机器人技术 教学课件 作者 张玖 第4章机器人驱动系统.pptVIP

第4章 机器人的驱动系统 4.4.2 直流伺服电动机驱动 机器人对直流伺服电机的基本要求： 宽广的调速范围 机械特性和调速特性均为线性 无自转现象（控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转） 快速响应好 1. 直流伺服电机的特点 （1）稳定性（2）可控性好（3）响应迅速 （4）控制功率低，损耗小（5）转矩大 2. 直流伺服电机的分类及结构 （1）分类 按励磁方式，直流伺服电动机分为电磁式直流伺服电动机（简称直流伺服电动机）和永磁式直流伺服电动机。电磁式直流伺服电动机如同普通直流电动机 ，分为串砺式、并励式和他励式。 直流伺服电动机按其电枢结构形式不同，分为普通电枢型、印制绕组盘式电枢型、线绕盘式电枢型、空心杯绕组电枢型和无槽电枢型（无换向器和电刷）。 1）印制绕组直流伺服电机（盘形转子、盘形定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应，输出转矩大）。 2）线绕盘式直流伺服电机（盘形转子、定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，控制性能优于其他直流伺服电机，效率高，输出转矩大）。 3）杯型电枢永磁直流电机（空心杯转子，转子转动惯量小，适用于增量运动伺服系统）。 4）无刷直流伺服电机（定子为多相绕组，转子为永磁式，可带转子位置传感器，无火花干扰，寿命长，噪声低）。 （2）结构 如图为电磁式直流伺服电动机结构，其中包括三个主要部分。 1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。 2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。 3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。 * * 4.1 机器人的驱动方式 4.2 液压驱动系统 4.3 气压驱动系统 4.4 电气驱动系统 4.5 新型驱动器 4.1 机器人的驱动方式 4.1.1 概述 优点: 1）液压容易达到较高的单位面积压力（常用油压为25～63kg/cm2),体积较小，可以获得较大的推力或转矩。 2）液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度。 3）液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制。 4）液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。 不足之处: 1）油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃烧爆炸等危险。 2）液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高。 3）需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会引起故障。 应用: 液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动 液压驱动的特点及应用 优点: 1）以空气为工作介质，不仅易于取得，而且用后可直接排入大气，处理方便，也不污染环境。 2）因空气的粘度很小（约为油的万分之一），在管道中流动时的能量损失很小，因而便于集中供气和远距离输送，气动动作迅速，调节方便，维护简单，不存在介质变质及补充等问题。 3）工作环境适应性好，无论在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，还是在食品加工、轻工、纺织、印刷、精密检测等高净化、无污染场合，都具有良好的适应性，且工作安全可靠，过载时能自动保护。 4）气动元件结构简单，成本低，寿命长，易于实现标准化、系列化和通用化。 不足之处: 1）由于空气具有较大的可压缩性，因而运动平稳性较差。 2）因工作压力低（一般为0.3～1MPa），不易获得较大的输出力或力矩。 3）有较大的排气噪声。 4）由于湿空气在一定的温度和压力条件下能在气动系统的局部管道和气动元件中凝结成水滴，促使气动管道和气动元件腐蚀和生锈，导致气动系统工作失灵。 应用: 多用于开关控制和顺序控制的机器人中。 气动驱动的特点及应用 优点: 电气驱动是利用各种电动机产生力和力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，从而获得机器人的位置、速度和加速度。因省去中间的能量转换过程，因此比液压和气压驱动的效率高，且具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低等优点。应用最广泛。 分类特点: 1）普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进电动机输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。 2）交、直流伺服电动机一般用于闭环控制系统，而步进电动机则主要用