机器人驱动方法.ppt

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1、第三章驱动方法液压驱动气压驱动直流电动机驱动步进电动机驱动其他驱动形式第一节液压驱动把油压泵产生的工作油的压力能．转变成机械能的装置称为液压执行器。在驱动液压执行器时，作为外围设备，包括：(1)形成液压的液压泵；(2)供给工作油的导管；(3)控制工作油流动的液压控制阀；(4)控制控制阀的控制回路，根据液压执行器输出量的形式的不同，大致可以把它们区分为作直线运动的油压缸和作旋转运动的油压马达。第一节液压驱动功率——重量比高，低速时输出力大（无论直线驱动还是旋转驱动）,适合微处理器及电子控制，可用于极端恶劣的外部环境。液压系统中存在不可避免的泄漏、噪声和低速不稳定等问题，以及

2、功率单元非常笨重和昂贵。现在大部分机器人是电动的，当然仍有许多工业机器人带有液压驱动器。此外，对于一些需要巨大型机器人和民用服务机器人的特殊应用场合，液压驱动器仍可能是合适的选择。一、液压缸二、液压马达齿轮马达二、液压马达叶片型马达二、液压马达柱塞式马达三、电液伺服阀阀芯位移等于挡板位移，它与输入电流成正比。当供油压力和负载压力一定时，输出的负载流量与阀芯位移成正比。四、液压伺服马达当供油口处于关闭状态，阀芯向右移动(x>0)时供油压力ps经过节流口从左通道流到驱动器活塞左侧并以压力p1使载荷向右(y>0)移动。相反，阀芯向左移动(x<0)时压力p2的液压油供到活塞右侧使

3、负载向左(y<0)移动。第二节气压驱动气压驱动器在原理上与液压驱动器相同；由于气动装置的工作压强低，和液压系统相比，功率——重量比低得多；由于空气的可压缩性，在负载作用下会压缩和变形，控制气缸的精确位置很难。因此气动装置通常仅用于插入操作或1/2自由度关节上；结构简单，安全可靠，价格便宜；液压驱动与气压驱动之对比液压驱动适于搬运较重的物体不适于高速移动适于确定高精度位置气压驱动适于搬运较轻的物体适于高速移动不适于确定高精度位置第三节电气驱动利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，以获得所要求的位置、速度和加速度；无环境污染、易于控制、运动精度高

4、、成本低、驱动效率高；一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。机器人对关节驱动电机的主要要求1）快速性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好。2）起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。3）控制特性的连续性和直线性。随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。5）体积小、质量小、轴向尺寸短。6）能经受得起

5、苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。工业机器人驱动系统中所用电动机1）步进电动机：多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。2）交流伺服电动机3）直流伺服电动机交流伺服电动机、直流伺服电动机均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。驱动系统中所用传感器速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混合式光电位置传感器，

6、伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电动机驱动单元。3.1直流伺服电动机及其驱动组成：一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成的整体；优点：启动转矩大、体积小、重量轻、转速易控制、效率高；缺点：有电刷和换向器，需要定期维修、更换电刷，使用寿命短，噪声大；小惯量直流伺服电动机大惯量宽调速直流电动机一、伺服电机的选择直流伺服电动机驱动二、总传动比的选择直流伺服电动机驱动“电”与“机”的匹配问题三、直流伺服电机的驱动直流伺服电机的机械特性控制电压电机结构常数每极磁通电枢回路电阻负载转矩转速电机转速的控制：“调压调速”（★）“调磁调速”三、直流伺服电机的驱动直流

7、伺服电机常采用PWM方式驱动。它利用大功率晶体管的开关作用，将恒定的直流电源电压斩成一定频率的方波电压，并加在直流电动机的电枢上，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压来控制电动机的转速。PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器。速度伺服驱动器的构成来自微机控制指令电压测速度代表实际转速位置伺服驱动器测转角位置电压控制信号3.2同步式交流伺服电动机驱动器同直流伺服电动机驱动系统相比，同步式交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火