機器人所使用的傳感器的數(shù)據(jù),以

實現(xiàn)機器人的閉環(huán)控制。傳感器接口一般用于接收力覺、觸覺和視覺

傳感器等的數(shù)據(jù)流。(8)軸控制器軸控制器可完成機器人各關節(jié)位置、速度和加速度控制。(9)輔助設備控制輔助設備控制器用于和機器人配合的輔助設備控制,

如手爪變位器等。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)(10)通信接口通信接口用于實現(xiàn)機器人和其他設備的信息交換,一般有

串行接口、并行接口等。(11)網(wǎng)絡接口常用的網(wǎng)絡接口有以太網(wǎng)接口和現(xiàn)場總線接口。1)以太網(wǎng)接口?？赏ㄟ^以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)臺或單臺機器人的直接計算機通

信,數(shù)據(jù)傳輸速率高達10Mbit/s,可直接在計算機上用Windows庫函數(shù)進行

應用程序編程之后,支持TCP/IP通信協(xié)議,通過以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)及程序

裝入各個機器人控制器中。2)現(xiàn)場總線接口?，F(xiàn)場總線接口支持多種流行的現(xiàn)場總線規(guī)格,如Device

net、ABRemoteI/O、Interbus-s、Profibus-DP、M-NE等。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)2.基本結構控制系統(tǒng)按結構分類,通常有三種控制。現(xiàn)在大部分工業(yè)機器人

都采用兩級計算機控制。其中,第一級計算機擔負系統(tǒng)監(jiān)控、作

業(yè)管理和實時插補任務,由于運算工作量大、數(shù)據(jù)多,所以大都采

用16位以上的計算機。第一級運算結果作為目標指令傳輸?shù)降诙?/p>

級計算機,經過計算處理后傳輸?shù)礁鲌?zhí)行元件。(1)集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)中,用一臺計算機實現(xiàn)全部控制功能,結

構簡單、成本低,但實時性差,難以擴展。集中控制系統(tǒng)的構成如圖1-4-2

所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-2集中控制系統(tǒng)的構成任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)的全部控制功能。其中,主計算機實現(xiàn)管理、坐標變換、軌跡生成和系

統(tǒng)自診斷等;從計算機實現(xiàn)所有關節(jié)的動作控制。主從控制系統(tǒng)的構成

如圖1-4-3所示。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好,適于高精度、高速度控

制,但其系統(tǒng)擴展性較差,維修困難。(2)主從控制系統(tǒng)主從控制系統(tǒng)是指采用主、從兩級處理器實現(xiàn)系統(tǒng)任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-3主從控制系統(tǒng)的構成任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)(3)分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)是指按系統(tǒng)的性質和方式將系統(tǒng)控制

分成幾個模塊,每個模塊各有不同的控制任務和控制策略,各模塊之間可

以是主從關系,也可以是平等關系。這種控制方式實時性好,易于實現(xiàn)高

速度、高精度控制,易于擴展,可實現(xiàn)智能控制,是目前流行的方式。分散

控制系統(tǒng)的構成如圖1-4-4所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-4分散控制系統(tǒng)的構成任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3.軟件部分這里所說的軟件主要是指控制軟件,它包括運動軌跡規(guī)劃算法和

關節(jié)伺服控制算法及相應的動作順序。軟件編程可以用多種計算

機語言來編制,但由于許多機器人的控制比較復雜,編程工作的勞

動強度較大,編寫的程序可讀性也較差。因此,通過通用語言的模

塊化,開發(fā)了很多機器人的專用語言。把機器人的專用語言與機

器人系統(tǒng)融合,是當前機器人發(fā)展的主流。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)1.點位控制方式很多機器人要求準確地控制末端執(zhí)行器的工作,而路徑卻無關緊

要。例如,在印制電路板上安插元件、點焊、裝配等工作,都屬于

點位控制方式工作。一般情況下,這種控制方式比較簡單,但是要

達到2~3μm的定位精度也是相當困難的。2.軌跡控制方式在弧焊、噴漆、切割等工作中,要求機器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運動。如果偏離預定的軌跡和速度,就會使產品報廢。軌跡控制方式類似于控制原理中的跟蹤控制,可稱之為軌跡伺服控制。三、工業(yè)機器人的控制方式任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3.力(力矩)控制方式在裝配、抓放物體時,除要準確定位之外,還要求使用適度的力或

力矩,這時就要利用力(力矩)伺服控制方式。這種方式的控制原理

與位置伺服控制原理基本相同,只不過輸入量和反饋量不是位置

信號,而是力(力矩)信號,因此系統(tǒng)中必須有力(力矩)傳感器。有時

也利用接近、滑動等功能進行適應式控制。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)4.智能控制方式工業(yè)機器人的智能控制是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的信息,并根

據(jù)自身內部的知識庫做出相應的決策。采用智能控制技術,使工

業(yè)機器人具有較強的環(huán)境適應性及自學習能力。智能控制技術的

發(fā)展有賴于近年來人工神經網(wǎng)絡、基因算法、遺傳算法、專家系

統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)四、工業(yè)機器人的控制策略工業(yè)機器人的控制策略很多,在此僅介紹一些常見的控制策略1.重力補償在機器人系統(tǒng),特別是關節(jié)機器人中,手臂的自重相對于關節(jié)點會產生一個力矩,這個力矩的大小隨手臂所處的空間位置而變化。顯然,這個力矩對控制系統(tǒng)來說是不利的。但是,這個力矩的變化是有規(guī)律的,它可以通過傳感器測出手臂的轉角,再利用三角函數(shù)和坐標變換計算得出。如果在伺服系統(tǒng)的控制量中實時地加入一個抵消重力影響的量,那么控制系統(tǒng)就會大為簡化。如果機械結構是平衡的,則不必補償。力矩的計算要在自然坐標系中進行,重力補償可以是各個關節(jié)獨立進行的,稱為單級補償。也可以同時考慮其他關節(jié)的重力進行補償,稱為多級補償。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)2.前饋控制和超前控制在軌跡控制方式中,根據(jù)事先給定的運動規(guī)律,從給定信號中提取

速度、加速度信號,把它加在伺服系統(tǒng)的適當部位上,以消除系統(tǒng)

的速度和加速度跟蹤誤差,這就是前饋。前饋控制不影響系統(tǒng)的

穩(wěn)定性,控制效果卻是顯著的。同樣,由于運動規(guī)律是已知的,可以根據(jù)某一時刻的位置與速度來估計下一時刻的位置誤差,并把這個估計量加到下一時刻的控制

量中,這就是超前控制。超前控制與前饋控制的區(qū)別是:前者是指控制量在時間上提前,后

者是指控制信號的流向是向前的。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3.耦合慣量及摩擦力的補償解決耦合慣量問題,需要對機器人進行加速度補償。高精度機器人中還要考慮摩擦力的補償。由于靜摩擦力與動摩擦力的

差別很大,因此系統(tǒng)啟動時刻和啟動后的補償量是不同的。摩擦力的大小可以通過試驗測得。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)4.傳感器位置反饋在點位控制方式中,單靠提高伺服系統(tǒng)的性能來保證精度要求有

時是比較困難的。但是,可以在程序控制的基礎上,再用一個位置

傳感器進一步消除誤差。位置傳感器可以是簡單的傳感器,其感

知范圍也可以較小。這種系統(tǒng)雖然硬件上有所增加,但軟件的工

作量卻可以大大減少,稱為傳感器閉環(huán)系統(tǒng)或大環(huán)伺服系統(tǒng)。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)在軌跡控制方式中,可以利用計算機的記憶和計算功能,記憶前一

次的運動誤差,據(jù)此來改進后一次的控制量,經過若干次修正可以

逼近理想軌跡。這種系統(tǒng)稱為記憶-修正控制系統(tǒng),它適用于重復

操作場合。6.觸覺控制利用機器人的觸覺可以判別物體的有無,也可以判斷物體的形狀。前者可以用于控制動作的啟停;后者可以用于選擇零件、改變行進路線等。人們還經常利用滑覺(切向力傳感器)來自動改變機器人夾持器的握力,使物體不致滑落,同時又不致于破壞物體。觸覺控制可以使機器人具有某種程度的適應性,也可以把它看成是一種初級的“智能”5.記憶-修正控制任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)7.聽覺控制有的機器人可以根據(jù)人的口頭命令給出回答或執(zhí)行任務,這是利

用了聲音識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先提取所收到的聲音信號的特征,

如幅度特征、過零率、音調周期、線性預測系數(shù)、升到共振峰

等,然后將其與事先存儲在計算機內的“標準模板”進行比較。

這種系統(tǒng)可以識別特定人的有限詞匯,較高級的聲音識別系統(tǒng)還

可以用句法分析的手段識別較多的語音內容。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)8.視覺控制利用視覺控制可以大量獲取外界信息,但由于計算機容量及處理速度的限制,所處理的信息往往是有限的。機器人系統(tǒng)常常通過視覺系統(tǒng)判別物體形狀和物體之間的關系,還可以測量距離、選擇運動路徑等。無論是光導攝像管,還是電荷耦合器件,都只能獲取二維圖像信息。為了獲取三維視覺信息,可以使用兩臺或多臺攝像機,也可以從光源上想辦法,如使用結構光,獲得的信息用模式識別的辦法進行處理。由于視覺系統(tǒng)結果復雜、價格昂貴,一般只用于比較高級的機器人中,在其他情況下,可以考慮使用簡易視覺系統(tǒng)。光源也不僅限于普通光,還可以使用激光、紅外線、X光、超聲波等。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)9.最佳控制在高速機器人中,除選擇最佳路徑外,還普遍采用最短時間控制,即

所謂“砰砰”控制。簡單地說,機械臂的動作分為兩步:先以最大

的能力加速,然后以最大的能力減速,中間選擇一個最佳切換時間,

這樣可以保證速度最快。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)正文很多情況下,機器人手臂的物理參數(shù)是變化的。例如,夾持不同的

物體處于不同的狀態(tài)下,質量和慣性矩都是在變化的,因此運動方

程式中的參數(shù)也在變化。此外,工作過程中還存在未知的干擾。

實時地辨別系統(tǒng)參數(shù)并調整增益矩陣,才能保證跟蹤目標的準確

性,這就是典型的自適應控制問題。由于系統(tǒng)復雜,工作速度快,和

一般過程控制中的自適應控制相比,機器人的自適應控制問題要

復雜得多。11.解耦控制解耦措施,使各自由度相對獨立。10.自適應控制任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)12.遞階控制智能機器人有視覺傳感器、觸覺傳感器或聽覺傳感器等多種傳感

器,自由度數(shù)目往往較多,各傳感器系統(tǒng)要對信息進行實時處理,各

關節(jié)都要進行實時控制,它們是并行的,但需要有機地協(xié)調起來。

因此控制必然是多層次的,每一層次都有獨立的工作任務,它給下

一層次提供控制指令和信息;下一層次又把自身的狀態(tài)及執(zhí)行結

果反饋給上一層次。最低一層是各關節(jié)的伺服系統(tǒng),最高一層是

管理(主)計算機,稱為協(xié)調級。由此可見,某些大系統(tǒng)控制理論可以

用在機器人系統(tǒng)之中。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)五、工業(yè)機器人的驅動系統(tǒng)工業(yè)機器人的驅動系統(tǒng)按動力源可分為液壓驅動、氣動驅

動和電動驅動三種基本驅動類型。根據(jù)需要,可采用這三種

基本驅動類型的一種,或者采用合成式驅動系統(tǒng)。這三種基

本驅動類型的主要特點見表1-4-1。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-1液壓驅動、氣動驅動和電動驅動的主要特點任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-1液壓驅動、氣動驅動和電動驅動的主要特點任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)1.液壓驅動液壓驅動工業(yè)機器人如圖1-4-5所示,是利用油液作為傳遞力或力

矩的工作介質。電動機帶動液壓泵輸出壓力油,將電動機輸出的

機械能轉換成油液的壓力能,壓力油經過管道及一些控制調節(jié)裝

置進入液壓缸,推動活塞桿運動,從而使機械臂做伸縮、升降等運

動,將油液的壓力能又轉換成機械能。圖1-4-5液壓驅動工業(yè)機器人任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)(1)液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液動機(液壓執(zhí)行裝置)、

控制調節(jié)裝置和輔助裝置等部分組成。1)液壓泵。液壓泵是能量轉換裝置,它將電動機輸出的機械能轉換為油

液的壓力能,用壓力油驅動整個液壓系統(tǒng)工作。2)液動機(液壓執(zhí)行裝置)。液動機是壓力油驅動運動部件對外工作的部

分。機械臂做直線運動,液動機就是機械臂伸縮液壓缸。也有做回轉運

動的液動機,一般稱為液壓馬達;回轉角度小于360°的液動機,一般稱為擺

動馬達。3)控制調節(jié)裝置。控制調節(jié)裝置指各類閥,如壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。它們主要用來調節(jié)控制液壓系統(tǒng)油液的壓力、流量和方向,使機器人的機械臂、手腕、手指等能夠完成所要求的動作。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)4)輔助裝置。輔助裝置包括油箱、過濾器、蓄能器、管路和管接頭以及

壓力表等。(2)液壓伺服驅動系統(tǒng)液壓驅動分為程序控制驅動和伺服控制驅動兩

種類型。前者屬于非伺服型,用于有限點位要求的簡易搬運機器人。液

壓驅動機器人中應用較多的是伺服控制驅動類型。在此主要介紹液壓

伺服驅動系統(tǒng)。液壓伺服驅動系統(tǒng)由液壓源、驅動器、伺服閥、傳感器和控制回路組成,如圖1-4-6所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-6液壓伺服驅動系統(tǒng)任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)2.氣動驅動氣動驅動工業(yè)機器人如圖1-4-7所示,以壓縮空氣為工作介質,工作

原理與液壓驅動相似。工業(yè)機器人氣動驅動系統(tǒng)的結構如圖1-4-8所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-7氣動驅動工業(yè)機器人(用于沖壓)任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-8工業(yè)機器人氣動驅動系統(tǒng)的結構任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)氣動驅動系統(tǒng)由以下4部分組成。(1)氣源系統(tǒng)壓縮空氣是保證氣動系統(tǒng)正常工作的動力源。一般工廠

均設有壓縮空氣站。壓縮空氣站的設備主要是空氣壓縮機和氣源凈化

輔助設備。由于壓縮空氣中含有水氣、油氣和灰塵,這些雜質如果被直接帶入氣罐

、管道及氣動元件和裝置中,會引起腐蝕、磨損、阻塞等一系列問題,從

而造成氣動系統(tǒng)效率和壽命降低、控制失靈等嚴重后果。因此,壓縮空

氣需要凈化。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)器、氣罐和過濾器等。1)后冷卻器。后冷卻器安裝在空氣壓縮機出口處的管道上,它的作用是

使壓縮空氣降溫。一般的工作壓力為8kg/cm2的空氣壓縮機排氣溫度高

達140~170℃,壓縮空氣中所含有的水和油(氣缸潤滑油混入壓縮空氣)均

為氣態(tài)。經后冷卻器降溫40~50℃后,水氣和油氣凝聚成水滴和油滴,再

經油水分離器析出。2)油水分離器。油水分離器用于將油、水分離出去。3)氣罐。氣罐用于存放大量的壓縮空氣,以供給氣動裝置連續(xù)和穩(wěn)定的

壓縮空氣,并可減少由于氣流脈動所造成的管道振動。(2)氣源凈化輔助設備氣源凈化輔助設備主要有后冷卻器、油水分離任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)4)過濾器。過濾器用于過濾壓縮空氣。一般氣動控制元件對空氣的過濾

要求比較嚴格,常采用簡易過濾器過濾后,再經分水過濾器二次過濾。(3)氣動執(zhí)行機構氣動執(zhí)行機構有氣缸和氣動馬達兩種。氣缸和氣動馬達是將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置

。氣缸輸出力,驅動工作部分做直線往復運動或往復擺動;氣動馬達輸出

力矩,驅動機構做回轉運動。(4)空氣控制閥和氣動邏輯元件空氣控制閥是氣動控制元件,它的作用

是控制和調節(jié)氣路系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力、流量和方向,從而保證氣動

執(zhí)行機構按規(guī)定的程序正常工作。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)空氣控制閥有壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三類。氣動邏輯元件是通過可動部件的動作,進行元件切換而實現(xiàn)邏輯功能的

。采用氣動邏輯元件給自動控制系統(tǒng)提供了簡單、經濟、可靠和壽命

長的新途徑。圖1-4-9電動驅動的弧焊機器人任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3.電動驅動電動驅動也稱電氣驅動,是利用電動機產生的力或力矩直接或通

過減速機構等間接地驅動機器人的各個運動關節(jié)的驅動方式。電

動驅動系統(tǒng)一般由電動機及其驅動器組成。圖1-4-9所示為電動驅

動的弧焊機器人。(1)電動機工業(yè)機器人常用的電動機有直流伺服電動機、交流伺服電

動機和步進伺服電動機。1)直流伺服電動機(DC伺服電動機)。直流伺服電動機的控制電路比較簡

單,所構成的驅動系統(tǒng)價格比較低廉,但是在使用過程中直流伺服電動機任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)的電刷有磨損,需要定時調整以及更換,既增加了工作負擔,又影響機器人

的性能,且電刷易產生火花,在噴霧、粉塵等工作環(huán)境中容易引起火災等,

存在安全隱患。2)交流伺服電動機(AC伺服電動機)。交流伺服電動機的結構比較簡單,

轉子由磁體構成,直徑較小,定子由三相繞組組成,可通過大電流,無電刷,

運行安全可靠,適用于頻繁起動、停止工作,而且過載能力、轉矩轉動慣

量比、定位精度等優(yōu)于直流伺服電動機。但是,交流伺服電動機的控制

電路比較復雜,所構成的驅動系統(tǒng)價格相對較高。3)步進伺服電動機。步進伺服電動機是以電脈沖驅動使其轉子轉動產生

轉角值的動力裝置。其中輸入的脈沖數(shù)決定轉角值,脈沖頻率決定轉子任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)的速度。其控制電路較為簡單,且不需要轉動狀態(tài)的檢測電路,因此所構

成的驅動系統(tǒng)價格比較低廉。但是,步進伺服電動機的功率比較小,不適

用于大負荷的工業(yè)機器人使用。(2)驅動器伺服驅動器也稱伺服控制器或伺服放大器,是用來控制、驅

動伺服電動機的一種控制裝置,大多采用脈沖寬度調制(PWM)進行控制,

驅動機器人完成動作。為了滿足實際工作中對機器人的位置、速度和

加速度等物理量的要求,通常采用圖1-4-10所示的驅動原理,由位置控制

構成的位置環(huán)、速度控制構成的速度環(huán)和轉矩控制構成的電流環(huán)組成

。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-10工業(yè)機器人電動驅動原理任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)算機控制系統(tǒng)電路等。根據(jù)控制對象(電動機)的不同,驅動器一般分為直

流伺服電動機驅動器、交流伺服電動機驅動器和步進伺服電動機驅動

器。1)直流伺服電動機驅動器。直流伺服電動機驅動器一般采用PWM伺服

驅動器,通過改變脈沖寬度來改變加在電動機電樞兩端的電壓,實現(xiàn)電動

機的轉速調節(jié)。PWM伺服驅動器具有調速范圍寬、低速特性好、響應

快、效率高等特點。2)交流伺服電動機驅動器。交流伺服電動機驅動器通常采用電流型PWM變頻調速伺服驅動器,將給定的速度與電動機的實際速度進行比較,產生速度偏差,根據(jù)速度偏差產生的電流信號控制交流伺服電動機的轉動速度。交流伺服電動機驅動器具有轉矩轉動慣量比大的優(yōu)點。驅動器的電路一般包括功率放大器、電流保護電路、高低壓電源、計任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3)步進伺服電動機驅動器。步進伺服電動機驅動器是一種將電脈沖轉化

為角位移的執(zhí)行機構,主要由脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和過濾放大器等

部分組成。它通過控制供電模塊對步進電動機的各相繞組按合適的時

序進行供電;驅動器發(fā)送一個脈沖信號,驅動步進伺服電動機轉動一個固

定的角度(也稱步距角)。因此,通過控制所發(fā)送的脈沖個數(shù)實現(xiàn)電動機的

轉角位移量控制,通過控制脈沖頻率實現(xiàn)電動機的轉動速度和加速度的

控制,達到定位和調速的目的。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)正文

一、任務準備實施本任務教學所使用的實訓設備及工具材料見表1-4-2。表1-4-2實訓設備及工具材料任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-11IRC5控制柜任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)二、認識機器人控制柜本任務采用ABB公司生產的IRC5控制柜,如圖1-4-11所示。

IRC5控制柜以先進動態(tài)建模技術為基礎,對機器人性能實施

自動優(yōu)化,大幅提升了ABB機器人執(zhí)行任務的效率。IRC5控

制柜包括開關按鈕、模式切換按鈕、I/O輸入/輸出板、動力

電纜、編碼器電纜、示教器電纜、通信電纜等。機器人的

運動算法全部集成在控制柜里面,可實現(xiàn)強大的數(shù)據(jù)運算和

各種運行邏輯的控制。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-3IRC5控制柜部件的功能說明任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)1.示教器的組成機器人示教器是一種手持式操作員裝置,用于執(zhí)行與操作機器人

系統(tǒng)有關的許多任務,如編寫程序、運行程序、修改程序、手動

操縱、參數(shù)配置、監(jiān)控機器人狀態(tài)等。示教器包括使能器按鈕、

觸摸屏、觸摸筆、急停按鈕、操縱桿和一些功能按鈕,如圖1-4-12

所示。各主要部件的功能說明見表1-4-4。三、認識示教器任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-4示教器主要部件的功能說明任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-4示教器主要部件的功能說明示教器的功能按鍵如圖1-4-13所示,其功能說明見表1-4-5。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-12示教器結構示意任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-13示教器的功能按鍵任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)表1-4-5示教器按鍵的功能說明任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)示教器的手持方式如圖1-4-14所示,用左手握持,四指穿過張緊帶,

指頭觸摸使能器按鈕,用掌心與大拇指握緊示教器。圖1-4-14示教器的手持方式操作機器人示教器時,一般用左手持設備,手指握住使能器按鈕。2.示教器的手持方式任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)機器人使能按鈕有兩個檔位,一檔為伺服上電,二檔為使機器人處

于防護裝置停止狀態(tài)。使用適當?shù)牧Χ任兆∈鼓芷鞑拍芙o機器人

使能上電。四、工業(yè)機器人系統(tǒng)的啟動1.工業(yè)機器人系統(tǒng)的連接按照圖1-4-15所示的工業(yè)機器人系統(tǒng)的接線圖連接工業(yè)機器人系

統(tǒng)。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-15工業(yè)機器人系統(tǒng)的接線圖任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)2.系統(tǒng)的啟動1)系統(tǒng)接線無誤后,在指導教師的許可下接通系統(tǒng)電源,如圖1-4-16所示。2)將操作控制柜的“4P斷路器”往上打,開啟電源,控制柜的兩個散熱風

扇轉動;再將控制柜的“關機/開機”旋鈕旋轉到右邊開機狀態(tài)。電柜電

源已經啟動完畢,如圖1-4-17所示。3)將機器人控制柜背面的電源開關

從水平旋轉到垂直狀態(tài)(即從OFF旋轉到ON),機器人系統(tǒng)開機完成。將“自動/手動”鑰匙旋鈕旋轉到右

邊手形圖案,使機器人進入手動模式,如圖1-4-18所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-16配電系統(tǒng)電源操作面板任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-17操作控制柜電源操作面板任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-18控制柜電源操作面板(背面)任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)五、手動操縱工業(yè)機器人1.單軸運動控制1)左手握持機器人示教器,右手單擊示教器功能按鈕

,打開ABB菜單欄;單擊“手動操縱”,進入手動操縱界面,如圖1-4-19所示。任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)圖1-4-19進入手動操縱界面任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)動作模式設置成“軸1-3”,如圖1-4-20所示。圖1-4-20設置動作模式為“軸1-3”2)單擊“動作模式”,進入模式選擇界面。選擇“軸1-3”,單擊“確定”,任務四認識工業(yè)機器人的控制與驅動系統(tǒng)3)移動圖1-4-20中的操縱桿,左右搖動操縱桿可控制1軸左右運動,前后搖

動操縱桿可控制2軸上下運動,逆時針或順時針旋轉操縱桿可控制3軸上

下運動。4)單擊“動作模式”,進入模式選擇界面。選擇“軸4-6”,單擊“確定”,

動作模式設置成“軸4-6”,如圖1-4-21所示。5)移動圖1-4-21中的操縱桿,