《微型机器人设计》教学课件—机器人的动力供给.pptVIP

第2章 了解机器人技术的核心 任务2.4 机器人的动力供给 一、学习目标 1．了解常用电动机，掌握直流减速电机、步进电机、伺服 电机的基本工作原理、功能及特性。 2．学习直流减速电机、步进电机、伺服电机在机器人技术中的应用 。 3．能够根据实际需要选择适合的机器人电机驱动装置，完成驱动任务。 二、任务描述 通过举例、展示、讲解等方法让学生了解： 1．了解常用电动机，掌握直流减速电机、步进电机、伺服电机的基本工作原理、功能及特性。 2．学习直流减速电机、步进电机、伺服电机在机器人技术中的应用 。 3．能够根据实际需要选择适合的机器人电机驱动装置，完成驱动任务。 三、相关知识点 电机是机器人中最常使用的动力源。无论是轮式、履带式、人形机器人还是工业机器人最常使用的驱动装置还是电机。机器人电机大体上有步进电机、直线电机、直流伺服电机、交流伺服电机、大力矩低速电机以及最近几年出现的超声波电机和HD电动机等几种。 三、相关知识点 步进电机主要用于机器人肩臂旋转步进驱动，其功率范围较小，一般在10瓦左右 。 直流伺服电机可用于机器人的伸缩、摆动、升降、旋转、弯曲、开闭等运动部位，其代表品种有印刷绕组电机、线绕盘式电机、杯形转子电机以及小惯量电机等。 三、相关知识点 交流伺服电机在机器人中的 应用情况与直流伺服电机相同，但交流伺服电机与直流伺服电机相比，功率大、过载能力强，无电刷，环境适应性好，因而交流伺服电机是今后机器人用电机的发展方向 。 三、相关知识点 低速电机主要用于系统精度要求高的机器人。通常为了提高功率体积比，伺服电机一般做成高转速，经齿轮减速后带动机械负载。由于齿轮传动间隙存在，使系统精度不易提高，若对功率体积比要求不十分严格，而对于精度有严格的要求，则更好取消减速齿轮，采用大力矩的低速电机，配以高分辨率的光电编码器，及高灵敏度的测速发电机，实现直接驱动。 三、相关知识点 环形中空伺服电动机具有低速大转矩的特点，使用在机器人的关节处，勿需齿轮减速，可直接驱动负载，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空结构传递信息。 HD电动机( High Density Motor )是一种小型大转矩( 大推力) 化的电动机，电动机可直接与负载连结，故可应用在系统定位精度要求高的机器人产品中。 三、相关知识点 1 直流减速电动机的应用 直流减速电动机，即齿轮减速电动机，是在普通直流电动机基础上，加配齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮减速箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。减速电动机通常也称为齿轮马达或齿轮电动机。 三、相关知识点 直流减速电机是机器人重要的驱动装置，通过电机转动带动轮子转动，实现机器人的移动，既可以前进后退，又可以左转右转。 在选择使用时，我们应选择低转速高扭矩，大功率的直流减速电机，我们在选择电机时应注意电机的工作电压，空转电流，堵转电流，减速比，空载转速的参数来满足不同的要求。 三、相关知识点 2 步进电动机的应用 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 三、相关知识点 步进电动机的种类有很多，其中常用的是永磁式步进电动机、反应式步进电动机和混合式步进电动机，另外还有感应子式步进电动机和单相式步进电动机。 步进电机有步距角、静转矩及电流三大要素组成，一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 三、相关知识点 步距角的选择：电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速），电机的步距角应等于或小于此角度。一般采用二相0.9度或1.8度的电机和细分驱动器。 静力矩的选择：步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载两种。静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来。 三、相关知识点 电流的选择：静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线，判断电机的电流（参考驱动电源及驱动电压） 。 三、相关知识点 3 私服电动机的应用 伺服电机包括直流伺服电机和交流伺服电机。其中直流伺服电机可分为有刷和