工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式

工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式

一、驅(qū)動(dòng)裝置的分類機(jī)器人驅(qū)動(dòng)分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三種形式。1．液壓驅(qū)動(dòng)：

分類：

從運(yùn)動(dòng)形式來(lái)分分為直線驅(qū)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)如液壓馬達(dá)、擺動(dòng)液壓缸。

從控制分為開(kāi)環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng)。適用范圍：

液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積比，適合于大負(fù)載的情形。

液壓驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于它的安全性。如噴漆時(shí)要求工作區(qū)域所帶電壓不超過(guò)9V。

莫托曼機(jī)器人搬運(yùn)噴涂機(jī)器人2．氣壓驅(qū)動(dòng)：

分類：直線氣缸，擺動(dòng)汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)馬達(dá)。適用范圍：

適合于節(jié)拍快、負(fù)載小且精度要求不高的場(chǎng)合（因?yàn)榭諝饩哂锌蓧嚎s性）。3．電機(jī)驅(qū)動(dòng)：

分類：

按照電機(jī)的工作原理不同分為步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)等。按照控制水平的高低來(lái)分分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。適用范圍：適合于中等負(fù)載，特別適合于動(dòng)作復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)格的各類機(jī)器人。二、對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量盡可能要輕。單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率高。反應(yīng)速度要快。要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大。

動(dòng)作平滑，不產(chǎn)生沖擊?？刂旗`活，位移偏差和速度偏差小。安全可靠。

操作維修方便等。三、液壓驅(qū)動(dòng)裝置

1．實(shí)現(xiàn)現(xiàn)直線線運(yùn)動(dòng)動(dòng)的液液壓缸缸：主要構(gòu)構(gòu)成：主要由由活塞塞、活活塞桿桿、缸缸體、、缸蓋蓋、密密封圈圈、進(jìn)進(jìn)出油油口等等構(gòu)成成。工作原原理：：?jiǎn)位钊麠U液液壓缸缸結(jié)構(gòu)構(gòu)圖：：主要構(gòu)構(gòu)成：：1、18—缸蓋11—活塞12—活塞桿桿3—進(jìn)、出出油口口7、8、9、15、16—密封圈圈數(shù)字液液壓缸缸數(shù)字液液壓缸缸原理理1.1、適合合多參參數(shù)多多系統(tǒng)統(tǒng)協(xié)同同工作作。1.2、高分分辨率率運(yùn)動(dòng)動(dòng)控制制精度度。可可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)大型型機(jī)械械裝備備微米米級(jí)的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)控制制，且且響應(yīng)應(yīng)迅速速1.3、無(wú)損失遠(yuǎn)程控制執(zhí)行?？煽赏ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)程進(jìn)行系系統(tǒng)的操控。。1.4、運(yùn)動(dòng)特性完完全數(shù)字化。。速度、行程程與電脈沖有有直接的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系，2、優(yōu)秀的生存存力2.1、高電磁兼容性、高抗干擾。。由于傳輸采采用數(shù)字脈沖沖功率信號(hào)可可控性好。、低電磁輻射射。2.2、抗大加速度度沖擊振動(dòng)。。由于數(shù)字液液壓器件不采采用線性電磁磁鐵作為控制制核心，因此此抗沖擊和震震動(dòng)能力大大大提高。2.3、高抗污染。。對(duì)液壓油的的過(guò)濾精度沒(méi)沒(méi)有嚴(yán)格要求求，甚至液壓壓油受到污染染，同樣不會(huì)會(huì)造成系統(tǒng)的的精度降低，，更不會(huì)造成成嚴(yán)重的誤動(dòng)動(dòng)作甚至是事事故。2.4、寬范圍的工工作介質(zhì)。無(wú)無(wú)論采用礦物油還是水基乳化液等都可以很好好工作。2.5、容易實(shí)現(xiàn)防防爆。2.6、快速實(shí)現(xiàn)自自動(dòng)和手動(dòng)的的轉(zhuǎn)換控制。。可以隨時(shí)通通過(guò)簡(jiǎn)單和輕輕便的方式實(shí)實(shí)現(xiàn)人工控制制，即便是超超大載荷，依依然可以單手手指操控，避避免裝備失控控。3、簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)計(jì)、使用及維維護(hù)性。技術(shù)特點(diǎn)2．實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬馬達(dá)：液壓馬達(dá)是將將液壓能轉(zhuǎn)換換為機(jī)械能的的裝置。從構(gòu)構(gòu)成來(lái)看，液液壓馬達(dá)分為為齒輪式、葉片式以及軸向柱塞塞式。葉片式液壓馬馬達(dá)工作原理理圖：工作流程：壓力油進(jìn)入油油腔a—作用在葉片2的右側(cè)、葉片片1的左側(cè)—葉片2伸出面積大—推力大—推動(dòng)葉片順時(shí)時(shí)針旋轉(zhuǎn)—轉(zhuǎn)至b腔回油—帶動(dòng)中心軸回回轉(zhuǎn)—液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闉闄C(jī)械能。主要構(gòu)成：缸體定子子轉(zhuǎn)子葉葉片輸出軸進(jìn)進(jìn)油口出出油口進(jìn)進(jìn)油腔a回油腔b葉片式液壓馬馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖：：6—定子7—轉(zhuǎn)子8—葉片數(shù)字液壓馬達(dá)達(dá)3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（1）：工作原理：通常用運(yùn)算放放大器做成的的伺服放大器向液壓伺服系系統(tǒng)中的電液液伺服閥提供供一個(gè)電信號(hào)號(hào)。由電信號(hào)號(hào)控制先導(dǎo)閥閥再控制一級(jí)級(jí)或兩級(jí)液壓壓放大器，產(chǎn)產(chǎn)生足夠的動(dòng)動(dòng)力去驅(qū)動(dòng)機(jī)機(jī)器人的機(jī)械械部件。閉環(huán)伺服系統(tǒng)統(tǒng)圖例（1））：液壓伺服系統(tǒng)統(tǒng)原理圖閉環(huán)伺服系統(tǒng)統(tǒng)圖例（2））：用伺服閥控制制液壓缸簡(jiǎn)化化原理圖3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（2）：核心液壓元件件：在閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)中，，核心液壓元元件是電液伺服閥。作用及特點(diǎn)：：電液伺服閥是是一種接受電電氣模擬信號(hào)，輸出相應(yīng)調(diào)制流量和壓壓力的液壓控制閥閥。分類：電液伺服閥的的種類繁多。。按液壓放大大器的級(jí)數(shù)可可分為單級(jí)、、兩級(jí)和三級(jí)級(jí)；按第一級(jí)級(jí)液壓放大器器的結(jié)構(gòu)分，，有滑閥、噴嘴擋板閥、射流管閥等等。其中以雙雙噴嘴擋板閥閥為最常用。。3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（3）：噴嘴擋板閥：：結(jié)構(gòu)：主要由三部分分構(gòu)成：力矩馬達(dá)、前置級(jí)及功率率級(jí)。前置級(jí)接受受力矩馬達(dá)的的控制信號(hào)，，通過(guò)改變噴噴嘴的大小改改變油的流量量控制功率閥閥；功率閥接接受前置級(jí)的的流量信號(hào)控控制并相應(yīng)動(dòng)動(dòng)作控制機(jī)器器人某關(guān)節(jié)動(dòng)動(dòng)作。特點(diǎn)：能夠按照控制制要求動(dòng)作。。工作原理：擋板4處于控控制噴嘴5中中間位置→工作閥芯7不不動(dòng)作→力矩馬達(dá)1通通電→擋板4移動(dòng)→改變噴嘴5口口徑大小→工作閥芯7兩兩端產(chǎn)生壓差差→閥芯移動(dòng)噴嘴擋板閥結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖：：力矩馬達(dá)前置閥功率閥噴嘴擋板閥結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖：：四、電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置的工作作原理1．步進(jìn)電機(jī)：：概述：步進(jìn)電機(jī)是一一種電脈沖信信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)機(jī)械角位移的的機(jī)電執(zhí)行元元件。當(dāng)有脈脈沖信號(hào)輸入入時(shí)，步進(jìn)電電機(jī)就一步一一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，，每個(gè)輸入脈脈沖對(duì)應(yīng)電機(jī)機(jī)的一個(gè)固定定轉(zhuǎn)角，故稱稱為步進(jìn)電機(jī)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)機(jī)屬于同步電電機(jī)，多數(shù)情情況用做伺服服電機(jī)，且控控制簡(jiǎn)單，工工作可靠，能能夠得到較高高的精度。它它是唯一能夠夠以開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)用于數(shù)控機(jī)機(jī)床的伺服電電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)按其其勵(lì)磁相數(shù)可可分為三相、、四相、五相相、六相等；；按其工作原原理可分為反反應(yīng)式、永磁磁式合混合式式三大類。步進(jìn)電機(jī)的基基本特點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)受點(diǎn)點(diǎn)脈沖信號(hào)的的控制。每輸輸入以各脈沖沖信號(hào)，就變變換以磁繞組組的通電狀態(tài)態(tài)，電機(jī)就相相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)以以步，因此電電機(jī)的總回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角合輸入脈脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格格成正比關(guān)系系，電機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速則正比于于脈沖的輸入入頻率。改變變步進(jìn)電機(jī)的的定子繞組的的通電順序，，可以獲得所所需要的轉(zhuǎn)向向。改變輸入入脈沖頻率，，則可以得到到所需要的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（但是不不能夠超出極極限頻率）。。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈脈沖輸入停止止時(shí)，只要維維持繞組的激激勵(lì)電流不變變，電機(jī)保持持在原固定位位置上，因此此可以獲得較較高的定位精精度，不需要要安裝機(jī)械制制動(dòng)裝置從而而達(dá)到精確制制動(dòng)。誤差不長(zhǎng)期積積累，轉(zhuǎn)角精精度高。由于于每轉(zhuǎn)過(guò)360°后，轉(zhuǎn)子的累累積誤差為零零，轉(zhuǎn)角精度度較高。反映時(shí)間快。。缺點(diǎn)：效率低低、沒(méi)有過(guò)載載能力。步進(jìn)電機(jī)工作作原理圖（1）：A相通電B相通電C相通電定子轉(zhuǎn)子15°15°步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)（steppingmotor）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)主要用用于開(kāi)環(huán)位置置控制系統(tǒng)。。優(yōu)點(diǎn)：控制制較容易，維維修也較方便便，而且控制制為全數(shù)字化化。缺點(diǎn)：由由于開(kāi)環(huán)控制制，所以精度度不高。相數(shù)：產(chǎn)生不同N、S對(duì)磁場(chǎng)的激磁磁線圈對(duì)數(shù)。。2.相關(guān)術(shù)術(shù)語(yǔ)失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，，不等于理論論上的步數(shù)。。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)場(chǎng)周期性變化化所需脈沖數(shù)數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)態(tài)。四相四拍拍運(yùn)行方式：：AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)運(yùn)行方式：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖沖信號(hào)，電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的的角位移用θ表示。一般步步進(jìn)電機(jī)的精精度為步距角角的3-5%，且不累積。。保持轉(zhuǎn)距（HOLDINGTORQUE）或靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)各相相繞組通額定定電流，且處處于靜態(tài)鎖定定狀態(tài)時(shí)，電電機(jī)所能輸出出的最大轉(zhuǎn)距距。是電機(jī)選選型時(shí)最重要要的參數(shù)之一一。通常步進(jìn)進(jìn)電機(jī)在低速速時(shí)的力矩接接近保持轉(zhuǎn)矩矩。比如，當(dāng)當(dāng)說(shuō)2Nm的步進(jìn)電機(jī)時(shí)時(shí)，在沒(méi)有特特殊說(shuō)明的情情況下一般是是指保持轉(zhuǎn)矩矩為2Nm的步進(jìn)電機(jī)。。定位轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)各相相繞組不通電電且處于開(kāi)路路狀態(tài)時(shí)，由由于混合式電電機(jī)轉(zhuǎn)子上有有永磁材料產(chǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，從從而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。一般定定位轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小小于保持轉(zhuǎn)距距。是否存在在定位轉(zhuǎn)距是是混合式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)區(qū)別于于反應(yīng)式步進(jìn)進(jìn)電機(jī)的重要要標(biāo)志。DETENTTORQUE在國(guó)內(nèi)內(nèi)沒(méi)有有統(tǒng)一一的翻翻譯。。細(xì)分驅(qū)驅(qū)動(dòng)器器的原原理驅(qū)動(dòng)器器細(xì)分分后的的主要要優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：（1））完全全消除除了電電機(jī)的的低頻頻振蕩蕩。（2））同時(shí)時(shí)也提提高了了電機(jī)機(jī)的輸輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。。（3））提高高了電電機(jī)的的分辨辨率。。通過(guò)改改變相相鄰（（A，B）電流流的大大小，，以改改變合合成磁磁場(chǎng)的的夾角角來(lái)控控制步步進(jìn)電電機(jī)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)的的。3.運(yùn)運(yùn)行行矩頻頻特性性4.步步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)的特特點(diǎn)控制系系統(tǒng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單可可靠，，成本本低；；控制制精度度受步步距角角限制制，高高負(fù)載載或高高速度度時(shí)易易失步步，低低速運(yùn)運(yùn)行時(shí)時(shí)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生步步進(jìn)運(yùn)運(yùn)行現(xiàn)現(xiàn)象。。起動(dòng)曲線運(yùn)行曲線在這個(gè)個(gè)輸出出轉(zhuǎn)矩矩區(qū)間間，步步進(jìn)電電機(jī)啟啟動(dòng)時(shí)時(shí)的輸輸入脈脈沖頻頻率必必須緩緩慢增增加1、實(shí)現(xiàn)了了位置置，速速度和和力矩矩的閉閉環(huán)控控制；；克服服了步步進(jìn)電電機(jī)失失步的的問(wèn)題題；2、高速性性能好好，一一般額額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速能能達(dá)到到2000～3000轉(zhuǎn)；3、抗過(guò)載載能力力強(qiáng)，，能承承受三三倍于于額定定轉(zhuǎn)矩矩的負(fù)負(fù)載，，對(duì)有有瞬間間負(fù)載載波動(dòng)動(dòng)和要要求快快速起起動(dòng)的的場(chǎng)合合特別別適用用；4、低速運(yùn)運(yùn)行平平穩(wěn)，，低速速運(yùn)行行時(shí)不不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生類類似于于步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)的步步進(jìn)運(yùn)運(yùn)行現(xiàn)現(xiàn)象。。適用用于有有高速速響應(yīng)應(yīng)要求求的場(chǎng)場(chǎng)合；；5、電機(jī)加加減速速的動(dòng)動(dòng)態(tài)相相響應(yīng)應(yīng)間短短，一一般在在幾十十毫秒秒之內(nèi)內(nèi)；6、發(fā)熱和和噪音音明顯顯降低低。伺服電電機(jī)與與步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)比較較伺服電電機(jī)的的優(yōu)勢(shì)勢(shì)：超聲波波電機(jī)機(jī)（一種種未來(lái)來(lái)很有有希望望的電電機(jī)））特點(diǎn)：：超聲波波電機(jī)機(jī)具有有體積積小，，重量量輕，，不用用制動(dòng)動(dòng)器，，速度度和位位置控控制靈靈敏度度高，，轉(zhuǎn)子子慣性性小，，響應(yīng)應(yīng)性能能好，，沒(méi)有有電磁磁噪聲聲等普普通電電機(jī)不不具備備的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。。工作原原理：：當(dāng)給壓壓電陶陶瓷施施加一一定方方向的的電壓壓時(shí)，，各部部分產(chǎn)產(chǎn)生的的應(yīng)變變方向向相反反（在在正電電壓作作用下下，+的部部分伸伸長(zhǎng)，，-的的部分分壓縮縮），，+、、-部部分交交替相相接。。在交交流電電壓的的作用用下，，壓電電陶瓷瓷就會(huì)會(huì)沿圓圓周方方向產(chǎn)產(chǎn)生交交替的的伸縮縮變形形，定定子彈彈性體體的上上下運(yùn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生駐駐波。。此外外，由由于重重疊在在一起起的兩兩片壓壓電陶陶瓷的的相位位差為為90O，所以以，在在形成成駐波波的同同時(shí)也也會(huì)在在水平平方向向形成成行波波。這這樣，，在駐駐波和和行波波的合合成波波的作作用下下，使使定子子作橢橢圓運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌軌跡的的振動(dòng)動(dòng)。這這樣，，裝在在定子子上的的轉(zhuǎn)子子在摩摩擦力力的作作用下下就會(huì)會(huì)產(chǎn)生生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。同樣也也有直直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)的的超聲聲波電電機(jī)。。直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)電電機(jī)（（directdrive:DD）優(yōu)點(diǎn)：：不用齒齒輪減減速器器直接接驅(qū)動(dòng)動(dòng)，因因此具具有無(wú)無(wú)間隙隙、摩摩擦小小、機(jī)機(jī)械剛剛度高高等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，，可以以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高速速、高高精度度的位位置控控制和和微小小力控控制。。這是什什么？？種類：：直流力力矩電電機(jī)、、無(wú)刷刷直流流電機(jī)機(jī)、VR式電機(jī)機(jī)等。。缺點(diǎn)：：因?yàn)闆](méi)沒(méi)有減減速機(jī)機(jī)構(gòu)，，所以以容易易受載載荷的的影響響。驅(qū)動(dòng)滾滾軸絲絲桿如下圖圖，3相步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)（1.2°/步）驅(qū)驅(qū)動(dòng)物物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)1秒鐘，，則必必要脈脈沖數(shù)數(shù)和驅(qū)驅(qū)動(dòng)脈脈沖速速度的的計(jì)算算方法法如下下：必要脈沖數(shù)＝10×360°1.2°＝3000[脈沖]自啟動(dòng)動(dòng)方式式驅(qū)動(dòng)動(dòng)1秒鐘，，則驅(qū)驅(qū)動(dòng)脈脈沖速速度應(yīng)應(yīng)該這這樣計(jì)計(jì)算：：3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz]但是，，啟動(dòng)動(dòng)速度度不可可能是是3kHz，應(yīng)該該采用用加/減速運(yùn)運(yùn)行方方式來(lái)來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)。設(shè)：加加/減速時(shí)時(shí)間設(shè)設(shè)置為為定位位時(shí)間間的25%，啟動(dòng)動(dòng)脈沖沖速度度為500[Hz]，則如上圖圖，3相步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)（1.2°/步）驅(qū)驅(qū)動(dòng)物物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)1秒鐘。。驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪的的周長(zhǎng)長(zhǎng)即旋旋轉(zhuǎn)一一圈移移動(dòng)的的距離離大約約為50[mm]。因此，，所需需要的的必要要脈沖沖數(shù)為為1.2驅(qū)