工业机器人驱动系统.docx

工业机器人驱动系统1.工业机器人驱动系统的分类工业机器人驱动系统，按动力源可分为液压驱动、气动驱动和电动驱动三种基本驱动类型。根据需要，可采用由这三种基本驱动类型的一种，或合成式驱动系统。这三种基本驱动系统的主要特点见下表。内容驱动方式液压驱动气动驱动电动驱动输出功率 很大，压力范围为50140N/cm2 大，压力范围为4860N/cm2，最大可达100N/cm2 较大控制性能 利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制 气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制 控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂响应速度 很高 较高 很高结构性能及体积 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小 伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题安全性 防爆性能较好，用液压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险 防爆性能好，高于1000kPa(10个大气压)时应注意设备的抗压性 设备自身无爆炸和火灾危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差对环境的影响 液压系统易漏油，对环境有污染 排气时有噪声 无在工业机器人中应用范围 适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人 适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具 适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等成本 液压元件成本较高 成本低 成本高维修及使用 方便，但油液对环境温度有一定要求 方便 较复杂2.电动驱动系统及其控制机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.110kW。电驱动的控制方法有两种： 一种是通过改变电机的电流来控制机器人手臂的力矩。手臂的输出力矩靠电流控制，而手臂的运动速度会随手臂上所施加的转动惯量变化而改变。当控制电流一定时，手臂的输出力矩不变，因此在运动过程中负载的惯量变大时，手臂运动的速度就减小，当惯量变小的时候，使运动加速度增加，容易冲击目标。这种控制方法适用于压配和拧紧螺栓等装配工作，另外它在遇到阻碍时不会再增加力矩，只会使手臂的运动减慢，可实现手臂受阻停止，不会破坏阻碍物体。 另一种是通过改变电机的电压来控制机器人手臂的运动速度。手臂的速度是由电压控制，不随转动惯量的变化而改变，当手臂上的受力变化时，其输出力矩会增加或减少，来保持其运