機(jī)器人驅(qū)動技術(shù)

機(jī)器人驅(qū)動技術(shù)第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一驅(qū)動方式:

電力驅(qū)動、

液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、新型驅(qū)動等。電力驅(qū)動比例越來越大大力量、防爆、精度不高場合——液壓及氣動第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一§7－1液壓驅(qū)動應(yīng)用：簡易經(jīng)濟(jì)型、重型機(jī)器人。一、液壓系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，動力強(qiáng)，快速響應(yīng)，直接驅(qū)動，防爆，壓力高。力量大，上百公斤～7MPa。缺點(diǎn)：易漏油，油品清潔度要求。第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一節(jié)流閥——控制流量，控制速度換向閥——二位二通，二位四通，三位四通溢流閥——控制壓力、多余液流溢出。蓄能器——穩(wěn)定壓力。油泵——油馬達(dá)：可反向互換作用。常用柱塞泵、齒輪泵、葉片泵。泵——液體。離心泵、往復(fù)泵——常用于非油液體壓縮機(jī)——?dú)怏w。工作原理——液壓泵由電動機(jī)帶動，從油箱中吸油，然后將具有壓力能的油液輸送到管路，油液通過節(jié)流閥和管路流至換向閥，換向閥的閥芯有不同的工作位置。第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一二、伺服控制液壓系統(tǒng)（servocontrolled）伺服控制——隨動控制（反饋控制），閉環(huán)控制系統(tǒng)傳感器在線檢測，準(zhǔn)確控制連續(xù)軌跡、速度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，精度高。機(jī)器人常用閉環(huán)控制系統(tǒng)。第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一核心：電液伺服閥。工作原理：通過電——液轉(zhuǎn)換元件對液動機(jī)進(jìn)行方向、位置、速度控制。

產(chǎn)生與電流成比例關(guān)系的液流流量。該液流驅(qū)動油缸或油馬達(dá)運(yùn)動。第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一§7－2氣壓驅(qū)動工作原理：與液壓驅(qū)動相似。用途：主要用于繼電接觸器或可編程控制器PLC控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一優(yōu)點(diǎn)：介質(zhì)為空氣，易獲易排，無污染，空氣粘度小，壓力損失小，可遠(yuǎn)距離輸送，集中供氣，比液壓響應(yīng)更快，動作迅速，可適合惡劣環(huán)境工作。空氣壓縮性可過載保護(hù)。缺點(diǎn)：阻尼性差、驅(qū)動功率小，空氣壓縮性使得精確定位困難，難于進(jìn)行伺服控制。主要用于開環(huán)控制。設(shè)備：氣缸、氣馬達(dá)第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一§7－3電力驅(qū)動一、普通交流及直流電動機(jī)特點(diǎn)：輸出力及力矩大，控制性能差，慣性大，不易準(zhǔn)確定位，需減速傳動，成本低，維護(hù)使用方便，用于速度低、抓重大的專用機(jī)器人。第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一1、三相交流電機(jī)（1）交流發(fā)電機(jī)——電刷第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（2）三相交流異步電動機(jī)第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一交流電機(jī)性能（與直流電機(jī)相比）同功率下，體積小、重量輕，價格低啟動轉(zhuǎn)矩小調(diào)速性—A)調(diào)頻。改變頻率n=60f（1－s)/pB)改變定子磁極對數(shù)。C)改變轉(zhuǎn)子電路電阻。第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（3）三相交流同步電動機(jī)——恒定轉(zhuǎn)速要求情況下第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一2、直流電機(jī)（電動機(jī)可與發(fā)電機(jī)互換）直流發(fā)電機(jī)——整流子第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一直流電機(jī)性能（與交流電機(jī)相比）同功率下，體積大、重量大，價格高啟動轉(zhuǎn)矩大調(diào)速性—A)改變磁通ΦB)改變外電壓U-需連續(xù)可調(diào)直流電源，C)改變電樞電阻R第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一二、控制電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)原理：電脈沖信號→步進(jìn)電機(jī)角位移或線位移。組成：定子、轉(zhuǎn)子。都由硅鋼片等導(dǎo)磁材料組成。第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一某相通電，產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子總是試圖轉(zhuǎn)到磁阻最小處。圖8-15每步轉(zhuǎn)30°。

第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一如果A相先通電，然后A、B再同時通電，電流相等則轉(zhuǎn)15°。第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一步進(jìn)微步。如果每次兩相通電，電流不相等時，每步可轉(zhuǎn)角度與兩相電流比例有關(guān)，準(zhǔn)確控制兩相電流，就可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)微步距。例如每轉(zhuǎn)可超過4000步。第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一位移控制：輸出位移與輸入脈沖數(shù)成正比。轉(zhuǎn)速控制：脈沖頻率決定輸出轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用：在負(fù)載能力范圍內(nèi)，輸出位移及速度不受電壓、負(fù)載、溫度、壓力等參數(shù)影響。能夠正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、速停、無級調(diào)速。高精度設(shè)備。本質(zhì)上是一種低速電機(jī)，一旦到達(dá)指定位置后就能保持在那里。最佳工作轉(zhuǎn)速50～100r/min。低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大，同樣功率輸出尺寸大于直流電機(jī)。輸出轉(zhuǎn)矩小。第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一2、伺服電機(jī)特點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速大小及方向受控制繞組上信號電壓控制。（2）快速啟動與停止（細(xì)長，慣性?。?。（3）無自轉(zhuǎn)，信號為零，立刻停轉(zhuǎn)。第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（1）直流伺服電機(jī)（應(yīng)用減少）——電刷原理：與直流電機(jī)相同。第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一輸入電流（或電壓）連續(xù)可變。激磁回路第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速受輸入電流（電壓）信號控制。特點(diǎn)：成本低，機(jī)器人初期大量采用。電刷易產(chǎn)生火花，并對無線電設(shè)備干擾。正被交流伺服（無刷）電機(jī)取代。第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（2）交流伺服電機(jī)（逐步取代直流伺服電機(jī)）——無刷。90年代起，異軍突起。直流電機(jī)致命弱點(diǎn)——整流子。成本低廉機(jī)器人采用直流伺服電機(jī)。第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（3）舵機(jī)最簡單的舵機(jī)——直流電機(jī)＋180:1減速器。轉(zhuǎn)動范圍一般特定為60°，脈沖比例調(diào)制（PPM）。第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一使用電機(jī)一定要研究電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性！直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率間的關(guān)系第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一3、直接驅(qū)動伺服系統(tǒng)DD電機(jī)——直接驅(qū)動電機(jī)：電動機(jī)與負(fù)載直接耦合。無傳動裝置。傳統(tǒng)電機(jī)問題：①轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩低。因此需減速裝置進(jìn)行降速增矩。而低轉(zhuǎn)速電機(jī)磁極對數(shù)多，體積大，重量大，減速器是恒功率減速。第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一②交流電機(jī)變頻調(diào)速或直流電機(jī)可控硅調(diào)速，通常是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，亦即轉(zhuǎn)速下降后，轉(zhuǎn)矩恒定，不是恒功率。③絕大多數(shù)機(jī)器是要求低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩。因此交流電機(jī)變頻調(diào)速或直流電機(jī)可控硅調(diào)速時，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時，工作狀況很差。第四十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

DD電機(jī)的研制關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)電機(jī)低速高轉(zhuǎn)矩化。直接驅(qū)動優(yōu)勢與缺點(diǎn)：省略減速傳動系統(tǒng)，機(jī)械效率提高，