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1、第七章 机器人驱动技术Driving Technology of Industrial Robot,驱动方式:电力驱动、液压驱动、气压驱动、新型驱动等。,电力驱动比例越来越大大力量、防爆、精度不高场合液压及气动,71 液压驱动应用:简易经济型、重型机器人。一、液压系统优点:技术成熟,动力强,快速响应,直接驱动,防爆,压力高。力量大,上百公斤 7MPa。缺点:易漏油,油品清洁度要求。,节流阀控制流量,控制速度换向阀二位二通,二位四通,三位四通溢流阀控制压力、多余液流溢出。蓄能器稳定压力。油泵油马达:可反向互换作用。常用柱塞泵、齿轮泵、叶片泵。,泵液体。离心泵、往复泵常用于非油液体压缩机气体。,工
2、作原理液压泵由电动机带动,从油箱中吸油,然后将具有压力能的油液输送到管路,油液通过节流阀和管路流 至换向阀,换向阀的阀芯有不同的工作位置。,二、伺服控制液压系统(servo controlled)伺服控制随动控制(反馈控制),闭环控制系统传感器在线检测,准确控制连续轨迹、速度。结构复杂,成本高,精度高。机器人常用闭环控制系统。,核心:电液伺服阀。工作原理:通过电液转换元件对液动机进行方向、位置、速度控制。产生与电流成比例关系的液流流量。该液流驱动油缸或油马达运动。,72 气压驱动工作原理:与液压驱动相似。用途:主要用于继电接触器或可编程控制器PLC控制的开环控制系统。,优点:介质为空气,易获易
3、排,无污染,空气粘度小,压力损失小,可远距离输送,集中供气,比液压响应更快,动作迅速,可适合恶劣环境工作。空气压缩性可过载保护。缺点:阻尼性差、驱动功率小,空气压缩性使得精确定位困难,难于进行伺服控制。主要用于开环控制。设备:气缸、气马达,73 电力驱动一、普通交流及直流电动机特点:输出力及力矩大,控制性能差,惯性大,不易准确定位,需减速传动,成本低,维护使用方便,用于速度低、抓重大的专用机器人。,1、三相交流电机(1)交流发电机电刷,(2)三相交流异步电动机,交流电机性能(与直流电机相比)同功率下,体积小、重量轻,价格低启动转矩小调速性A)调频。改变频率 n=60f(1s)/pB)改变定子磁
4、极对数。C)改变转子电路电阻。,(3)三相交流同步电动机恒定转速要求情况下,2、直流电机(电动机可与发电机互换)直流发电机整流子,直流电机性能(与交流电机相比)同功率下,体积大、重量大,价格高启动转矩大调速性A)改变磁通 B)改变外电压 U-需连续可调直流电源,C)改变电枢电阻R,二、控制电机1、步进电机原理:电脉冲信号步进电机角位移或线位移。组成:定子、转子。都由硅钢片等导磁材料组成。,某相通电,产生磁场,转子总是试图转到磁阻最小处。图8-15每步转30。,如果A 相先通电,然后A、B 再同时通电,电流相等则转15。,步进微步。如果每次两相通电,电流不相等时,每步可转角度与两相电流比例有关,
5、准确控制两相电流,就可以实现步进电机微步距。例如每转可超过4000步。,位移控制:输出位移与输入脉冲数成正比。转速控制:脉冲频率决定输出转速。步进电机应用:在负载能力范围内,输出位移及速度不受电压、负载、温度、压力等参数影响。能够正转、反转、速停、无级调速。高精度设备。本质上是一种低速电机,一旦到达指定位置后就能保持在那里。最佳工作转速50100r/min。低速转动时振动和噪声大,同样功率输出尺寸大于直流电机。输出转矩小。,2、伺服电机特点:(1)转矩转速大小及方向受控制绕组上信号电压控制。(2)快速启动与停止(细长,惯性小)。(3)无自转,信号为零,立刻停转。,(1)直流伺服电机(应用减少)
6、电刷原理:与直流电机相同。,输入电流(或电压)连续可变。,激磁回路,转矩及转速受输入电流(电压)信号控制。特点:成本低,机器人初期大量采用。电刷易产生火花,并对无线电设备干扰。正被交流伺服(无刷)电机取代。,(2)交流伺服电机(逐步取代直流伺服电机)无刷。90年代起,异军突起。直流电机致命弱点整流子。成本低廉机器人采用直流伺服电机。,(3)舵机最简单的舵机直流电机180:1减速器。转动范围一般特定为60,脉冲比例调制(PPM)。,使用电机一定要研究电机的机械特性和调节特性!,直流电机转矩、转速和功率间的关系,3、直接驱动伺服系统DD电机直接驱动电机:电动机与负载直接耦合。无传动装置。传统电机问题:转速高、转矩低。因此需减速装置进行降速增矩。而低转速电机磁极对数多,体积大,重量大,减速器是恒功率减速。,交流电机变频调速或直流电机可控硅调速,通常是恒转矩调速,亦即转速下降后,转矩恒定,不是恒功率。绝大多数机器是要求低转速、大转矩。因此交流电机变频调速或直流电机可控硅调速时,当转速很低时,工作状况很差。,DD电机的研制关键是实现电机低速高转矩化。直接驱动优势与缺点:省略减速传动系统,机械效率提高,刚度增大,间隙消除,惯性减小。电机直接安装在各关节处,增大了关节重量。,新型驱动:静电驱动、压电驱动、形状记忆合金驱动器、人工肌肉、光驱动等。,SMA微小型机器人,本章结束!,