機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)-課件 第1、2章 緒論、機(jī)器人本體

機(jī)器人伺服控制第一章緒論機(jī)器人伺服控制機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自上世紀(jì)四十、五十年代問世以來，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步！在人們的生產(chǎn)生活的很多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用！機(jī)器人伺服控制機(jī)器人“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”機(jī)器人伺服控制機(jī)器人“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”由于大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)同機(jī)器人技術(shù)相互融合步伐加快，3D打印、人工智能迅猛發(fā)展，制造機(jī)器人的軟硬件技術(shù)日趨成熟……軍用無人機(jī)、自動駕駛汽車、家政服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，有的人工智能機(jī)器人已具有相當(dāng)程度的自主思維和學(xué)習(xí)能力……我就在想，我國將成為機(jī)器人的最大市場…….我們要審時度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實(shí)推進(jìn)?！?xí)主席在2014年兩院院士大會上的講話

機(jī)器人伺服控制第一代機(jī)器人是一種進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)械、主要是通常所說的機(jī)械手，它雖配有電子存儲裝置，能記憶重復(fù)動作，然而因未采用外部傳感器，所以沒有適應(yīng)外界環(huán)境變化的能力1961年，通用汽車公司生產(chǎn)線UnimateandJosephEngelberger

機(jī)器人伺服控制第二代機(jī)器人由于采用了傳感器，已初步具有感覺-反饋控制的能力，能進(jìn)行識別、選取判斷。使機(jī)器人具有了初步的智能。傳感器的采用與否已成為衡量第二代機(jī)器人的重要特征Helpmate是第二代機(jī)器人的代表機(jī)器人伺服控制第三代機(jī)器人為高一級的智能機(jī)器人，“智能化”是這代機(jī)器人的重要標(biāo)志機(jī)器人伺服控制機(jī)器人伺服控制機(jī)器人技術(shù)是集機(jī)械工程學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、控制工程、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等學(xué)科為一體的綜合技術(shù)，是多學(xué)科科技革命的必然結(jié)果。每一臺機(jī)器人都是一個知識密集和技術(shù)密集的高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)器人伺服控制機(jī)器人的控制分為機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制兩大類，伺服控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械本體控制和伺服機(jī)構(gòu)控制的重要部分。因而要了解機(jī)器人的運(yùn)作過程，必然繞不過伺服系統(tǒng)機(jī)器人伺服控制機(jī)器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而精密伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進(jìn)性比較的首要因素。國外先進(jìn)伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應(yīng)絕大多數(shù)應(yīng)用的需求，其研發(fā)資源集中在個別高端應(yīng)用及整體性能提升方面，處于精雕細(xì)刻階段。在工業(yè)4.0的大背景下，國產(chǎn)伺服任重而道遠(yuǎn)，還需努力追趕課程簡介教學(xué)內(nèi)容以機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)為對象，在闡述伺服系統(tǒng)原理、電力電子技術(shù)等基礎(chǔ)上，從伺服系統(tǒng)發(fā)展的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了步進(jìn)式電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、氣動驅(qū)動及控制等的原理及應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，了解當(dāng)前國內(nèi)外機(jī)器人伺服控制的研究、應(yīng)用狀況以及發(fā)展趨勢，初步具備機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力課程簡介教材機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)，孫巍偉編著，化學(xué)工業(yè)出版社參考書目機(jī)器人驅(qū)動與控制及應(yīng)用實(shí)例，黃值堅編著，化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制技術(shù)，張明文、于霜主編，機(jī)械工業(yè)出版社工業(yè)運(yùn)動控制:電機(jī)選擇、驅(qū)動器和控制器應(yīng)用，[美]哈肯·基洛卡（HakanGürocak）著，尹泉、王慶義等譯，機(jī)械工業(yè)出版社課程主要教學(xué)內(nèi)容理論教學(xué)（32學(xué)時）緒論（2學(xué)時）機(jī)器人的本體（4學(xué)時）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制（4學(xué)時）直流伺服電機(jī)驅(qū)動與控制（4學(xué)時）交流伺服電機(jī)驅(qū)動與控制（4學(xué)時）伺服驅(qū)動器（3學(xué)時）運(yùn)動控制器（3學(xué)時）氣動驅(qū)動與控制（2學(xué)時）液壓驅(qū)動與控制（2學(xué)時）生產(chǎn)線實(shí)例（4學(xué)時）實(shí)驗教學(xué)（8學(xué)時）運(yùn)動控制卡應(yīng)用（2學(xué)時）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制（3學(xué)時）伺服電機(jī)驅(qū)動與控制（3學(xué)時）課程安排總學(xué)時：40授課時數(shù)：32實(shí)驗時數(shù)：8成績構(gòu)成：平時（課堂互動、紀(jì)律、作業(yè)等）：30%

課程論文：50%

實(shí)驗：20%主要內(nèi)容contents1.1機(jī)器人基礎(chǔ)知識1.2伺服控制系統(tǒng)1.3機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)第一章緒論1.1

機(jī)器人基礎(chǔ)知識機(jī)器人是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不是買來就能用的，需要對其進(jìn)行編程，把機(jī)器人本體與控制軟件、應(yīng)用軟件、周邊設(shè)備等集成起來，它們通常集成為一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為一個整體來完成指定任務(wù)1886年法國作家利爾亞當(dāng)在他的小說《未來的夏娃》中將外表像人的機(jī)器定義為機(jī)器人，由4部分組成：生命系統(tǒng)：平衡、步行、發(fā)聲、身體擺動、感覺、表情、調(diào)節(jié)運(yùn)動等造型解質(zhì)：實(shí)際上相當(dāng)于機(jī)器人的骨骼和關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)能自由運(yùn)動的金屬覆蓋體，一種盔甲

人造肌肉：在上述盔甲上有肉體、靜脈、性別等身體的各種形態(tài)人造皮膚：含有膚色、機(jī)理、輪廓、頭發(fā)、視覺、牙齒、手爪等1.1.1

機(jī)器人的定義1967年日本召開的第一屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會議上，加藤一郎提出的具有如下三個條件的機(jī)器稱為機(jī)器人：具有腦、手、腳等三要素的個體具有非接觸傳感器（用眼、耳接受遠(yuǎn)方信息）和接觸傳感器具有平衡覺和固定覺傳感器1.1.1

機(jī)器人的定義1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義：機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物的某些器官（肢體、感受等）的功能機(jī)器人具有通用性，可從事多種工作，可靈活改變動作程序機(jī)器人具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)1.1.1

機(jī)器人的定義中國科學(xué)家定義：機(jī)器人是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器，這種機(jī)器除能動作外，還具備了一些與人或生物相似的智能，如感知、規(guī)劃、動作和協(xié)同能力。1.1.1

機(jī)器人的定義按照應(yīng)用環(huán)境分類工業(yè)機(jī)器人能模擬人的手、臂的部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操作工的自動化裝置優(yōu)點(diǎn)在于它可以通過更改程序，方便迅速地改變工作內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化1.1.2

機(jī)器人的分類按照應(yīng)用環(huán)境分類工業(yè)機(jī)器人1.1.2

機(jī)器人的分類按照應(yīng)用環(huán)境分類服務(wù)機(jī)器人一般具有可移動性，在移動平臺上搭載有一些手臂進(jìn)行操作，同時還裝有一些力覺傳感器和視覺傳感器、超聲測距傳感器等等對周邊的環(huán)境進(jìn)行識別，來判斷它的運(yùn)動，完成某種工作，這是服務(wù)機(jī)器人的基本的一個特點(diǎn)1.1.2

機(jī)器人的分類按照應(yīng)用環(huán)境分類服務(wù)機(jī)器人1.1.2

機(jī)器人的分類按照應(yīng)用環(huán)境分類特種機(jī)器人指在人們難以進(jìn)入的核電站、海底、宇宙空間進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，也包括軍用、建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等1.1.2

機(jī)器人的分類Spirit火星漫游車CanadaArm太空機(jī)械臂水下滑翔機(jī)按照應(yīng)用環(huán)境分類特種機(jī)器人1.1.2

機(jī)器人的分類按照應(yīng)用環(huán)境分類智能機(jī)器人具有多種由內(nèi)、外部傳感器組成的感覺系統(tǒng)，不僅可以感知內(nèi)部關(guān)節(jié)的運(yùn)行速度、力的大小等參數(shù)，還可以通過外部傳感器(如視覺、觸覺傳感器等)，對外部環(huán)境信息進(jìn)行感知、提取、處理并做出適當(dāng)決策，自主完成某項任務(wù)1.1.2

機(jī)器人的分類按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1.1.2

機(jī)器人的分類直角坐標(biāo)型機(jī)器人特點(diǎn)：直角坐標(biāo)型機(jī)器人的位置精度高，控制無耦合、簡單，避障性好，但結(jié)構(gòu)較龐大，無法調(diào)節(jié)工具姿態(tài)，靈活性差，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)，移動軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且占地面積較大工業(yè)機(jī)器人的分類按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1.1.2

機(jī)器人的分類圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人特點(diǎn)：圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的位置精度僅次于直角坐標(biāo)型，控制簡單，避障性好，但結(jié)構(gòu)也較龐大，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，兩個移動軸的設(shè)計較復(fù)雜工業(yè)機(jī)器人的分類按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1.1.2

機(jī)器人的分類球坐標(biāo)型機(jī)器人特點(diǎn)：占地面積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，重量較輕，但避障性差，有平衡問題，位置誤差與臂長有關(guān)工業(yè)機(jī)器人的分類按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1.1.2

機(jī)器人的分類關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人特點(diǎn)：垂直關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)器人的運(yùn)動由前、后臂的俯仰及立柱的回轉(zhuǎn)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)最緊湊，靈活性大，占地面積最小，工作空間最大，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，避障性好，是目前應(yīng)用最多的一類機(jī)器人，但位置精度較低，有平衡問題，控制存在耦合，故比較復(fù)雜工業(yè)機(jī)器人的分類（1）直角坐標(biāo)型（2）圓柱坐標(biāo)型（3）球坐標(biāo)型（4）多關(guān)節(jié)型四種坐標(biāo)型機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡圖按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類按控制方式分類非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動伺服控制機(jī)器人通過傳感器取得的反饋信號與來自給定裝置的綜合信號比較后，得到誤差信號，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動裝置，進(jìn)而帶動手部執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等是一個反饋控制系統(tǒng)1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類非伺服機(jī)器人按照預(yù)先編好的程序順序進(jìn)行工作，使用限位開關(guān)、制動器、插銷板和定序器來控制機(jī)器人的運(yùn)動插銷板是用來預(yù)先規(guī)定機(jī)器人的工作順序，而且往往是可調(diào)的定序器是一種按照預(yù)定的正確順序接通驅(qū)動裝置的能源驅(qū)動裝置接通能源后，就帶動機(jī)器人的手臂、腕部和手部等裝置運(yùn)動非伺服機(jī)器人工作能力有限當(dāng)移動到由限位開關(guān)所規(guī)定的位置時，限位開關(guān)切換工作狀態(tài)，給定序器送去一個工作任務(wù)已經(jīng)完成的信號，并始終端制動器動作，切斷驅(qū)動能源，使機(jī)器人停止運(yùn)動1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類伺服控制機(jī)器人通過傳感器取得的反饋信號與來自給定裝置的綜合信號比較后，得到誤差信號，經(jīng)過放大后用以激發(fā)機(jī)器人的驅(qū)動裝置，進(jìn)而帶動手部執(zhí)行裝置以一定規(guī)律運(yùn)動，到達(dá)規(guī)定的位置或速度等被控量可為機(jī)器人手部執(zhí)行裝置的位置、速度、加速度和力等比非伺服機(jī)器人有更強(qiáng)的工作能力按照控制的空間位置不同，可分為點(diǎn)位伺服控制、連續(xù)軌跡伺服控制1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類伺服控制機(jī)器人--點(diǎn)位伺服控制受控運(yùn)動方式為從一個點(diǎn)位目標(biāo)移向另一個點(diǎn)位目標(biāo)，只在目標(biāo)點(diǎn)上完成操作機(jī)器人可以以最快的和最直接的路徑從一個端點(diǎn)移到另一端點(diǎn)其運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)動，在作業(yè)過程中只控制幾個特定工作點(diǎn)的位置，不對點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動過程進(jìn)行控制通常，點(diǎn)位伺服控制機(jī)器人能用于只有終端位置是重要而對編程點(diǎn)之間的路徑和速度不做主要考慮的場合點(diǎn)位控制主要用于點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類伺服控制機(jī)器人--連續(xù)軌跡伺服控制能夠平滑地跟隨某個規(guī)定的路徑，其軌跡往往是某條不在預(yù)編程端點(diǎn)停留的曲線路徑運(yùn)動軌跡可以是空間的任意連續(xù)曲線機(jī)器人在空間的整個運(yùn)動過程都處于控制之下，能同時控制兩個以上的運(yùn)動軸，使得手部位置可沿任意形狀的空間曲線運(yùn)動，而手部的姿態(tài)也可以通過腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動得以控制具有良好的控制和運(yùn)行特性，數(shù)據(jù)是依時間采樣，不是依預(yù)先規(guī)定的空間采樣，因此機(jī)器人的運(yùn)行速度較快、功率較小、負(fù)載能力也較小主要用于弧焊、噴涂、打飛邊毛刺和檢測機(jī)器人1.1.2

機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類自由度機(jī)器人能獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)（包括轉(zhuǎn)動和移動）的數(shù)目自由度是操作機(jī)獨(dú)立驅(qū)動的關(guān)節(jié)（不包括手指），它是對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動和受力分析的原始數(shù)據(jù)自由度數(shù)目是反映操作機(jī)的通用性和適應(yīng)性的一項重要指標(biāo)。自由度越多則越通用，但也越復(fù)雜，機(jī)器人自由度大多為3-6個1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)例：圖中機(jī)器人共有L1、L2兩個平移自由度和φ1、φ2、φ3這三個旋轉(zhuǎn)自由度，共5個自由度自由度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)工作空間（工作范圍、工作區(qū)域）指不安裝末端執(zhí)行器時的工作區(qū)域機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間區(qū)域其形狀取決于機(jī)器人的自由度數(shù)和各運(yùn)動關(guān)節(jié)的類型與配置1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)工作速度一般來說，工作速度是指機(jī)器人在工作載荷條件下、勻速運(yùn)動過程中，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時間內(nèi)所移動的距離或轉(zhuǎn)動的角度不同廠家對工作速度規(guī)定的內(nèi)容也有所不同，有的廠家定義工作速度為工業(yè)機(jī)器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度；有的廠家定義工作速度為手臂末端最大的合成速度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)工作速度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)在使用或設(shè)計機(jī)器人時，確定機(jī)器人手臂的最大行程后，根據(jù)循環(huán)時間安排每個動作的時間，并確定各動作是同時進(jìn)行還是順序進(jìn)行，這樣就可以確定各動作的運(yùn)動速度。分配各動作的時間除考慮工藝動作要求外，還要考慮慣性和行程大小、驅(qū)動和控制方式、定位和精度要求。為了提高生產(chǎn)率，要求縮短整個運(yùn)動循環(huán)時間。運(yùn)動循環(huán)包括加速起動、等速運(yùn)行和減速制動3個過程。過大的加(減)速度會導(dǎo)致慣性力加大，影響動作的平穩(wěn)和精度。為了保證定位精度，加減速過程往往占用較長時間。工作載荷又稱為承載能力，是機(jī)器人在規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的最大負(fù)載重量（包括手部），即在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大重量通常用重量、力矩、慣性矩來表示負(fù)載大小主要考慮機(jī)器人各運(yùn)動軸上所受的力和力矩。承載能力不僅決定于負(fù)載的重量、機(jī)器人末端執(zhí)行器的重量，即手部的重量、抓取工件的重量，而且與機(jī)器人運(yùn)行速度和加速度的大小和方向，即由運(yùn)動速度變化而產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩有關(guān)1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)分辨率由系統(tǒng)設(shè)計檢測參數(shù)決定，并受到位置反饋檢測單元性能的影響指機(jī)器人每根軸能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度分辨率分為編程分辨率與控制分辨率，統(tǒng)稱為系統(tǒng)分辨率編程分辨率是指程序中可設(shè)定的最小距離單位，又稱為基準(zhǔn)分辨率。例如，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)0.1°，機(jī)器人腕點(diǎn)(手臂尖端點(diǎn))移動的直線距離為0.01mm時，其基準(zhǔn)分辨率為0.01mm控制分辨率是位置反饋回路能夠檢測到的最小位移量。例如，若每周（轉(zhuǎn)）1000個脈沖的增量式編碼盤與電動機(jī)同軸安裝，則電動機(jī)每旋轉(zhuǎn)0.36°(360°，1000r/min)，編碼盤就發(fā)出一個脈沖，0.36°以下的角度變化無法檢測，則該系統(tǒng)的控制分辨率為0.361.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)精度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)精度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)(2)控制算法誤差主要指算法能否得到直接解和算法在計算機(jī)內(nèi)的運(yùn)算字長所造成的比特(bit)誤差。因為16位以上CPU進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算時，精度可達(dá)到82位以上，所以比特誤差與機(jī)構(gòu)誤差相比基本可以忽略不計。(3)分辨率系統(tǒng)誤差可取1/2基準(zhǔn)分辨率，其理由是基準(zhǔn)分辨率以下的變位既無法編程又無法檢測。機(jī)器人的精度可認(rèn)為是1/2基準(zhǔn)分辨率與機(jī)械誤差之和，即機(jī)器人的精度=1/2基準(zhǔn)分辨率+機(jī)械誤差若能夠做到使機(jī)械的綜合誤差達(dá)到1/2基準(zhǔn)分辨率，則精度等于分辨率。但是，就目前的科技水平而言，除納米領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)以外，工業(yè)機(jī)器人尚難以實(shí)現(xiàn)。重復(fù)定位精度在相同的運(yùn)動位置命令下，機(jī)器人連續(xù)若干次運(yùn)動軌跡之間的誤差度量若機(jī)器人重復(fù)執(zhí)行某位置給定指令，它每次走過的距離并不相同，而是在一平均值附近變化，則該平均值代表精度，而變化的幅度代表重復(fù)定位精度。因此，重復(fù)定位精度是關(guān)于精度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)重復(fù)定位精度1.1.3

機(jī)器人主要參數(shù)重復(fù)定位精度如，對某型號機(jī)器人的測試結(jié)果為：在20mm/s、200mm/s的速度下分別重復(fù)10次，其重復(fù)定位精度為0.4mm，如圖，則重復(fù)定位精度為±0.2mm，指所有的動作位置停止點(diǎn)均在以平均值位置為中心的0.2mm范圍內(nèi)伺服來自英文單詞Servo，以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)系統(tǒng)跟隨外部指令進(jìn)行人們所期望的運(yùn)動，運(yùn)動要素包括位置、速度、加速度和力矩所有機(jī)電一體化設(shè)備的核心基本設(shè)計要求是輸出量能迅速而準(zhǔn)確地響應(yīng)輸入指令變化，如機(jī)械手控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使機(jī)械手能夠按照指定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動什么是伺服控制系統(tǒng)？1.2

伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)是一種能對機(jī)械運(yùn)動按預(yù)定要求進(jìn)行自動控制的系統(tǒng)，即被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）輸出量以一定準(zhǔn)確度隨時跟蹤輸入量（指定目標(biāo)）變化的控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從液壓、氣動到電氣的過程什么是伺服控制系統(tǒng)？1.2

伺服控制系統(tǒng)1.2

伺服控制系統(tǒng)輸入量輸出量控制操作輸入量控制操作輸出量

反饋環(huán)測量1934年第一次提出了伺服機(jī)構(gòu)（Servomechanism）1944年世界上第一個伺服系統(tǒng)由麻省理工學(xué)院成功研制隨著自動控制理論的發(fā)展，到20世紀(jì)中期，伺服系統(tǒng)的理論和實(shí)踐均趨于成熟在近幾年新技術(shù)的推動下，特別是伴隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)應(yīng)用幾乎遍及社會的各個領(lǐng)域到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機(jī)，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)1.2

伺服控制系統(tǒng)我國從1970年代開始跟蹤開發(fā)交流伺服技術(shù)，主要研究力量集中在高等院校和科研單位，以軍工、宇航衛(wèi)星為主要應(yīng)用方向，不考慮成本因素。主要研究機(jī)構(gòu)是北京機(jī)床所、西安微電機(jī)研究所、中科院沈陽自動化所等80年代之后開始進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，直到2000年，國產(chǎn)伺服停留在小批量、高價格、應(yīng)用面狹窄的狀態(tài)，技術(shù)水平和可靠性難以滿足工業(yè)需要2000年之后，隨著中國變成世界工廠、制造業(yè)的快速發(fā)展為交流伺服提供了越來越大的市場空間，國內(nèi)幾家單位開始推出自己品牌的交流伺服產(chǎn)品1.2

伺服控制系統(tǒng)機(jī)電伺服技術(shù)的發(fā)展階段1.2

伺服控制系統(tǒng)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的液壓伺服馬達(dá)或功率步進(jìn)電動機(jī)直接驅(qū)動為中心此階段（20世紀(jì)60年代以前)，伺服系統(tǒng)位置控制多為開環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)能夠傳遞巨大的轉(zhuǎn)矩，控制簡單，可靠性高，在整個速度范圍內(nèi)保持恒定的轉(zhuǎn)矩輸出存在發(fā)熱大、效率低、易污染環(huán)境、不易維修等缺點(diǎn)主要應(yīng)用重型設(shè)備和一些關(guān)鍵場合，比如機(jī)場設(shè)備機(jī)電伺服技術(shù)的發(fā)展階段1.2

伺服控制系統(tǒng)直流伺服電機(jī)的誕生和全盛發(fā)展的時代此階段（20世紀(jì)60～70年代），很多高性能驅(qū)動裝置采用了直流電機(jī)，伺服系統(tǒng)的位置控制也由開環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成為閉環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn)直流伺服電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度，難以應(yīng)用到高速及大容量的場合，換向器成為直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸機(jī)電伺服技術(shù)的發(fā)展階段1.2

伺服控制系統(tǒng)機(jī)電一體化時代此階段（20世紀(jì)80年代至今）是以機(jī)電一體化時代作為背景的。出現(xiàn)了無刷直流伺服電機(jī)(方波驅(qū)動)、交流伺服電機(jī)(正弦波驅(qū)動)、矢量控制的感應(yīng)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等新型電機(jī)特點(diǎn)交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來各種缺點(diǎn)，過載能力強(qiáng)和轉(zhuǎn)動慣量低體現(xiàn)出了交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性廣義的伺服系統(tǒng)是精確地跟蹤或復(fù)現(xiàn)某個給定過程的控制系統(tǒng)，也可稱作隨動系統(tǒng)狹義伺服系統(tǒng)又稱位置隨動系統(tǒng)，其被控制量（輸出量）是負(fù)載機(jī)械空間位置的線位移或角位移，當(dāng)位置給定量（輸入量）作任意變化時，系統(tǒng)的主要任務(wù)是使輸出量快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)給定量的變化1.2.1

伺服系統(tǒng)組成基本工作原理位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實(shí)際位移量進(jìn)行位置反饋，與位置指令信號進(jìn)行比較，將兩者的差值進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號，控制驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服電動機(jī)以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到指令位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止1.2.1

伺服系統(tǒng)組成從自動控制理論的角度來分析，伺服系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分1.2.1

伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成原理框圖比較元件調(diào)節(jié)元件執(zhí)行元件被控對象測量、反饋元件輸入指令輸出量比較環(huán)節(jié)將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)元件（控制器）通常是計算機(jī)或PID（比例、積分和微分）控制電路主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作1.2.1

伺服系統(tǒng)組成執(zhí)行環(huán)節(jié)按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動被控對象工作機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動伺服機(jī)構(gòu)等被控對象指被控制的物件，是直接完成系統(tǒng)目的的主體被控對象一般包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負(fù)載，例如機(jī)械手臂，或機(jī)械工作平臺1.2.1

伺服系統(tǒng)組成檢測環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路1.2.1

伺服系統(tǒng)組成在實(shí)際的伺服控制系統(tǒng)中，上述每個環(huán)節(jié)在硬件特征上并不成立，可能幾個環(huán)節(jié)在一個硬件中，如測速直流電機(jī)既是執(zhí)行元件又是檢測元件伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1.2.1

伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1.2.1

伺服系統(tǒng)組成電氣式執(zhí)行元件包括直流(DC)伺服電機(jī)、交流（AC）伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及電磁鐵等，是最常用的執(zhí)行元件。伺服電機(jī)除了要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以外，一般還要求動態(tài)性能好，適合于頻繁使用，便于維修等液壓式執(zhí)行元件包括往復(fù)運(yùn)動油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達(dá)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(diǎn)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1.2.1

伺服系統(tǒng)組成氣壓式執(zhí)行元件除了用壓縮空氣作工作介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件沒有區(qū)別。氣壓驅(qū)動可得到較大的驅(qū)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伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1.2.1

伺服系統(tǒng)組成種類特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電氣式可用商業(yè)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(shí)現(xiàn)定位伺服控制；響應(yīng)快、易與計算機(jī)（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(shù)熟練氣源方便、成本低；無泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡便功率小、體積大、難于小型化；動作不平穩(wěn)、遠(yuǎn)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(shù)熟練。輸出功率大，速度快、動作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；易與計算機(jī)（CPU）連接設(shè)備難于小型化；液壓源和液壓油要求嚴(yán)格；易產(chǎn)生泄露而污染環(huán)境常用的控制用電機(jī)1.2.1

伺服系統(tǒng)組成機(jī)電一體化產(chǎn)品中常用的控制用電機(jī)是指能提供正確運(yùn)動或較復(fù)雜動作的伺服電機(jī)控制用電機(jī)有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動電機(jī)，通過電壓、電流、頻率(包括指令脈沖)等控制，實(shí)現(xiàn)定速、變速驅(qū)動或反復(fù)啟動、停止的增量驅(qū)動以及復(fù)雜的驅(qū)動，而驅(qū)動精度隨驅(qū)動對象的不同而不同常用的控制用電機(jī)1.2.1

伺服系統(tǒng)組成系統(tǒng)精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度1.2.2伺服系統(tǒng)性能的基本要求影響伺服系統(tǒng)精度的因素組成元件本身誤差傳感器的靈敏度和精度機(jī)械裝置反向間隙和傳動誤差各元器件的非線性因素等系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)形式輸入指令信號的形式部分精度允許的偏差一般在0.01～0.001mm穩(wěn)定性好作用在系統(tǒng)上的擾動消失后，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行或者在輸入指令信號作用下，系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力，在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后到達(dá)新的或者回復(fù)到原有平衡狀態(tài)如部分伺服系統(tǒng)要求靜態(tài)速降應(yīng)小于5％，動態(tài)速降小于10％工作頻率范圍大指系統(tǒng)允許輸入信號的頻率范圍當(dāng)工作頻率信號輸入時，系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作；而其它頻率信號輸入時，系統(tǒng)不能正常工作1.2.2伺服系統(tǒng)性能的基本要求快速響應(yīng)性好一是指動態(tài)響應(yīng)過程中，輸出量隨輸入指令信號變化的迅速程度，二是指動態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束的迅速程度快速響應(yīng)性是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒；另一方面，為滿足超調(diào)要求，要求過渡過程的前沿陡，即上升率要大節(jié)能高由于伺服系統(tǒng)的快速相應(yīng)，設(shè)備能夠根據(jù)自身的需要對供給進(jìn)行快速的調(diào)整，能夠有效提高設(shè)備的電能的利用率，從而達(dá)到高效節(jié)能1.2.2伺服系統(tǒng)性能的基本要求伺服系統(tǒng)的分類方法：1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類按照功能特征分類按照控制方式分類按照驅(qū)動方式分類按被控制量性質(zhì)分類位移、速度、力和力矩等伺服系統(tǒng)形式按執(zhí)行元件分類步進(jìn)電機(jī)伺服、直流電機(jī)伺服和交流電機(jī)伺服形式1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類按功能特征分類位置伺服點(diǎn)位伺服連續(xù)軌跡伺服直線伺服輪廓伺服速度伺服轉(zhuǎn)矩伺服按功能特征分類1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類位置伺服：位置控制是指轉(zhuǎn)角位置或直線移動位置的控制按數(shù)控原理分為點(diǎn)位控制（PTP）和連續(xù)軌跡控制（CP）點(diǎn)位控制（PTP）：點(diǎn)到點(diǎn)的定位控制，既不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡，也不在此過程中進(jìn)行加工或測量。如數(shù)控鉆床、沖床、鏜床、測量機(jī)和點(diǎn)焊工業(yè)機(jī)器人等連續(xù)軌跡控制（CP）：又分為直線控制和輪廓控制直線控制是指工作臺相對工具以一定速度沿某個方向的直線運(yùn)動(單軸或雙軸聯(lián)動)，在此過程中要進(jìn)行加工或測量。如數(shù)控鏜銑床、大多數(shù)加工中心和弧焊工業(yè)機(jī)器人等輪廓控制是控制兩個或兩個以上坐標(biāo)軸移動的瞬時位置與速度，通過聯(lián)動形成一個平面或空間的輪廓曲線或曲面。如數(shù)控銑床、車床、凸輪磨床、激光切割機(jī)和三坐標(biāo)測量機(jī)等1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類速度伺服系統(tǒng)速度控制是保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速與速度指令要求一致，通常采用PI控制方式。對于動態(tài)響應(yīng)、速度恢復(fù)能力要求特別高的系統(tǒng)，可采用變結(jié)構(gòu)（滑模）控制方式或自適應(yīng)控制方式速度控制既可單獨(dú)使用，也可與位置控制聯(lián)合成為雙回路控制，但主回路是位置控制，速度控制作為反饋校正，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，如各種數(shù)控機(jī)械的雙回路伺服系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)

轉(zhuǎn)矩控制是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小主要應(yīng)用在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類按控制方式分類開環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類由控制器送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠螺母副驅(qū)動執(zhí)行部件，無需位置檢測裝置系統(tǒng)的位置精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度、齒輪絲杠等傳動元件的導(dǎo)程或節(jié)距精度以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性位置精度較低，其定位精度一般可達(dá)±0.02mm。如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高到?.01mm由于步進(jìn)電機(jī)性能的限制，開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度也受到限制，在脈沖當(dāng)量為0.01mm時，一般不超過5m/min開環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類開環(huán)伺服控制系統(tǒng)位置控制控制器步進(jìn)驅(qū)動器

步進(jìn)馬達(dá)沒有反饋、只能進(jìn)行一個方向的控制。使用步進(jìn)馬達(dá)。

方向指令1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類開環(huán)伺服控制系統(tǒng)位置控制控制器步進(jìn)驅(qū)動器

步進(jìn)馬達(dá)１步進(jìn)角脈沖馬達(dá)指令脈沖１脈沖＝例步進(jìn)角０.３６°的情況１脈沖→０.３６°的動作

１０００脈沖→３６０°（１圈）1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類開環(huán)伺服控制系統(tǒng)位置控制控制器步進(jìn)驅(qū)動器

步進(jìn)馬達(dá)位置速度＝＝脈沖數(shù)脈沖頻率有失步的可能性急速負(fù)荷變動急速速度變動半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器信號處理+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動—+編碼器伺服電機(jī)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類將檢測裝置裝在伺服電機(jī)軸或傳動裝置末端，間接測量移動部件位移來進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，將編碼器和伺服電機(jī)作為一個整體，編碼器完成角位移檢測和速度檢測，用戶無需考慮位置檢測裝置的安裝問題不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測+—實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋功率驅(qū)動位置檢測—+伺服電機(jī)測速發(fā)電機(jī)或編碼器閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類將檢測裝置裝在移動部件上，直接測量移動部件的實(shí)際位移來進(jìn)行位置反饋的進(jìn)給系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補(bǔ)償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些由于采用了位置檢測裝置，所以，閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的位置精度在其他因素確定之后，主要取決于檢測裝置的分辨率和精度由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)位置控制控制器（ＮＣ裝置）伺服驅(qū)動器伺服馬達(dá)編碼器位置控制控制器（ＮＣ裝置）伺服驅(qū)動器伺服馬達(dá)編碼器絲性標(biāo)尺按驅(qū)動方式分1.2.3伺服控制系統(tǒng)的種類1.2.4伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢集成化伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中，構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)1.2.4伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢智能化系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)都可以通過人機(jī)對話的方式由軟件來設(shè)置具有故障自診斷與分析功能、參數(shù)自整定的功能等帶有自整定功能的伺服單元，可以通過幾次試運(yùn)行，自動將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來，并自動實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)化伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是綜合自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物1.2.4伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢簡易化根據(jù)用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強(qiáng)化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益發(fā)展方向：隨著生產(chǎn)力不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展1.2.4伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，增強(qiáng)軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移等因素的影響，可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條件開發(fā)高精度、快速檢測元件開發(fā)高性能的伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1∶10000，使用日益增多。無刷電機(jī)因無電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺服電機(jī)高兩倍，維護(hù)也較方便，常用于高速數(shù)控機(jī)床機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)多數(shù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是一個空間開鏈結(jié)構(gòu)，各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動是相互獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動，需要多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動，因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)比較，要復(fù)雜一些(1)機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個多變量控制系統(tǒng)，即使簡單的工業(yè)機(jī)器人也有3～5個自由度，比較復(fù)雜的機(jī)器人有十幾個自由度，甚至幾十個自由度，每個自由度一般包含一個伺服機(jī)構(gòu)，多個獨(dú)立的伺服系統(tǒng)必須有機(jī)地協(xié)調(diào)起來。例如，機(jī)器人的手部運(yùn)動是所有關(guān)節(jié)的合成運(yùn)動，要使手部按照一定的軌跡運(yùn)動，就必須控制各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動，包括運(yùn)動軌跡、動作時序等多方面的協(xié)調(diào)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)(2)運(yùn)動描述復(fù)雜，機(jī)器人的控制與機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān)。描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型是一個非線性模型，隨著狀態(tài)的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。因此，僅僅考慮位置閉環(huán)是不夠的，還要考慮速度閉環(huán)，甚至加速度閉環(huán)。在控制過程中，根據(jù)給定的任務(wù)，應(yīng)當(dāng)選擇不同的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，并做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，求解機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正問題和逆問題。此外，還要考慮各關(guān)節(jié)之間慣性力、哥氏力等的耦合作用和重力負(fù)載的影響，因此，系統(tǒng)中還經(jīng)常采用一些控制策略，如重力補(bǔ)償、前饋、解耦或自適應(yīng)控制等機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)

(3)具有較高的重復(fù)定位精度，系統(tǒng)剛性好。除直角坐標(biāo)機(jī)器人外，機(jī)器人關(guān)節(jié)上的位置檢測元件不能安裝在末端執(zhí)行器上，而應(yīng)安裝在各自的驅(qū)動軸上，構(gòu)成位置半閉環(huán)系統(tǒng)。此外，由于機(jī)器人運(yùn)行時要求運(yùn)動平穩(wěn)，不受外力干擾，為此系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性(4)信息運(yùn)算量大。機(jī)器人的動作住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)的問題，較高級的機(jī)器人可以采用人工智能的方法，用計算機(jī)建立起龐大的信息庫，借助信息庫進(jìn)行控制、決策管理和操作。根據(jù)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(biāo)要求，自動選擇最佳的控制規(guī)律機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)(5)需采用加（減）速控制。過大的加（減）速度會影響機(jī)器人運(yùn)動的平穩(wěn)性，甚至使機(jī)器人發(fā)生抖動，因此在機(jī)器人起動或停止時采取加（減）速控制策略。通常采用勻加（減）速運(yùn)動指令來實(shí)現(xiàn)。此外，機(jī)器人不允許有位置超調(diào)，否則將可能與工件發(fā)生碰撞。因此，要求控制系統(tǒng)位置無超調(diào)，動態(tài)響應(yīng)盡量快

(6)工業(yè)機(jī)器人還有一種特有的控制方式——示教再現(xiàn)控制方式。多數(shù)情況要求控制器的設(shè)計人員不僅要完成底層伺服控制器的設(shè)計，還要完成規(guī)劃算法的編程機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)指應(yīng)用于多軸運(yùn)動控制的精密伺服系統(tǒng)由高階運(yùn)動控制器與低階伺服驅(qū)動器運(yùn)動控制器負(fù)責(zé)運(yùn)動控制命令譯碼、各個位置控制軸彼此間的相對運(yùn)動、加減速輪廓控制等等，其主要作用在于降低整體系統(tǒng)運(yùn)動控制的路徑誤差伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)伺服電機(jī)的位置控制，其主要作用在于降低伺服軸的追隨誤差1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，靠它來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動伺服驅(qū)動器是伺服電機(jī)的功率電源指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動器正常工作1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)機(jī)器人對伺服電機(jī)的要求比其它兩個部分都高具有快速響應(yīng)性。電機(jī)從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好起動轉(zhuǎn)矩慣量比要大。在驅(qū)動負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小具有控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)機(jī)器人對伺服電機(jī)的要求比其它兩個部分都高機(jī)器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而精密伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進(jìn)性比較的首要因素國外先進(jìn)伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應(yīng)絕大多數(shù)應(yīng)用需求，其研發(fā)資源集中在個別高端應(yīng)用及整體性能提升方面，處于精雕細(xì)刻階段在工業(yè)4.0的大背景下，國產(chǎn)伺服任重而道遠(yuǎn)，還需努力追趕！1.3

機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)1、機(jī)器人的分類及主要性能指標(biāo)2、伺服控制系統(tǒng)的分類與組成3、開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的特點(diǎn)4、機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)小結(jié)機(jī)器人伺服控制第二章機(jī)器人本體機(jī)器人本體屬于設(shè)備集成的范疇機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，從控制的角度來看，機(jī)器人系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)械傳動系統(tǒng)，也是機(jī)器人的支承基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置負(fù)責(zé)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將控制系統(tǒng)下達(dá)的命令轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的信號感知系統(tǒng)完成信號的輸入與反饋，包括內(nèi)部傳感系統(tǒng)和外部傳感系統(tǒng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)任務(wù)及信息的處理，輸出控制命令信號第二章機(jī)器人本體第二章機(jī)器人本體第二章機(jī)器人本體第二章機(jī)器人本體主要內(nèi)容contents2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.2機(jī)器人的硬件2.3機(jī)器人的電源系統(tǒng)第二章機(jī)器人本體2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人本體擬人化考慮，將本體部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（移動機(jī)器人）機(jī)器人機(jī)構(gòu)：傳動部件和機(jī)械構(gòu)件仿照生物形態(tài)分為臂、腕、手、足、翅膀、鰭、軀干等臂、腕、手：用于操作環(huán)境中的對象足、翅膀、鰭：使機(jī)器人移動軀干：連接各個器官的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，同時參與操作和移動等運(yùn)動功能2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人本體日本安川機(jī)器人揮刀削豌豆2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂、腕、和手臂：桿件及關(guān)節(jié)組成，機(jī)器人的主要執(zhí)行部件支撐腕部和手部，并帶動它們在空間運(yùn)動包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動有關(guān)的構(gòu)件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向定位裝置、支撐聯(lián)接和位置檢測元件等此外，還有與腕部或手臂的運(yùn)動和聯(lián)接支撐等有關(guān)的構(gòu)件、配管配線等2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂、腕、和手腕部結(jié)構(gòu)：聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件確定手部的作業(yè)方向具有獨(dú)立的自由度，以滿足機(jī)器人手部完成復(fù)雜的姿態(tài)。確定手部作業(yè)方向，需三個自由度，三個回轉(zhuǎn)方向：單一的翻轉(zhuǎn)功能：手腕的關(guān)節(jié)軸線與手臂的縱軸線共線，?；剞D(zhuǎn)角度不受結(jié)構(gòu)限制，可以回轉(zhuǎn)360°以上。該運(yùn)動用翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（R關(guān)節(jié)）實(shí)現(xiàn)單一的俯仰功能：手腕關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線相互垂直，轉(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)限制，通常小于360°。該運(yùn)動用折曲關(guān)節(jié)（B關(guān)節(jié)）實(shí)現(xiàn)單一的偏轉(zhuǎn)功能：手腕關(guān)節(jié)軸線與手臂及手的軸線在另一個方向上相互垂直；轉(zhuǎn)角度受結(jié)構(gòu)限制，通常小于360°。該運(yùn)動用折曲關(guān)節(jié)（B關(guān)節(jié)）實(shí)現(xiàn)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂、腕、和手腕部結(jié)構(gòu)：聯(lián)接手臂和手部的結(jié)構(gòu)部件腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要滿足傳動靈活、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、避免干涉機(jī)器人多數(shù)將腕部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部分安排在小臂上首先設(shè)法使幾個電動機(jī)的運(yùn)動傳遞到同軸旋轉(zhuǎn)的心軸和多層套筒上去，運(yùn)動傳入腕部后再分別實(shí)現(xiàn)各個動作腕部坐標(biāo)系手腕的臂轉(zhuǎn)手腕的腕擺手腕的回轉(zhuǎn)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂、腕、和手手部結(jié)構(gòu)：獨(dú)立部件直接關(guān)系著夾持工件時的定位精度、夾持力的大小等功能和形態(tài)上看，可分為工業(yè)機(jī)器人的手部和仿人機(jī)器人的手部常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類吸附類夾鉗式（１）柔性手（２）多指靈活手工業(yè)機(jī)器人的手部2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動機(jī)構(gòu)（下肢）機(jī)器人可分成固定式和行走式兩種。一般工業(yè)機(jī)器人為固定式的。隨著社會的發(fā)展，具有智能的可移動機(jī)器人、能夠自行的柔性機(jī)器人是今后機(jī)器人的發(fā)展方向之一移動機(jī)構(gòu)行走機(jī)器人的重要執(zhí)行部件驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成一方面支承機(jī)器人的機(jī)身、臂部和手部，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在更廣闊的空間內(nèi)運(yùn)動2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動機(jī)構(gòu)（下肢）行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有：車輪式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)車輪的形式充氣球輪半球形輪傳統(tǒng)車輪無緣輪(用于沙丘地形)（用于火星表面移動）（用于平坦的堅硬路面）(用來爬越階梯及水田中)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)插秧機(jī)器人Marshod火星漫游車智能輪式機(jī)器人垃圾桶車輪式行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)車輪的配置和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩后輪獨(dú)立驅(qū)動前輪驅(qū)動和轉(zhuǎn)向后輪差動前輪轉(zhuǎn)向后輪分散驅(qū)動四輪同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3輪車輪的配置4輪車輪的配置車輪式行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)越障輪式機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)越障輪式機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)輪式行走機(jī)構(gòu)的拓展，履帶本身起著給車輪連續(xù)鋪路的作用履帶機(jī)器人常規(guī)結(jié)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)形狀可變履帶行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)履帶式行走機(jī)構(gòu)位置可變履帶行走機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)

單足跳躍機(jī)器人雙足機(jī)器人三足機(jī)器人四足機(jī)器人六足機(jī)器人2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)

正向?qū)ΨQ分布前后向?qū)ΨQ分布足的主平面的安排2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)足的幾何構(gòu)型哺乳動物形爬行動物昆蟲形2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)足式行走機(jī)構(gòu)

足的相對方位內(nèi)側(cè)相對彎曲外側(cè)相對彎曲同側(cè)彎曲2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動機(jī)構(gòu)（下肢）行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)除了車輪式行走機(jī)構(gòu)、履帶式行走機(jī)構(gòu)和足式行走機(jī)構(gòu)之外，還有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)、蠕動式行走機(jī)構(gòu)、混合式行走機(jī)構(gòu)和蛇行式行走機(jī)構(gòu)等，以適合于各種特別的場合2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動機(jī)構(gòu)（下肢）2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)軀干-機(jī)身直接聯(lián)接、支承和傳動手臂及行走機(jī)構(gòu)的部件由臂部運(yùn)動(升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰)機(jī)構(gòu)及有關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成由于機(jī)器人的運(yùn)動型式、使用條件、負(fù)載能力各不相同，所采用的驅(qū)動裝置、傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置也不同，致使機(jī)身結(jié)構(gòu)有很大差異常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)：升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)軀干-機(jī)身一般情況下，實(shí)現(xiàn)臂部的升降、回轉(zhuǎn)或或俯仰等運(yùn)動的驅(qū)動裝置或傳動件都安裝在機(jī)身上臂部的運(yùn)動愈多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力愈復(fù)雜。機(jī)身既可以是固定式的，也可以是行走式的，即在它的下部裝有能行走的機(jī)構(gòu)，可沿地面或架空軌道運(yùn)行2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)用來連接驅(qū)動部分與執(zhí)行部分，將驅(qū)動部分的運(yùn)動形式、運(yùn)動及動力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動形式、運(yùn)動及動力參數(shù)。如把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩。常用的傳動部件有齒輪、齒條、滾珠絲杠、連桿、鏈、渦輪、同步帶和諧波齒輪等2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)齒輪傳動齒輪傳動裝置是由兩個或兩個以上的齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu)。不但可以傳遞運(yùn)動角位移和角速度，還可以傳遞力和力矩優(yōu)點(diǎn)基于杠桿原理可以獲得大的變速比和大的力矩比缺點(diǎn)齒輪的引入會增加系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量，從而使驅(qū)動電機(jī)的響應(yīng)時間變長齒輪間隙誤差累積會導(dǎo)致機(jī)器人手臂定位誤差增加2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)帶傳動同步皮帶上有許多型齒，和同樣具有型齒的同步皮帶輪齒相嚙合工作時，相當(dāng)于柔軟齒輪優(yōu)點(diǎn)柔性好、傳動平穩(wěn)比齒輪鏈價格低得多，加工也容易得多同步皮帶還被用于輸入軸和輸出軸方向不一致的情況。這時，只要同步皮帶足夠長，使皮帶的扭角誤差不太大，同步皮帶仍能夠正常工作，因而降低了對加工和安裝精度的要求2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)帶傳動缺點(diǎn)傳動力矩沒齒輪鏈大適用如果輸出軸的位置采用碼盤測量，輸入傳動的同步皮帶可以放在伺服環(huán)外面，對系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)性不會有影響，重復(fù)精度可以達(dá)到1微米以內(nèi)2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)諧波齒輪傳動由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個主要零件組成剛性齒輪固定安裝，柔性齒輪沿剛性齒輪的內(nèi)齒轉(zhuǎn)動。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個齒，所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉(zhuǎn)一圈就反方向轉(zhuǎn)過兩個齒的相應(yīng)轉(zhuǎn)角2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)諧波齒輪傳動諧波發(fā)生器具有橢圓形輪廓，裝在諧波發(fā)生器上的滾珠用于支承柔性齒輪，諧波發(fā)生器驅(qū)動柔性齒輪旋轉(zhuǎn)并使之發(fā)生塑性變形轉(zhuǎn)動時，柔性齒輪的橢圓形端部只有少數(shù)齒與剛性齒輪嚙合，只有這樣，柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自由地轉(zhuǎn)過一定的角度2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)連桿傳動利用連桿機(jī)構(gòu)傳動動力的機(jī)械傳動方式，在所有的傳動方式中連桿傳動功能最多，可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，往返運(yùn)動，指定軌跡運(yùn)動，甚至還可以指定經(jīng)過軌跡上某點(diǎn)時的速度2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)鏈傳動由兩個具有特殊齒形的鏈輪和一條撓性的閉合鏈條所組成，依靠鏈和鏈輪輪齒的嚙合而傳動特點(diǎn)是可以在傳動大扭矩避免打滑，但傳遞大于額定扭矩時，如果鏈條卡住可能損壞電機(jī)鏈傳動主要用于傳動速比準(zhǔn)確或者兩軸相距較遠(yuǎn)的場合2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)齒輪齒條裝置（旋轉(zhuǎn)平移）拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷蔚?。通常，齒條是固定不動的；當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時，帶動齒輪軸連同拖板沿齒條方向作直線運(yùn)動。這樣，齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動就轉(zhuǎn)換成為拖板的直線運(yùn)動該裝置的回差較大2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)-傳動機(jī)構(gòu)絲杠傳動（旋轉(zhuǎn)平移）普通絲杠傳動由一個旋轉(zhuǎn)的精密絲杠驅(qū)動一個螺母沿絲杠軸向移動滑動摩擦力大、低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象、且回差大通過在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠，演變成滾珠絲杠。滾動摩擦小、運(yùn)動平穩(wěn)、雙螺母預(yù)緊去回差2.1機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人機(jī)械構(gòu)造除了每個關(guān)節(jié)構(gòu)成和傳動裝置外，還有一些特殊的機(jī)械部件完成相應(yīng)的功能，如聯(lián)軸器、制動器、離合器、減速器等聯(lián)軸器用來連接不同機(jī)構(gòu)中兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械部件許多機(jī)械臂需要在各關(guān)節(jié)處安裝制動器，其作用是：在機(jī)器人停止工作時，保持機(jī)械臂的位置不變減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪-蝸桿傳動所組成的獨(dú)立部件，常用在工作機(jī)和動力機(jī)之間作為減速的傳動裝置離合器是一種在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可使兩軸隨時接合或分離的裝置，主要是用來操縱機(jī)器人傳動系統(tǒng)的斷續(xù)，以便進(jìn)行變速和換向2.2機(jī)器人的硬件感知系統(tǒng)：設(shè)備上或周圍的傳感器，可以感知周圍環(huán)境并向設(shè)備提供有用的反饋，相當(dāng)于人的“五官”控制系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的情況處理傳感器輸入，并按照情況指示系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)動作的系統(tǒng)，相當(dāng)于人的“大腦”驅(qū)動控制機(jī)構(gòu)，可以通過控制器的控制信號來控制使其驅(qū)動機(jī)械機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作行為，相當(dāng)于人的“四肢”各種感知系統(tǒng)CPU（操作系統(tǒng)、算法、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)行控制）驅(qū)動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.2.1感知系統(tǒng)傳感器是一個控制系統(tǒng)的“電五官”，它感測到外界的信息，然后反饋給系統(tǒng)的處理器即“電腦”進(jìn)行加工處理2.2.1感知系統(tǒng)2.2.1感知系統(tǒng)機(jī)器人的傳感器，廣義上可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩類內(nèi)部傳感器速度、角速度傳感器加速度傳感器位置、角度傳感器力/力矩傳感器其他光電開關(guān)霍爾傳感器電位計光電碼盤磁柵傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器加速度計其他增量編碼器脈沖發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)角加速度計其他彈性梁應(yīng)變片其他姿態(tài)傳感器慣性傳感器其他限位開關(guān)2.2.1感知系統(tǒng)外部傳感器用于感知外部環(huán)境信息，如環(huán)境的溫度、濕度、物體的顏色和紋理、與機(jī)器人的距離等，機(jī)器人---環(huán)境發(fā)生交互作用使機(jī)器人對環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力外部傳感器視覺傳感器觸覺傳感器聽覺傳感器嗅覺傳感器其它接近與距離覺傳感器2.2.2控制系統(tǒng)機(jī)器人的神經(jīng)中樞，機(jī)器人的“大腦”“大腦”是機(jī)器人區(qū)別于簡單的自動化機(jī)器的主要標(biāo)志后者在重復(fù)指令下完成一系列重復(fù)操作。機(jī)器人大腦能夠處理外界的環(huán)境參數(shù)如距離信號，然后根據(jù)編程或者接線的要求去決定合適的系列反應(yīng)2.2.2控制系統(tǒng)以工業(yè)機(jī)器人為例工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件組成2.2.2控制系統(tǒng)在機(jī)器人中最常見的大腦是一種或者多種處理器比如微處理器、微控制器、DSP、FPGA、SOC等和外接的相應(yīng)外圍電路構(gòu)成微處理器微控制器DSPFPGASOC微處理器(MicroprocessorUnit，MPU)在同一電路板上包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，由嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路主板上構(gòu)成一個通常所說的單板機(jī)系統(tǒng)微處理器的功能結(jié)構(gòu)主要包括:運(yùn)算器、控制器、寄存器三部分運(yùn)算器的主要功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算控制器是整個微機(jī)系統(tǒng)的指揮中心，其主要作用是控制程序的執(zhí)行。包括對指令進(jìn)行譯碼、寄存，并按指令要求完成所規(guī)定的操作，即指令控制、時序控制和操作控制寄存器用來存放操作數(shù)、中間數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)2.2.2控制系統(tǒng)微處理器(MicroprocessorUnit，MPU)MPU目前主要有x86、PowerPC、Motorola68000、MIPS、ARM系列等和工業(yè)控制計算機(jī)相比優(yōu)點(diǎn)：嵌入式微處理器組成系統(tǒng)體積小、重量輕、成本低、可靠性高缺點(diǎn)：在其同一電路板包括所有處理器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差2.2.2控制系統(tǒng)微控制器(MicrocontrollerUnit，MCU)又稱單片機(jī)，將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，根據(jù)某些典型應(yīng)用，在芯片內(nèi)部集成了ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能部件和外設(shè)最具代表性的有8051/8052、MCS-96/196、PIC、M16C（三菱）、XA（Philips）、AVR（Atmel）等系列和嵌入式微處理器相比，微控制器的單片化使應(yīng)用系統(tǒng)的體積大大減小，從而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高微控制器是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流2.2.2控制系統(tǒng)DSP(DigitalSignaIProcessor，EDSP)一種獨(dú)特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件一個數(shù)字信號處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運(yùn)算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數(shù)量的外

部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機(jī)DSP采用的是數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊2.2.2控制系統(tǒng)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度是其兩大特色現(xiàn)場可編程門陣列（Field

Programmable

Gate

Array，F(xiàn)PGA）在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是專用集成電路（ASIC）中集成度最高的一種FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic

Cell

Array），內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable

Logic

Block）、輸出輸入模塊IOB

（Input

Output

Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三部分FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等2.2.2控制系統(tǒng)現(xiàn)場可編程門陣列（Field

Programmable

Gate

Array，F(xiàn)PGA）作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，F(xiàn)PGA既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)，上至高性能CPU，下至簡單的74電路，都可以用FPGA來實(shí)現(xiàn)2.2.2控制系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip，SOC)在一塊硅片上實(shí)現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)，這就產(chǎn)生了SOC技術(shù)各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，和其他許多嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL、VerIog等硬件語言描述，存儲在器件庫中用戶只需定義出其整個應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品目前有Siemens的TriCore，Motorola的MCore，英國的ARM核及產(chǎn)品化C8051F（美國Cygnal公司）等2.2.2控制系統(tǒng)除某些無法集成的器件以外，整個系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中常用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式二級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式開發(fā)機(jī)器人控制專用VLSI利用有并行處理能力的芯片式計算機(jī)（Transputer，DSP）構(gòu)成并行處理網(wǎng)絡(luò)2.2.2控制系統(tǒng)常用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式2.2.2控制系統(tǒng)常用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式2.2.2控制系統(tǒng)常用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式2.2.2控制系統(tǒng)2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機(jī)器人進(jìn)行動作輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量機(jī)器人驅(qū)動器（robotactuator）用來使機(jī)器人發(fā)出動作的動力機(jī)構(gòu)。機(jī)器人驅(qū)動器可將電能、液壓能和氣壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的動力2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)器人的驅(qū)動方式主要分為直接驅(qū)動和間接驅(qū)動兩種無論何種方式，都是對機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動直接驅(qū)動方式：驅(qū)動器的輸出軸和機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)軸直接相連直接驅(qū)動機(jī)器人也叫作DD機(jī)器人(Directdriverobot)，簡稱DDR直接驅(qū)動方式的驅(qū)動器和關(guān)節(jié)之間的機(jī)械系統(tǒng)較少，因而能夠減少摩擦等非線性因素的影響，控制性能比較好間接驅(qū)動方式：驅(qū)動器經(jīng)過減速器或鋼絲繩、皮帶、平行連桿等裝置后與關(guān)節(jié)軸相連目前大部分機(jī)器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動間接驅(qū)動帶來了機(jī)械傳動中不可避免的誤差，引起沖擊振動，影響機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性，并且增加關(guān)節(jié)重量和尺寸2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)按利用的能源來分類，主要可分為電驅(qū)動裝置、液壓驅(qū)動裝置和氣壓驅(qū)動裝置2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動裝置機(jī)器人的能源是由電動機(jī)提供的，通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)動達(dá)到完成機(jī)器人如移動，抓取，搬運(yùn)等一系列操作電動機(jī)的效率等級表明多少消耗的電量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能按原理和用途來分可分為步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和直接驅(qū)動電機(jī)57步進(jìn)電機(jī)套裝伺服電機(jī)套裝直接驅(qū)動電機(jī)2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，其旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的可通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的可通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制簡單，開環(huán)控制控制方法給脈沖，對應(yīng)一個步距改變頻率，控制速度改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向工作原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)伺服電機(jī)：包括直流和交流伺服電機(jī)可控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜主要特點(diǎn)：當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)直流伺服電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸、伺服電動機(jī)繞組換向器、伺服電動機(jī)繞組、測速電動機(jī)繞組通過換向器將直流轉(zhuǎn)換成電樞繞組中的交流，從而使電樞產(chǎn)生一個恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩與電流成比例無負(fù)載速度與電壓基本成比例左手定則T=BILr換向器電刷2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)直流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式線性驅(qū)動脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）驅(qū)動控制方法：閉環(huán)控制電壓控制：向電機(jī)施加與速度偏差成比例的電壓電流控制：向電機(jī)供給與速度偏差成比例的電流優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方便（可無級調(diào)速），調(diào)速范圍寬，低速性能好（啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流?。?，運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制缺點(diǎn)：換相器需經(jīng)常維護(hù)，電刷極易磨損，必須經(jīng)常更換，噪音比交流電機(jī)大2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）包括交流同步伺服電動機(jī)和交流異步伺服電動機(jī)同步電機(jī)：定子是永磁體，所謂同步是指轉(zhuǎn)子速度與定子磁場速度相同異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子和定子上都有繞組，所謂異步是指轉(zhuǎn)子磁場和定子間存在速度差（不是角度差）2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服電機(jī)特點(diǎn)：無電刷和換向器，無產(chǎn)生火花的危險；比直流電機(jī)的驅(qū)動電路復(fù)雜、價格高同步電機(jī)的特點(diǎn)：體積小。用途：要求響應(yīng)速度快的中等速度以下的工業(yè)機(jī)器人；機(jī)床領(lǐng)域異步電機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量很小，響應(yīng)速度很快。用途：中等功率以上的伺服系統(tǒng)2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服電機(jī)控制方法幅值控制：通過改變控制電壓Uc的幅值來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相位控制：通過改變控制電壓Uc的相位，從而改變控制電流Ic與勵磁電流If之間的相位角來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速幅相控制是指通過同時改變控制電壓Uc的幅值及Ic與If之間的相位角來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速雖然幅相控制的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性最差，但由于這種方法所采用的控制設(shè)備簡單，不用移相裝置，應(yīng)用最為廣泛2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)直接驅(qū)動電機(jī)DD馬達(dá)（直接驅(qū)動電機(jī)）是伺服技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物延續(xù)了伺服電機(jī)的特性，低速大扭矩、高精度定位、高響應(yīng)速度、結(jié)構(gòu)簡單，減小機(jī)械損耗、低噪聲、少維護(hù)不用連接減速機(jī)，直接與負(fù)載相連。省掉了減速機(jī)等機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的精度。同時消除了由于使用減速機(jī)而產(chǎn)生的效率損失，充份利用能源基于電磁鐵原理的可變磁阻（VR）電機(jī)和基于永久磁鐵的HB電機(jī)VR電機(jī)磁路具有非線性，控制性能比較差HB電機(jī)存在轉(zhuǎn)速波動大的缺點(diǎn)2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)液壓驅(qū)動裝置利用液體的抗擠壓力來實(shí)現(xiàn)力的傳遞，由液壓動力機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)分為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)和電氣液壓伺服系統(tǒng)兩類2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)液壓驅(qū)動裝置適用于生產(chǎn)線固定式大功率機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)具有比較大的扭矩和功率，功率/重量比大減小執(zhí)行裝置的體積、剛度高實(shí)現(xiàn)高速、高精度的位置控制、通過流量控制可以實(shí)現(xiàn)無級變速缺點(diǎn)穩(wěn)定性較差、有因漏油而發(fā)生火災(zāi)的危險壓油源和進(jìn)油、回油管路等附屬設(shè)備占空間較大2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)氣壓驅(qū)動裝置由氣源、氣動執(zhí)行元件、氣動控制閥和氣動輔件組成。氣源一般由壓縮機(jī)提供氣動執(zhí)行元件把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動工作部件氣動控制閥用來調(diào)節(jié)氣流方向、壓力和流量，相應(yīng)地分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價格低，清潔，動作靈敏，具有緩沖作用。缺點(diǎn)：需要增設(shè)氣壓源，且與液壓驅(qū)動裝置相比，功率較小，剛度差，噪音大，速度不易控制2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動器的選擇應(yīng)以作業(yè)要求、生產(chǎn)環(huán)境為先決條件，以價格高低、技術(shù)水平為評價標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為100kg以下的，可優(yōu)先考慮電動驅(qū)動器只須點(diǎn)位控制且功率較小者，可采用氣動驅(qū)動器負(fù)荷較大或機(jī)器人周圍已有液壓源的場合，可采用液壓驅(qū)動器對于驅(qū)動器來說，最重要的是要求起動力矩大，調(diào)速范圍寬，慣量小，尺寸小，同時還要有性能好的、與之配套的數(shù)字控制系統(tǒng)2.2.3驅(qū)動系統(tǒng)隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用新工作原理制造的新型的驅(qū)動器，如磁致伸縮驅(qū)動器、壓電驅(qū)動器、靜電驅(qū)動器、形狀記憶合金驅(qū)動器、超聲波驅(qū)動器、人工肌肉、光驅(qū)動器等磁致伸縮驅(qū)動器：主要用于微小驅(qū)動場合壓電驅(qū)動器：驅(qū)動亞微米級的精度靜電驅(qū)動器：利用電荷間的吸力和排斥力互相作用順序驅(qū)動電極而產(chǎn)生平移或旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動形狀記憶合金驅(qū)動器：已知的形狀記憶合金有Au-Cd、In-Tl、Ni-Ti，Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al等幾十種超聲波驅(qū)動器：無鐵芯和線圈，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、響應(yīng)快、力矩大，不需配合減速裝置就可低速運(yùn)行，因此，很適合用于機(jī)器人、照相機(jī)和攝像機(jī)等驅(qū)動2.3機(jī)器人的電源系統(tǒng)機(jī)器人的能源子系統(tǒng)是為機(jī)器人上所有的控制子系統(tǒng)、驅(qū)動及執(zhí)行子系統(tǒng)提供能源的部分小型機(jī)器人由于體積、尺寸、重量的限制，對其采用的電源有各種嚴(yán)格要求移動機(jī)器人通常不能采取線纜供電的方式（除一些管道機(jī)器人、水下機(jī)器人外），必須采用電池或內(nèi)燃機(jī)供電；相對于汽車等應(yīng)用，要求電池體積小、重量輕、能量密度大；并且要求在各種震動、沖擊條件下接近或者達(dá)到汽車電池的安全性、可靠性2.3機(jī)器人的電源系統(tǒng)由于電池技術(shù)發(fā)展的限制，當(dāng)前任何電池和電機(jī)系統(tǒng)都很難達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的能量密度及續(xù)航時間。因此對機(jī)器人系統(tǒng)的電源管理技術(shù)也提出了更高的要求通常，一臺長寬高尺寸在0.5米左右、重30-50kg的移動機(jī)器人總功耗約為50-200W（用于室外復(fù)雜地形的機(jī)器人可達(dá)到200-400W），而200Wh（瓦特小時）的電池重量可達(dá)3-5kg。因此，在沒有任何電源管理技術(shù)的情況下要維持機(jī)器人連續(xù)3-5小時運(yùn)行，就需要600-1000Wh的電池，重達(dá)10-25kg在化學(xué)電池中，根據(jù)能否用充電方式恢復(fù)電池存儲電能的特性，可以分為一次電池（也稱原電池）和二次電池（又名蓄電池，俗稱可充電電池，可以多次重復(fù)使用）兩大類由于需要重復(fù)使用，機(jī)器人上通常采用二次電池干電池鉛酸蓄電池鎳鎘、鎳氫電池鋰離子、鋰聚合物電池電池二次電池一次電池2.3.1電池鉛酸蓄電池最大的特點(diǎn)是價格較低，支持20C以上的大電流放電（即10Ah的電池可以達(dá)到10*20=200A的放電電流）